超聲波流量計

超聲波流量計超聲波流量計測量原理

氣體超聲波流量計是利用超聲脈沖在氣流中傳播的速度與氣流的速度有對應(yīng)的關(guān)系，即順流時的超聲脈沖傳播速度比逆流時傳播的速度要快，這兩種超聲脈沖傳播的時間差越大，則流量也越大的原理。在實際工作過程中，處在上下游的換能器將同時發(fā)射超聲波脈沖，顯然一個是逆流傳播，一個是順流傳播。氣流的作用將使兩束脈沖以不同的傳播時間到達接收換能器。由于兩束脈沖傳播的實際路程相同，傳輸時間的不同直接反映了氣體流速的大小。

任意一對傳感器t1=Lc-v(x/L)t2=Lc+v(x/L)LFlowXD流量從上述方程中求出v=L2x(t1-t2)t1t2c=L2(t1+t2)t1t22v=流體速度c=聲速t1=上游傳輸時間t2=下游傳輸時間多通道即多路流速測量!多通道流量計ABCDVavg

=S

WnVnn=14Vn=L(t1-t2)2x(t1t2)2流量與流體的流速和截面積有關(guān) 流量=流速*截面積流速測量工況體積瞬時流量=面積*Ve標(biāo)準(zhǔn)體積瞬時流量=工況體積瞬時流量*工況密度/標(biāo)準(zhǔn)密度質(zhì)量瞬時流量=工況體積瞬時流量*工況密度

超聲波流量計的結(jié)構(gòu)氣體超聲流量計的結(jié)構(gòu)主要取決于以下幾個方面：（1）聲波探頭的設(shè)置方式。外置式或內(nèi)置接觸式，氣體超聲流量計一般采用將接收和發(fā)射換能器插入管內(nèi)至內(nèi)壁邊緣。（2）聲波的接收方式。①直射式：直接接收發(fā)射探頭的聲波②反射式：接收經(jīng)管壁反射以后的聲波。即接收換能器不是直接接收發(fā)射換能器發(fā)出的聲波，而是接收經(jīng)管壁一次反射或再次反射回的聲波。

（3）聲道的設(shè)置。單聲道和多聲道。不論是單聲道還是多聲道氣體超聲流量計，其聲波的發(fā)送與接收原理是一樣的。不同的是在不同聲程上所測的線速度對管道截面的流速的呈現(xiàn)不同。

單聲道流量計

一般都采用單反射技術(shù)，計量不確定度為:1.0~2.0%。

Daniel采用的是直射技術(shù)；

Instromet采用的是雙反射技術(shù)；

Controlotron采用的是單反射技術(shù)。雙聲道氣體超聲流量計不確定度為1.0~1.5%。中油管道投產(chǎn)運行公司川氣東送-鄂西管理處結(jié)構(gòu)—雙聲道流量計Instromet采用的是一個單反射和兩個雙反射技術(shù)，Controlotron采用單反射技術(shù)，不確定度為0.7~1.0%。結(jié)構(gòu)—三聲道流量計超聲波流量計結(jié)構(gòu)主要分為三部分：流量計本體、超聲換能器、MarkII電子數(shù)據(jù)處理單元，如圖所示：流量計本體：流量計本體是經(jīng)特殊加工，用于安裝超聲換能器、MarkII電子數(shù)據(jù)處理單元及壓力變送的裝置。超聲換能器：超聲換能器是把聲能轉(zhuǎn)換成電信號和反過來把電信號轉(zhuǎn)換成聲能的元件。

1，高頻率，低功耗，低電壓工作，高效，安全2，靈敏度高3，可以在線帶壓更換，更換電纜不影響工作及精度4，適用廣泛5，結(jié)構(gòu)緊湊，插入表體淺，不易受污垢影響，壽命長探頭的特點超聲波流量計結(jié)構(gòu)

MarkII電子數(shù)據(jù)處理單元：由電子元件和微處理器系統(tǒng)組成。它接受超聲換能器的信號，且具有處理測量信號和顯示、輸出及記錄測量結(jié)果等功能。管路安裝1、上、下游直管段

緊鄰超聲流量計的上、下游安裝一定長度的直管段。上游條件較為理想時，要求上游直管段為10D，下游直管段為5D（推薦上游直管段為20D，下游直管段為5D）。雙向流動時，上、下游直管段均應(yīng)至少10倍管道公稱直徑。2、超聲流量計表體安裝超聲流量計表體安裝各廠家要求各不相同，一般應(yīng)保證表體水平安裝，有的還應(yīng)將表體法蘭上定位銷孔與上、下游直管段相應(yīng)銷孔對齊。安裝時應(yīng)留有足夠的檢修空間。3、突入物超聲流量計的內(nèi)徑、連接法蘭及其緊鄰的上、下游直管段應(yīng)具有相同的內(nèi)徑，其偏差應(yīng)在管徑的±1％以內(nèi)；

4、內(nèi)表面與超聲流量計匹配的直管段，其內(nèi)壁應(yīng)無銹蝕及其它機械損傷，在組裝之前，應(yīng)除去超聲流量計及其連接管內(nèi)的防銹油或沙石灰塵等附屬物。使用中也應(yīng)隨時保持介質(zhì)流通通道的干凈、光滑。5、溫度計插孔對單向流測量，應(yīng)將溫度計插孔設(shè)在超聲流量計下游距法蘭端面（2～5）D之間；對雙向流進行測量，溫度計插孔應(yīng)設(shè)在距超聲流量計法蘭端面至少3D的位置。超聲波流量計的投運1.流量計投用以前應(yīng)該按國家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程進行檢定或?qū)嵙餍?zhǔn)。2.檢查各種信號線，電源線連接完好。3.先打開進口旁通閥，給管道緩慢充氣，然后緩慢打開進口截止閥（至少持續(xù)一分鐘），避免流量計過高壓差或過高流速，給管道緩慢加壓，達到流量計的運行壓力。注意:壓力劇烈震蕩或不當(dāng)?shù)母咚偌訅簳p壞流量計4.檢查所有的法蘭連接處和引壓接頭及溫度傳感器的插入接頭處是否有氣體泄漏。5.接線檢查：對照廠家提供的系統(tǒng)接線圖，檢查所有接線無誤。7.流量計最高流速不超過30m/s8.流量計在啟用前要求進行零流量測試，現(xiàn)場不具備條件應(yīng)進行工況條件下的零流量測試（零流量測試就是關(guān)閉超聲流量計的上、下游閥門，使流過流量計的氣體流速為零，等管道內(nèi)氣體溫度穩(wěn)定后，讀取零流速讀數(shù)，每個聲道的氣體流速至少記錄30s，要求零流速讀數(shù)應(yīng)小于12mm/s。）注意事項：1、應(yīng)定期檢查信號處理單元、升到有無故障、零流量測量是否準(zhǔn)確、超聲換能器表面是否有沉積物等。定期收集流量監(jiān)測系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，并分析比較，以確定流量計是否存在故障。

2、超聲波流量計運行時注意聲道的效率，如果沒有達到100%，請檢查聲道.3、長時間不使用超聲波流量計應(yīng)關(guān)閉其流量計算機電源。4、如果超聲波流量計長時沒有運行，啟動前應(yīng)仔細(xì)檢查接線和各連接點有無漏氣現(xiàn)象。超聲流量計日常維護需要檢查的參數(shù)和方法需要檢查的運行參數(shù)檢查方法備注氣體工作溫度按相關(guān)要求檢查溫度測量系統(tǒng)工作是否正常。必查氣體工作壓力按相關(guān)要求檢查壓力測量系統(tǒng)工作是否正常。必查天然氣組成檢查計算機內(nèi)輸入的天然氣組成數(shù)據(jù)是否正確，或在線分析系統(tǒng)的分析數(shù)據(jù)是否正確。必查超聲流量計系數(shù)檢查超聲流量計系數(shù)是否與檢定證書一致。必查各聲道運行狀態(tài)檢查各聲道的參數(shù)，確認(rèn)各聲道運行是否正常必查零流速讀數(shù)在零流速下各聲道所測得的氣體流速是否小于規(guī)定值。選擇聲速檢查超聲流量計各聲道所測的聲速是否穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，如果發(fā)生跳變，表明存在故障。必查增益值/噪聲（信噪比/信號質(zhì)量）增益值主要受壓力和超聲探頭表面污物的影響，通常情況下增益應(yīng)該是相對穩(wěn)定的。若超出超聲流量計說明書中規(guī)定的技術(shù)范圍，則說明超聲流量計不能正常工作。檢查反映背景噪聲和/或電噪聲量的參數(shù)是否穩(wěn)定在正常范圍值。若增益或信噪比等超出流量說明書中規(guī)定的范圍，則表明探頭表面因被污染而不能正常工作。必查氣體工作流速檢查超聲流量計所測的氣體工作流速是否在超聲流量計說明規(guī)定的正常工作范圍內(nèi)。必查流量參數(shù)核查首次安裝時必須檢查超聲流量計算機內(nèi)設(shè)置的各項參數(shù)是否正確。首次必查超聲流量計常見問題及對策

序號可能發(fā)生的故障原因排除方法1沒有流量信號接觸不好檢查超聲流量計的各信號電纜及接頭、直流電源的電壓、電源線及用戶一端的接口。其它需對超聲流量計進一步檢查。若某組件被確認(rèn)已損壞時，應(yīng)更新與其相同型號規(guī)格的組件，或超聲流量計廠家推薦型號組件，更換后應(yīng)進行相應(yīng)的檢查。2增益值/信噪比異常臟污經(jīng)超聲流量計參數(shù)檢查證實是超聲探頭臟污，應(yīng)按第三節(jié)的要求進行清洗。3超聲探頭不工作壓力超范圍調(diào)整計量工作壓力或更換合適的探頭。探頭故障按要求更換相同型號的新探頭，并將新探頭的標(biāo)定參數(shù)輸入到相應(yīng)的程序系統(tǒng)中，記錄新探頭的系列號。檢查各聲道的聲速測量值，其最大誤差不超過0.2%。再計算出相同條件下的理論聲速，二者之間誤差應(yīng)在超聲流量計說明書規(guī)定的范圍內(nèi)。4沒有溫度、壓力信號接觸不好分別檢查超聲流量計溫度、壓力測量系統(tǒng)接線。5溫度、壓力信號異常參數(shù)設(shè)置或零漂檢查系統(tǒng)設(shè)置。定期對溫度、壓力測量系統(tǒng)進行校檢，確保溫度壓力測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。6計算機報警計算機報警有責(zé)任和非責(zé)任報警、有冷啟動和熱啟動報警和電池電壓低等報警，應(yīng)按照超聲流量計的說明書進行檢查。7系統(tǒng)報警報警設(shè)置在確認(rèn)溫度、壓力測量系統(tǒng)正常的情況下，檢查超聲流量計算機內(nèi)的壓力、溫度量程范圍設(shè)置是否正確。8過程報警報警設(shè)置過程報警主要有流量、溫度、壓力、密度、以及熱值等報警，其主要原因是由于它們測量的值超出了預(yù)設(shè)定范圍。在確認(rèn)壓力、溫度測量系統(tǒng)正常后檢查所有的設(shè)定值。9聲速異常系統(tǒng)故障觀察聲速的大小，通常所測的聲速值應(yīng)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，如果聲速突變，則表示測量系統(tǒng)可能有故障。10流速超范圍超量程氣體流速超出超聲流量計的測量范圍，超聲流量計不能正常工作。備注：1、超聲流量計的關(guān)鍵計量部件維修后，必須經(jīng)檢定合格才能投入使用。2、由于超聲流量計的自診斷技術(shù)在不斷發(fā)展，在實際應(yīng)用中要以所使用設(shè)備的操作說明書為準(zhǔn)。1、查看工況流量（單位：m3/h）

按“menu”鍵多次，直到退回主菜單，按下列順序按數(shù)字鍵：1——>1——>1，其顯示為：STR01UCVOLFR2、查看標(biāo)況流量（單位：Nkm3/h）

按“menu”鍵多次，直到退回主菜單，按下列順序按數(shù)字鍵：1——>1——>2，其顯示為：STR01CVOLFR超聲流量計量系統(tǒng)日常操作

3、查看標(biāo)況累計氣量（單位：Nkm3）

按“menu”鍵多次，直到退回主菜單，按下列順序按數(shù)字鍵：2——>1——>2，其顯示為：STR01FWDCVOL4、查看標(biāo)況氣量當(dāng)前小時和前一小時累計值（單位：Nkm3）

按“menu”鍵多次，直到退回主菜單，按下列順序按數(shù)字鍵：2——>1——>2，其顯示為：STR01FWDCVOL，再按向右的鍵2次，其顯示為：BASETIME1STR01FWDCVOLHOULY當(dāng)前小時標(biāo)況累計氣量，其顯示為：CurrentPeriod前一小時標(biāo)況累計氣量，其顯示為：PreviousPeriod5、查看標(biāo)況氣量當(dāng)天和前一天累計值（單位：Nkm3）

按“menu”鍵多次，直到退回主菜單，按下列順序按數(shù)字鍵：2——>1——>2，其顯示為：STR01FWDCVOL，再按向右的鍵3次，

其顯示為：BASETIME1STR01FWDCVOLDAILY