超声波流量计说明书
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独特的声道布置
独特的声道布置能够更准确地体现流体流态（GRI的测试），同时可以有 效消除漩涡流的影响；水平的声道布置不会造成凝析液的积聚;
表体一次铸造成型，没有焊缝
表体一次铸造成型，没有焊缝，能最大限度减小温度变化带来的表体几 何尺寸的影响。
噪声的数字滤波处理
调节阀产生噪声的数字虑波处理（对超声波信 号取平均值，从而可以滤除噪声）
在PC机中运行“Daniel CUI MARK III”软件，点击 “connect（连接）”按钮，建立PC机与超声流量计之间 的通讯。 以太网连接要知道超声的网址(必须有密匙)。
每个声 道流速
每个声 道声速
每个声道 的增益值
每个声道 的信噪比
Meter output:指流量计测量出来的工况流量的大小 Chord velocities:指各个声道所测量出来的介质流速 Chord SOS:指各个声道的声速大小 Chord Gains:指各个声道的增益，所谓增信号益就是指流 量计给探头所供应的驱动能量的大小。 如果某声道探头脏了，那么探头的能量就会被大大削弱， 此时流量计可以通过探头的反馈信号得知能量损耗较大，结 果就会增加此声道的增益，从而增加能量，能够克服由于探 头脏污而导致的能量损失。 Signal to noise ratios:信噪比，指的是超声波流量计的信 号和噪声的比值，信噪比越大，则说明超声波流量计的工作 情况越好。 Alarms:声道报警，当探头工作不正常，或者探头不能正常 被处理的时候，就会出现某个声道的报警，此时声道的状态 指示为红色。
三、Mark III 电子数据处理单元
CPU板
终端板
将通讯线（两根）接到通讯口A 的“1”和“2”端子上，同时将 “1”和“4”，“2”和“5” 短接
1、一块CPU板 代替原来的四块 板 2、MARKⅢ输 出每秒更新一次， MARKⅡ5秒一 次 3、声波发射 MARKⅢ比 MARKⅡ快
放大器板
时间直通式测量原理
本安型传感器信号检测回路
脉冲发生器
接收单元
检测单元
120 kHz 超声波信号
( 大大高予调节阀的干扰频率60 kHz)
时钟
100 MHz 晶振
T-Slot 型超声波探头
Daniel Ultrasonic Slide 22
可以使用以下工具在线带压 拆卸并更换超声波探头
Daniel Ultrasonic Slide 23
超声波流量计
孙兴平 2008.1.17
一、气体超声波流量计原理及相关知识 二、丹尼尔超声波流量计技术特点
三、Mark III电子单元
四、CUI 软件介绍
五、S600
六、超声波流量计的投运
七、注意事项
八、常见故障及处理
一、超声波流量计结构和计量原理
结构
原理：
气体超声流量计采用绝对数字时间差法，是通过测量 高频声脉冲在气体中顺流传播和逆流传播的时间差与气体流 速成正比这一原理来测量气体流量的速度式流量计
CPU、I/O板的安装和拆除 ：
CPU板的特定位置位于封装后的最左侧的插槽。 其余的插槽中可以组装上插入式I/O板，也可以是预留的，并由专门用 来覆盖空插槽的空板覆盖。 1、在进行插入板的拆除操作之前，首先要确保Daniel FloBoss S600设备 上的电力供应已经终端。 2、在拆除之前首先要拆下固定螺丝，这样可以避免在插入板的拆除过程中 对拉伸台造成损害。 3、通过使用对应的板上的拉伸台拆除插入板，并使板从机箱壳中脱离出来。 在拆除连接器的过程中，可能需要一定程度上的摇晃。
2 cos t s t n
t n
ts
典型的超声流量计量系统
RS232/RS485 色谱的分析数据 温度& 压力数据 与上位机数字通信,包括所有 诊断和报警信息 RS485 或脉冲 接收工况流量
标况流量,总能量,天然气组分 及管理所需的信息
高级超声波流量计流量方程
D
4
2
K
qf工况体积流量，m3/s； A管道流通面积，m2； ts超声波顺流传播的时间，s； tn超声波逆流传播的时间，s； L超声波在传感器之间的声道长度，m； D管道内径，m； θ管轴线与传感器声道之间的夹角； K速度分布剖面的修正系数； 利用流量计算机计算出的压缩因子和温度/压力变送器来的温压信号 对气体超声波流量计来的流量信号进行体积修正，从而得到标况下的流 量。 流量计本身的超声波工作范围在80 – 180 KHz之间，中心频率为120 KHz 。
探头接到放大板的 三根线中，黑色信 号线(+)、白色信 号线(-) 、S接地线
Mark II CPU 主板 电源板 本安接口板 现场接线板 诊断和接口板
四、CUI软件
DANIEL CUI是基于Windows操作系统的软件，可为用户呈
现：流速剖面、各声道的声速、增益、信噪比
连接PC机与超声流量计之间的RS232（以太网）通讯电缆，
功能如下：
PID 控制 流量平衡 流量规划 自动求证 K因子序列线性化 阀门监测/控制
取样器控制
校准装置操作，通过配置，可以包括精密和双向
的校准试验装置。
模块智能输入输出（IO）
通过配置，IO 可以满足大多数系
数量 12 4 1
I/O 功能
描述 模拟输入 模拟输出 原始脉冲输出（校正）
号 压电晶体的反向效应用来产生超声波振动 压电晶体的正向效应用来感测超声波振动
超声波流量计探头
衬垫 材料 导电 体
壳体
压电晶体 Disk
耦合 层
120 KHz 输入
24V 输入
120 KHz 输出
电压输出
二、丹尼尔气体超声波流量计技术特点
直射式
直射式（从加工上来说有更高的加工精度以及对电子单元的更高要求。 相对于反射式声道更短，传输时间更短），不易受管道内部污垢的影 响）（脏表比较）
统的要求，其中包括多流、多重 产品和主计量设备。 通过配置，IO卡可以执行下列测 量、控制和逻辑服务功能： 数量描述12模拟输入4模拟输出1 原始脉冲输出（校正）34-线 RTD16数字输入12数字输出3频 率输入2双脉冲输入4 单脉冲输 入5可编程脉冲输出
3 16 12 3 2
4-线 RTD 数字输入 数字输出 频率输入 双脉冲输入 4 单脉冲输入 可编程脉冲输出
沿声程测得的被测气体的平均流速：
v 1 1 2 cos t s tn L
表示被测气体的平均流速，这是沿声道长度上的平均的线性
加权的气体流速，需进行气体流速的修正，得出计算气体流 量的方程式：
q
f
A K v
D
4
2
1 1 K 2 cos t s tn L L
五、S600流量计算机
Daniel FloBoss S600接收处理输入信号，同时提供处理输出和控制信号，
用于流量计量、密闭输送、批量装载和校准设备。 Daniel FloBoss S600提供下列部件： 50 赫兹的英特尔32位80486 DX2 CPU，带有内置式浮点计算共处理器。 本配置由在每个I/O板上的六个处理器提供支持。 可以最多用于10个混合计量流的容量、数据库和处理能力。 CPU最多可以支持七个插入式扩展I/O模块。镶嵌式外壳可以容纳一个 CPU模块和最多3个I/O模块。 用于本地系统操作和数据输入的面板显示和键区： Daniel FloBoss S600包括一个背光的液晶演示设备、一个29键的键区和 一个告警状态发光二级管。 多重通讯接口，包括两个用于连接打印机或远程终端设备的RS232序列 端口和三个用于连接Modbus SCADA数据网络或者与DCS监控系统的 RS422/RS485 串行端口（最多可以达到57.6K波特）。 通过使用FTP和TCP/IP协议的10baseT以太网进行网络连接。 用于与Config 600 的用户界面的连接的专用配置端口。
速度是指声波通过某一介质的速率(米/秒, 英
尺/秒), 它是独立于频率的一个概念 介质的弹性越大,声波传播的速度越快 介质的密度越大, 声波传输的速度越慢 如果气体的密度已知的话,声波的速度是可以 计算出来的
声波的波长
波长等于声波的速度除以声波的频率
声波的强度
随介质的密度降低而变弱
从这里拆除
机箱的安装：
1、Daniel FloBoss S600设备，面板上的切口应该为矩形的，垂直高 度为150 mm（5.9”），水平长度为66 mm（2.6”）。每个轴向的公 差范围为+/-3 mm（0.12”） 2、为了防止出现变形，面板的厚度不可以小于3 mm。也可以使用比 较薄的面板，但同时需要对机箱的后部进行支撑。 3、将面板封装靠在预先切口的后部。 4、重新安装顶部和底部固定夹，然后用扳手固定。 5、如果安装了后部支撑，则应该使用自攻螺钉将封装壳固定到后部 支撑上。螺丝在封装箱内的最大深度部应该超过3 mm（0.12”）。
Mark III电子单元
Mark III电子单元（一套电子单元适用于所有的 超声波流量计，压力温度输入可以实现表体 内径的补偿）
表体一次铸造成型，没有焊缝
时间直通ห้องสมุดไป่ตู้原理的技术特点
DANIEL 超声波流量计是时间直通式超声流量 计
声波由一个探头发射另一个接收，不经管壁
反射 声波由上游向下游传输的时间(由于声波被气 流推动)小于声波由下游向上游传输的时间 (声波被气流反向阻挡) 这两个时间之差与气流的速度存在某种关系 从上下游测得的传输时间可以计算出气流的 平均速度和声波的速度
超声波是高频率的声波
人类可以通过听觉感知到的声波频率范围从
20到 20,000 Hz 超声波的频率在 20,000Hz以上 丹尼尔超声波流量计的工作频率是120 KHz
为什么使用超声波?
能够聚焦成一束光
在管道经常产生的干扰频率(60HZ)之上
超声波的产生和检测
压电晶体制成的传感器用来产生和感测超声波信
任意一对传感器
t1 =
L c - v(x/L)
X
t2 =
L c + v(x/L)
Flow
D
流量方程
L (t1-t2) v= 2x t1t2 L (t1+t2) c= 2 t1t2
2
v = 流体速度 c = 声速 t1 = 上游传输时间 t2 = 下游传输时间
流速测量
流量与流体的流速和截面积有关
流量=流速*截面积
气体高级超声波流量计
四通道流量计
声波的基本知识
什么是声波 ?
声波是一种机械辐射能,它以实际物质为载体
的纵向压力波(注意它不是一种横截面或横向 波).
声波是如何产生的 ?
当振动体与介质相接触时,便产生声波
声波的频率 (Hz)
单位时间内通过某一给定点的声波的数量叫
声波的频率
声波的速度
5
CPU板
智能I/O板
Daniel FloBoss S600包括下列软件特性：
可以通过变量法对批处理进行编程。并且可以对具体的批处
理终结警报和终点警报进行配置。 对于所有的输入变量都可以进行流量和时间的加权平均配置。 在每日的总量和运行的批处理总量的基础上，这些平均值可 以用来产生校正因子。 最多可以支持16个不同的警报组；通常，最常用的三种是计 算机、系统和处理组。当前的告警状态通过在Daniel FloBoss S600的面板上的一个单独的三色发光二极管显示 出来的。 最多可以对12个用户定义的周期报告进行处理。同时还可提 供维护、批处理和瞬时（即时）报告。气体=液体和校正采 用不同的报告格式。报告可以在本地打印。 每个用户都可以从10个安全级别中得到一个密码启动的安全 级别。 在启动过程中进行限流，以防出现电流尖脉冲。 可对应用于流量或压力控制的计量器进行PID流量控制逻辑 的计算。
当管道中有气体流过时，传感器1和传感器2所发射的超声波
脉冲分别被传感器2和传感器1接受，由于超声波脉冲在气流 中传播速度受到气流的影响，导致超声波脉冲顺流传播的速 度要比逆流时快，在超声波声道长度内，其顺流、逆流方向 的传播时间分别为：
ts L c v cos
tn L c v cos
S600安装
要开始安装步骤，首先要从Daniel FloBoss S600上拆下面板：
1、确认Daniel FloBoss S600处于关闭状态。 2、使用2.5 mm通用板手拆下位于面板的底部中央部分的六角固定螺丝。 3、轻轻地滑动Daniel FloBoss S600面板向上4 mm（0.15”），使其脱离 位于机箱上部的卡槽。然后向前拉动面板，使其完全脱离面板。 4、从面板的后部拆下带状线缆。 5、用扳手拆下设备上的顶部和底部夹持器。
独特的声道布置能够更准确地体现流体流态（GRI的测试），同时可以有 效消除漩涡流的影响；水平的声道布置不会造成凝析液的积聚;
表体一次铸造成型，没有焊缝
表体一次铸造成型，没有焊缝，能最大限度减小温度变化带来的表体几 何尺寸的影响。
噪声的数字滤波处理
调节阀产生噪声的数字虑波处理（对超声波信 号取平均值，从而可以滤除噪声）
在PC机中运行“Daniel CUI MARK III”软件，点击 “connect（连接）”按钮，建立PC机与超声流量计之间 的通讯。 以太网连接要知道超声的网址(必须有密匙)。
每个声 道流速
每个声 道声速
每个声道 的增益值
每个声道 的信噪比
Meter output:指流量计测量出来的工况流量的大小 Chord velocities:指各个声道所测量出来的介质流速 Chord SOS:指各个声道的声速大小 Chord Gains:指各个声道的增益，所谓增信号益就是指流 量计给探头所供应的驱动能量的大小。 如果某声道探头脏了，那么探头的能量就会被大大削弱， 此时流量计可以通过探头的反馈信号得知能量损耗较大，结 果就会增加此声道的增益，从而增加能量，能够克服由于探 头脏污而导致的能量损失。 Signal to noise ratios:信噪比，指的是超声波流量计的信 号和噪声的比值，信噪比越大，则说明超声波流量计的工作 情况越好。 Alarms:声道报警，当探头工作不正常，或者探头不能正常 被处理的时候，就会出现某个声道的报警，此时声道的状态 指示为红色。
三、Mark III 电子数据处理单元
CPU板
终端板
将通讯线（两根）接到通讯口A 的“1”和“2”端子上，同时将 “1”和“4”，“2”和“5” 短接
1、一块CPU板 代替原来的四块 板 2、MARKⅢ输 出每秒更新一次， MARKⅡ5秒一 次 3、声波发射 MARKⅢ比 MARKⅡ快
放大器板
时间直通式测量原理
本安型传感器信号检测回路
脉冲发生器
接收单元
检测单元
120 kHz 超声波信号
( 大大高予调节阀的干扰频率60 kHz)
时钟
100 MHz 晶振
T-Slot 型超声波探头
Daniel Ultrasonic Slide 22
可以使用以下工具在线带压 拆卸并更换超声波探头
Daniel Ultrasonic Slide 23
超声波流量计
孙兴平 2008.1.17
一、气体超声波流量计原理及相关知识 二、丹尼尔超声波流量计技术特点
三、Mark III电子单元
四、CUI 软件介绍
五、S600
六、超声波流量计的投运
七、注意事项
八、常见故障及处理
一、超声波流量计结构和计量原理
结构
原理：
气体超声流量计采用绝对数字时间差法，是通过测量 高频声脉冲在气体中顺流传播和逆流传播的时间差与气体流 速成正比这一原理来测量气体流量的速度式流量计
CPU、I/O板的安装和拆除 ：
CPU板的特定位置位于封装后的最左侧的插槽。 其余的插槽中可以组装上插入式I/O板，也可以是预留的，并由专门用 来覆盖空插槽的空板覆盖。 1、在进行插入板的拆除操作之前，首先要确保Daniel FloBoss S600设备 上的电力供应已经终端。 2、在拆除之前首先要拆下固定螺丝，这样可以避免在插入板的拆除过程中 对拉伸台造成损害。 3、通过使用对应的板上的拉伸台拆除插入板，并使板从机箱壳中脱离出来。 在拆除连接器的过程中，可能需要一定程度上的摇晃。
2 cos t s t n
t n
ts
典型的超声流量计量系统
RS232/RS485 色谱的分析数据 温度& 压力数据 与上位机数字通信,包括所有 诊断和报警信息 RS485 或脉冲 接收工况流量
标况流量,总能量,天然气组分 及管理所需的信息
高级超声波流量计流量方程
D
4
2
K
qf工况体积流量，m3/s； A管道流通面积，m2； ts超声波顺流传播的时间，s； tn超声波逆流传播的时间，s； L超声波在传感器之间的声道长度，m； D管道内径，m； θ管轴线与传感器声道之间的夹角； K速度分布剖面的修正系数； 利用流量计算机计算出的压缩因子和温度/压力变送器来的温压信号 对气体超声波流量计来的流量信号进行体积修正，从而得到标况下的流 量。 流量计本身的超声波工作范围在80 – 180 KHz之间，中心频率为120 KHz 。
探头接到放大板的 三根线中，黑色信 号线(+)、白色信 号线(-) 、S接地线
Mark II CPU 主板 电源板 本安接口板 现场接线板 诊断和接口板
四、CUI软件
DANIEL CUI是基于Windows操作系统的软件，可为用户呈
现：流速剖面、各声道的声速、增益、信噪比
连接PC机与超声流量计之间的RS232（以太网）通讯电缆，
功能如下：
PID 控制 流量平衡 流量规划 自动求证 K因子序列线性化 阀门监测/控制
取样器控制
校准装置操作，通过配置，可以包括精密和双向
的校准试验装置。
模块智能输入输出（IO）
通过配置，IO 可以满足大多数系
数量 12 4 1
I/O 功能
描述 模拟输入 模拟输出 原始脉冲输出（校正）
号 压电晶体的反向效应用来产生超声波振动 压电晶体的正向效应用来感测超声波振动
超声波流量计探头
衬垫 材料 导电 体
壳体
压电晶体 Disk
耦合 层
120 KHz 输入
24V 输入
120 KHz 输出
电压输出
二、丹尼尔气体超声波流量计技术特点
直射式
直射式（从加工上来说有更高的加工精度以及对电子单元的更高要求。 相对于反射式声道更短，传输时间更短），不易受管道内部污垢的影 响）（脏表比较）
统的要求，其中包括多流、多重 产品和主计量设备。 通过配置，IO卡可以执行下列测 量、控制和逻辑服务功能： 数量描述12模拟输入4模拟输出1 原始脉冲输出（校正）34-线 RTD16数字输入12数字输出3频 率输入2双脉冲输入4 单脉冲输 入5可编程脉冲输出
3 16 12 3 2
4-线 RTD 数字输入 数字输出 频率输入 双脉冲输入 4 单脉冲输入 可编程脉冲输出
沿声程测得的被测气体的平均流速：
v 1 1 2 cos t s tn L
表示被测气体的平均流速，这是沿声道长度上的平均的线性
加权的气体流速，需进行气体流速的修正，得出计算气体流 量的方程式：
q
f
A K v
D
4
2
1 1 K 2 cos t s tn L L
五、S600流量计算机
Daniel FloBoss S600接收处理输入信号，同时提供处理输出和控制信号，
用于流量计量、密闭输送、批量装载和校准设备。 Daniel FloBoss S600提供下列部件： 50 赫兹的英特尔32位80486 DX2 CPU，带有内置式浮点计算共处理器。 本配置由在每个I/O板上的六个处理器提供支持。 可以最多用于10个混合计量流的容量、数据库和处理能力。 CPU最多可以支持七个插入式扩展I/O模块。镶嵌式外壳可以容纳一个 CPU模块和最多3个I/O模块。 用于本地系统操作和数据输入的面板显示和键区： Daniel FloBoss S600包括一个背光的液晶演示设备、一个29键的键区和 一个告警状态发光二级管。 多重通讯接口，包括两个用于连接打印机或远程终端设备的RS232序列 端口和三个用于连接Modbus SCADA数据网络或者与DCS监控系统的 RS422/RS485 串行端口（最多可以达到57.6K波特）。 通过使用FTP和TCP/IP协议的10baseT以太网进行网络连接。 用于与Config 600 的用户界面的连接的专用配置端口。
速度是指声波通过某一介质的速率(米/秒, 英
尺/秒), 它是独立于频率的一个概念 介质的弹性越大,声波传播的速度越快 介质的密度越大, 声波传输的速度越慢 如果气体的密度已知的话,声波的速度是可以 计算出来的
声波的波长
波长等于声波的速度除以声波的频率
声波的强度
随介质的密度降低而变弱
从这里拆除
机箱的安装：
1、Daniel FloBoss S600设备，面板上的切口应该为矩形的，垂直高 度为150 mm（5.9”），水平长度为66 mm（2.6”）。每个轴向的公 差范围为+/-3 mm（0.12”） 2、为了防止出现变形，面板的厚度不可以小于3 mm。也可以使用比 较薄的面板，但同时需要对机箱的后部进行支撑。 3、将面板封装靠在预先切口的后部。 4、重新安装顶部和底部固定夹，然后用扳手固定。 5、如果安装了后部支撑，则应该使用自攻螺钉将封装壳固定到后部 支撑上。螺丝在封装箱内的最大深度部应该超过3 mm（0.12”）。
Mark III电子单元
Mark III电子单元（一套电子单元适用于所有的 超声波流量计，压力温度输入可以实现表体 内径的补偿）
表体一次铸造成型，没有焊缝
时间直通ห้องสมุดไป่ตู้原理的技术特点
DANIEL 超声波流量计是时间直通式超声流量 计
声波由一个探头发射另一个接收，不经管壁
反射 声波由上游向下游传输的时间(由于声波被气 流推动)小于声波由下游向上游传输的时间 (声波被气流反向阻挡) 这两个时间之差与气流的速度存在某种关系 从上下游测得的传输时间可以计算出气流的 平均速度和声波的速度
超声波是高频率的声波
人类可以通过听觉感知到的声波频率范围从
20到 20,000 Hz 超声波的频率在 20,000Hz以上 丹尼尔超声波流量计的工作频率是120 KHz
为什么使用超声波?
能够聚焦成一束光
在管道经常产生的干扰频率(60HZ)之上
超声波的产生和检测
压电晶体制成的传感器用来产生和感测超声波信
任意一对传感器
t1 =
L c - v(x/L)
X
t2 =
L c + v(x/L)
Flow
D
流量方程
L (t1-t2) v= 2x t1t2 L (t1+t2) c= 2 t1t2
2
v = 流体速度 c = 声速 t1 = 上游传输时间 t2 = 下游传输时间
流速测量
流量与流体的流速和截面积有关
流量=流速*截面积
气体高级超声波流量计
四通道流量计
声波的基本知识
什么是声波 ?
声波是一种机械辐射能,它以实际物质为载体
的纵向压力波(注意它不是一种横截面或横向 波).
声波是如何产生的 ?
当振动体与介质相接触时,便产生声波
声波的频率 (Hz)
单位时间内通过某一给定点的声波的数量叫
声波的频率
声波的速度
5
CPU板
智能I/O板
Daniel FloBoss S600包括下列软件特性：
可以通过变量法对批处理进行编程。并且可以对具体的批处
理终结警报和终点警报进行配置。 对于所有的输入变量都可以进行流量和时间的加权平均配置。 在每日的总量和运行的批处理总量的基础上，这些平均值可 以用来产生校正因子。 最多可以支持16个不同的警报组；通常，最常用的三种是计 算机、系统和处理组。当前的告警状态通过在Daniel FloBoss S600的面板上的一个单独的三色发光二极管显示 出来的。 最多可以对12个用户定义的周期报告进行处理。同时还可提 供维护、批处理和瞬时（即时）报告。气体=液体和校正采 用不同的报告格式。报告可以在本地打印。 每个用户都可以从10个安全级别中得到一个密码启动的安全 级别。 在启动过程中进行限流，以防出现电流尖脉冲。 可对应用于流量或压力控制的计量器进行PID流量控制逻辑 的计算。
当管道中有气体流过时，传感器1和传感器2所发射的超声波
脉冲分别被传感器2和传感器1接受，由于超声波脉冲在气流 中传播速度受到气流的影响，导致超声波脉冲顺流传播的速 度要比逆流时快，在超声波声道长度内，其顺流、逆流方向 的传播时间分别为：
ts L c v cos
tn L c v cos
S600安装
要开始安装步骤，首先要从Daniel FloBoss S600上拆下面板：
1、确认Daniel FloBoss S600处于关闭状态。 2、使用2.5 mm通用板手拆下位于面板的底部中央部分的六角固定螺丝。 3、轻轻地滑动Daniel FloBoss S600面板向上4 mm（0.15”），使其脱离 位于机箱上部的卡槽。然后向前拉动面板，使其完全脱离面板。 4、从面板的后部拆下带状线缆。 5、用扳手拆下设备上的顶部和底部夹持器。