超声波流量计

超声波流量计超声波流量计测量原理

气体超声波流量计是利用超声脉冲在气流中传播的速度与气流的速度有对应的关系，即顺流时的超声脉冲传播速度比逆流时传播的速度要快，这两种超声脉冲传播的时间差越大，则流量也越大的原理。在实际工作过程中，处在上下游的换能器将同时发射超声波脉冲，显然一个是逆流传播，一个是顺流传播。气流的作用将使两束脉冲以不同的传播时间到达接收换能器。由于两束脉冲传播的实际路程相同，传输时间的不同直接反映了气体流速的大小。

任意一对传感器t1=Lc-v(x/L)t2=Lc+v(x/L)LFlowXD流量从上述方程中求出v=L2x(t1-t2)t1t2c=L2(t1+t2)t1t22v=流体速度c=声速t1=上游传输时间t2=下游传输时间多通道即多路流速测量!多通道流量计ABCDVavg

=S

WnVnn=14Vn=L(t1-t2)2x(t1t2)2流量与流体的流速和截面积有关 流量=流速*截面积流速测量工况体积瞬时流量=面积*Ve标准体积瞬时流量=工况体积瞬时流量*工况密度/标准密度质量瞬时流量=工况体积瞬时流量*工况密度

超声波流量计的结构气体超声流量计的结构主要取决于以下几个方面：（1）声波探头的设置方式。外置式或内置接触式，气体超声流量计一般采用将接收和发射换能器插入管内至内壁边缘。（2）声波的接收方式。①直射式：直接接收发射探头的声波②反射式：接收经管壁反射以后的声波。即接收换能器不是直接接收发射换能器发出的声波，而是接收经管壁一次反射或再次反射回的声波。

（3）声道的设置。单声道和多声道。不论是单声道还是多声道气体超声流量计，其声波的发送与接收原理是一样的。不同的是在不同声程上所测的线速度对管道截面的流速的呈现不同。

单声道流量计

一般都采用单反射技术，计量不确定度为:1.0~2.0%。

Daniel采用的是直射技术；

Instromet采用的是双反射技术；

Controlotron采用的是单反射技术。双声道气体超声流量计不确定度为1.0~1.5%。中油管道投产运行公司川气东送-鄂西管理处结构—双声道流量计Instromet采用的是一个单反射和两个双反射技术，Controlotron采用单反射技术，不确定度为0.7~1.0%。结构—三声道流量计超声波流量计结构主要分为三部分：流量计本体、超声换能器、MarkII电子数据处理单元，如图所示：流量计本体：流量计本体是经特殊加工，用于安装超声换能器、MarkII电子数据处理单元及压力变送的装置。超声换能器：超声换能器是把声能转换成电信号和反过来把电信号转换成声能的元件。

1，高频率，低功耗，低电压工作，高效，安全2，灵敏度高3，可以在线带压更换，更换电缆不影响工作及精度4，适用广泛5，结构紧凑，插入表体浅，不易受污垢影响，寿命长探头的特点超声波流量计结构

MarkII电子数据处理单元：由电子元件和微处理器系统组成。它接受超声换能器的信号，且具有处理测量信号和显示、输出及记录测量结果等功能。管路安装1、上、下游直管段

紧邻超声流量计的上、下游安装一定长度的直管段。上游条件较为理想时，要求上游直管段为10D，下游直管段为5D（推荐上游直管段为20D，下游直管段为5D）。双向流动时，上、下游直管段均应至少10倍管道公称直径。2、超声流量计表体安装超声流量计表体安装各厂家要求各不相同，一般应保证表体水平安装，有的还应将表体法兰上定位销孔与上、下游直管段相应销孔对齐。安装时应留有足够的检修空间。3、突入物超声流量计的内径、连接法兰及其紧邻的上、下游直管段应具有相同的内径，其偏差应在管径的±1％以内；

4、内表面与超声流量计匹配的直管段，其内壁应无锈蚀及其它机械损伤，在组装之前，应除去超声流量计及其连接管内的防锈油或沙石灰尘等附属物。使用中也应随时保持介质流通通道的干净、光滑。5、温度计插孔对单向流测量，应将温度计插孔设在超声流量计下游距法兰端面（2～5）D之间；对双向流进行测量，温度计插孔应设在距超声流量计法兰端面至少3D的位置。超声波流量计的投运1.流量计投用以前应该按国家标准或规程进行检定或实流校准。2.检查各种信号线，电源线连接完好。3.先打开进口旁通阀，给管道缓慢充气，然后缓慢打开进口截止阀（至少持续一分钟），避免流量计过高压差或过高流速，给管道缓慢加压，达到流量计的运行压力。注意:压力剧烈震荡或不当的高速加压会损坏流量计4.检查所有的法兰连接处和引压接头及温度传感器的插入接头处是否有气体泄漏。5.接线检查：对照厂家提供的系统接线图，检查所有接线无误。7.流量计最高流速不超过30m/s8.流量计在启用前要求进行零流量测试，现场不具备条件应进行工况条件下的零流量测试（零流量测试就是关闭超声流量计的上、下游阀门，使流过流量计的气体流速为零，等管道内气体温度稳定后，读取零流速读数，每个声道的气体流速至少记录30s，要求零流速读数应小于12mm/s。）注意事项：1、应定期检查信号处理单元、升到有无故障、零流量测量是否准确、超声换能器表面是否有沉积物等。定期收集流量监测系统的运行数据，并分析比较，以确定流量计是否存在故障。

2、超声波流量计运行时注意声道的效率，如果没有达到100%，请检查声道.3、长时间不使用超声波流量计应关闭其流量计算机电源。4、如果超声波流量计长时没有运行，启动前应仔细检查接线和各连接点有无漏气现象。超声流量计日常维护需要检查的参数和方法需要检查的运行参数检查方法备注气体工作温度按相关要求检查温度测量系统工作是否正常。必查气体工作压力按相关要求检查压力测量系统工作是否正常。必查天然气组成检查计算机内输入的天然气组成数据是否正确，或在线分析系统的分析数据是否正确。必查超声流量计系数检查超声流量计系数是否与检定证书一致。必查各声道运行状态检查各声道的参数，确认各声道运行是否正常必查零流速读数在零流速下各声道所测得的气体流速是否小于规定值。选择声速检查超声流量计各声道所测的声速是否稳定在一定范围内，如果发生跳变，表明存在故障。必查增益值/噪声（信噪比/信号质量）增益值主要受压力和超声探头表面污物的影响，通常情况下增益应该是相对稳定的。若超出超声流量计说明书中规定的技术范围，则说明超声流量计不能正常工作。检查反映背景噪声和/或电噪声量的参数是否稳定在正常范围值。若增益或信噪比等超出流量说明书中规定的范围，则表明探头表面因被污染而不能正常工作。必查气体工作流速检查超声流量计所测的气体工作流速是否在超声流量计说明规定的正常工作范围内。必查流量参数核查首次安装时必须检查超声流量计算机内设置的各项参数是否正确。首次必查超声流量计常见问题及对策

序号可能发生的故障原因排除方法1没有流量信号接触不好检查超声流量计的各信号电缆及接头、直流电源的电压、电源线及用户一端的接口。其它需对超声流量计进一步检查。若某组件被确认已损坏时，应更新与其相同型号规格的组件，或超声流量计厂家推荐型号组件，更换后应进行相应的检查。2增益值/信噪比异常脏污经超声流量计参数检查证实是超声探头脏污，应按第三节的要求进行清洗。3超声探头不工作压力超范围调整计量工作压力或更换合适的探头。探头故障按要求更换相同型号的新探头，并将新探头的标定参数输入到相应的程序系统中，记录新探头的系列号。检查各声道的声速测量值，其最大误差不超过0.2%。再计算出相同条件下的理论声速，二者之间误差应在超声流量计说明书规定的范围内。4没有温度、压力信号接触不好分别检查超声流量计温度、压力测量系统接线。5温度、压力信号异常参数设置或零漂检查系统设置。定期对温度、压力测量系统进行校检，确保温度压力测量数据准确可靠。6计算机报警计算机报警有责任和非责任报警、有冷启动和热启动报警和电池电压低等报警，应按照超声流量计的说明书进行检查。7系统报警报警设置在确认温度、压力测量系统正常的情况下，检查超声流量计算机内的压力、温度量程范围设置是否正确。8过程报警报警设置过程报警主要有流量、温度、压力、密度、以及热值等报警，其主要原因是由于它们测量的值超出了预设定范围。在确认压力、温度测量系统正常后检查所有的设定值。9声速异常系统故障观察声速的大小，通常所测的声速值应稳定在一定范围内，如果声速突变，则表示测量系统可能有故障。10流速超范围超量程气体流速超出超声流量计的测量范围，超声流量计不能正常工作。备注：1、超声流量计的关键计量部件维修后，必须经检定合格才能投入使用。2、由于超声流量计的自诊断技术在不断发展，在实际应用中要以所使用设备的操作说明书为准。1、查看工况流量（单位：m3/h）

按“menu”键多次，直到退回主菜单，按下列顺序按数字键：1——>1——>1，其显示为：STR01UCVOLFR2、查看标况流量（单位：Nkm3/h）

按“menu”键多次，直到退回主菜单，按下列顺序按数字键：1——>1——>2，其显示为：STR01CVOLFR超声流量计量系统日常操作

3、查看标况累计气量（单位：Nkm3）

按“menu”键多次，直到退回主菜单，按下列顺序按数字键：2——>1——>2，其显示为：STR01FWDCVOL4、查看标况气量当前小时和前一小时累计值（单位：Nkm3）

按“menu”键多次，直到退回主菜单，按下列顺序按数字键：2——>1——>2，其显示为：STR01FWDCVOL，再按向右的键2次，其显示为：BASETIME1STR01FWDCVOLHOULY当前小时标况累计气量，其显示为：CurrentPeriod前一小时标况累计气量，其显示为：PreviousPeriod5、查看标况气量当天和前一天累计值（单位：Nkm3）

按“menu”键多次，直到退回主菜单，按下列顺序按数字键：2——>1——>2，其显示为：STR01FWDCVOL，再按向右的键3次，

其显示为：BASETIME1STR01FWDCVOLDAILY