时差法超声波管道流量计

摘 要 超声波流量计是一种利用超声波脉冲来测量流体流量的速度式流量仪表，它从80年代开始进入我国工业生产和计量领域，并在90年代得到迅速发展。文章对我佃国内市场上出现 了各类超声波流量进行了深入研究分析，结合多年的实际应用经验，系统阐述了超声波流量计的分类方法；从仪表性能、被测介质经济性，实用性等方面总结了选用超声波流量的原则，并对应用中如何选位、安装、维护提出具体建议，为用户合理选择和应用超声波流量计提供了一些可以借鉴的经验和方法。 关键词 超声流量计；换能器；时差式；安装方式 近几年来，随着电子技术、数字技术的发展，利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快，基于不同原理，适用于不同场合的各种型式的超声波流量计得到了广泛应用，同时也对广大用户提出如何认识超声波流量计、怎样选择合适的类型，使用中应注意些什么问题等一系列问题，本文综合国内超声波流量计目前的发展情况及多年应用的实践，对上述问题进行了些探讨。 1 超声波流量计的分类 超声波流量计的各类很多，依照不同的分类方法，可以分为不同类型的超声波流量计。 1.1 多谱勒式超声波流量计 如图1，换能器1发射频率为f1的超声波信号，经过管道内液体中的悬浮颗粒或气泡后，频率发生偏移，以f2的频率反射到换能器2，这就是多谱勒将就，f2与f1之差即为多谱勒频差fd。 设流体流速为v，超声波声速为c，多谱勒频移fd正比于流体流速v，即所以流体流速当管道条件、换能器安装位置、发射频率、声速确定以后，c、f1、θ即为常数，流体流速和多谱勒频移成正比，通过测量频移就可得到流体流速，进而求得流体流量。 1.2时差式超声波流量计 时差式超声波流量计是利用声波在流体中顺流传播和逆流传播的时间差与流体流速成正比这一原理来测量流体流量的。 如图2，换能器1向换能器2发射超声波信号，这是顺流方向，其传播时间为 反之，逆流方向的传播时间为： 时间差为： 由于cv，故 所以，流体流速 同样，c、L、θ均为常数，测得时间差△t即可求出流体流速v进而求得流体流量。 2 区别 根据超声波流量计使用场合不同，可以分为固定式超声波流量计和便携式超声波流量计。 2.1这两类超声波流量计的主要区别 (1)适用的场合不同 固定式超声波流量计用于安装在某一固定位置，对某一特定管道内流体的流量进行长期不间断的计量；便携式超声波流量计具有很大的机动性，主要用于对不同管道的流体流量作临时性测量。 (2)供电方式不同 固定式超声波流量计要求长期连续运行，所以要使用220V交流电源，便携式超声波流量计既可以使用现场的交流电源，也备有内置充电电池，可以连续工作5～10h［小时］，大大方便了不同场合临时性流量测量的需要。 (3)部分功能不同 因定式超声波流量计，通常都有4-20mA信号输出等功能，供远传显示使用，但其内部只能存贮一条管道的参数；便携式超声波流量计只是为了现场查看当时流量和短时间内的累计流量，故一般无输出信号功能，但为了方便测量不同管道流量，它具有丰富的贮存功能，可以同时存贮数十条不同管道的参数，供随时调出使用。 2.2 换能器供电方式不同 可以分为外贴式、插入式、管段式三种超声波流量计。 (1)外贴式 外贴式超声波流量计是生产最早，用户最熟悉且应用最广泛的超声波流量计，安装换能器无需管道断流，即贴即用，它充分体现了超声波流量计安装简单、使用方便的特点。 (2)管段式 某些管道因材质疏、导声不良，或者锈蚀严重，衬里和管道内空间有间隙等原因，导致超声波信号衰减严重，用外贴式超声波流量计无法正常测量，所以产生了管段式超声波流量计。 管段式超声波流量计把换能器和测量管组成一体，解决了外贴式流量计在测量中的一个难题。而且测量精度也比其它超声波流量计要高，但同时也牺牲了外贴式超声波流量计不断流安装这一优点，要求切开管道安装换能器。 (3)插入式 插入式超声波流量计 介于上述二者中间。在安装上可以不断流，利用专门工具在有水的管道上打孔，把换能器插入管道内，完成安装。由于换能器在管道内，其信号的发射、接受只经过被测介质，而不经过管壁和衬里，所以其测量不受管质和管衬材料限制。

随着科技技术的不断发展和创新，顶尖的高新科技不明觉厉。我公司天津迅尔仪表公司也随着科技的发展，社会的不断进步，仪器仪表行业的不断要求，也经过我公司的科研人员的不断的努力和创新，研制出了新型的TUF超声波流量计产品。 迅尔仪表公司TUF系列超声波流量计利用了低电压，多脉冲时差原理，采用高精度和超稳定的双平衡信号查分发射、差分接收数字检测技术来测量顺流和逆流方向的声波传输时间，根据时差计算出流速。具有稳定性好、零点漂移小、测量精度高，量程比宽抗干扰性强等特点。当超声波波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微笑变化，其传播时间的变化成正比于液体的流速，零流量时，两个传感器发射和接受声波所需的时间完全相同（唯一可实际测量零流量的技术）；介质流动时，逆流方向的声波传输时间大于水流方向的声波传输时间。其关系符合下面表达式： V=MD/sin2θ*ΔT/Tup*Tdown V：介质流速 θ：声速与液体流动方向的夹角 M：声束在液体的直线传播次数 D：管道内径 Tup：声束在正上方的传播时间 Tdown：声束在逆方向上的传播时间 ΔT：Tup-Tdown2、TUF产品特点1) 可做非接触式测量2) 无流动阻挠测量,无压力损失3) 可测量非导电性液体4) 量程比宽，用途广泛5) 多种功能主机，携带方便在日常的使用中超声波流量计总会出现一些大小的故障问题，总之要是总结起来客户在现场使用中的一些问题的总结就有很多了。当然这些问题里也有借鉴百度文裤里的故障分析，一起汇总了一下。大家来借鉴下吧！！超声波流量计技术问题汇总： 超声波流量计采用时差方式的测量原理，它利用探头发出的超声波在流动着的流体中的传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，在同一传播距离就有不同的传输时间，根据传输速度之差与被测流体流速之间的关系测出流体的流速。 典型时差原理图 ● 迅尔仪表公司超声波流量计什么情况下，采用插入式流量计？答：1）管道直径较大时； 2）有紧密内衬时； 3）管内结垢严重时； 4）管材为超声波的不良导体时； 5）外夹式探头达不到要求的信号强度或测量不稳定时。 ●迅尔仪表公司超声波流量计管段式流量计为什么容易保持计量精度？答：1）机加工定型定位； 2）需输入的参数，均可准确测量； 3）可在流量装置上标定。 ● 迅尔仪表公司超声波流量计为什么时差式超声波流量计在小管径上标定好后无须在大管径上标定? 答：超声波流量计属速度式仪表，它测量的是管道中流体的平均流速V，在仪表中，将V 乘以管道的截面积A，就得到体积流量Q，即Q=V×A。在超声波流量计的技术指标中，其精度为流速的±0.5%，也说明了这一点，正因为超声波流量计为测速仪表，因此，它在多大规格的管道检定也就不重要了，因为在Q=V×A公式中，A为一个给定值（管道规格），而V 为一个仪表实测值，Q为一个计算量。关于对应的标准，可查阅ISO/TR12765-1998《封闭管道中流体流量测量-采用传播时间超声波流量计测量流量》。 ●迅尔仪表公司超声波流量计对气泡、颗粒的含量有什么要求？什么情况下影响测量精度?答：1）在测量含颗粒的介质时，含气泡量不宜过多，否则影响数据飘且不稳定 2）在运用原理测量时，被测介质的颗粒或悬浮物必须能代表流体流速，在管道内能均匀分布，含量或多或少对流量都不会有太大影响。 ●迅尔仪表流量计能测原油吗? 答：含一定气体或杂质的原油可测。 ● 明渠流量计和不满管流量计的区别是什么? 答：1）明渠测量必须有标准的原始测量装置（如标准槽、堰），根据液位变化计算流量； 2）非满管测量，适用比较广泛，对复杂多变的现场条件适用性比较强，测量时可根据流速及流体流经装置的截面来计算流量； 3）两者测量原理和测量方式都有明显区别。 ● 迅尔仪表公司超声波流量计时差式超声波流量计何时使用动态校零？ 答：在现场管道不能停水的情况下，应使用动态校零。 ● 迅尔仪表公司超声波流量计固定式时差流量计如何在现场校正？答：在现场的固定式时差流量计或批量的情况下，可将一台便携式时差流量计（如DCT-7088）送检通过后，在现场对固定式时差流量计进行校正。 ● 迅尔仪表公司超声波流量计的标定方法是什么? 答: 体积法（容器法）、重量法（称重法）、标准表法 ●迅尔仪表公司超声波流量计使用一段时间后，发现信号衰减或无信号，什么原因?如何解决? 答：1）耦合剂干涸，失去作用； 2）管内结垢或介质糊住探头； 3）介质含渣、气泡增多； 4）探头位置发生变化； 5）探头与管壁间有气泡或杂物； 6）管衬与管内壁分离； 7） 探头老化； 8）探头电缆接触不良； 以上各项采取相应措施解决。 ●迅尔仪表公司超声波流量计[colo

超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术的发展才出现的一种非接触式仪表，适于测量不易接触、观察的流体以及大管径流量。使用超声波流量计，不用在流体中安装测量元件，故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可在不影响生产管线运行的情况下进行，因而是一种理想的节能型流量计。超声波流量计测量原理超声波流量计的测量是以物理学中的多普勒效应为基础的。根据声学多普勒效应，当声源和观察者之间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源所发出的频率。这个因相对运动而产生的频率变化与两物体的相对速度成正比．在超声波多普勒流量测量方法中，超声波发射器为一固定声源，随流体一起运动的固体颗粒起了与声源有相对运动的“观察者”的作用，当然它仅仅是把入射到固体颗粒上的超声波反射回接收据．发射声波与接收声波之间的频率差，就是由于流体中固体颗粒运动而产少的超声波多普勒频移．由于这个频率差正比于流体流速，所以测量频差可以求得流速．进而可以得到流体的流量．超声波流量计的种类很多，依照不同的分类方法，可以分为不同类型的超声波流量计。http://www.tayasaf.com/UploadFiles/201132315929117.jpg如上图所示，换能器1发射频率为f1的超声波信号，经过管道内液体中的悬浮颗粒或气泡后，频率发生偏移，以f2的频率反射到换能器2，这就是多谱勒将就，f2与f1之差即为多谱勒频差fd。 当管道条件、换能器安装位置、发射频率、声速确定以后，c、f1、θ即为常数，流体流速和多谱勒频移成正比，通过丈量频移就可得到流体流速，进而求得流体流量。目前市面上的多谱勒式超声波流量计主要以进口为主，可检测直径12.5 mm—4.5 mm的管道，随机附带不锈钢安装组件、耦合剂、交流充电器，坚固的携带机箱符合IP67 防护标准。适用于绝大多数含气泡或固体颗粒的液体流量监测，如废水、泥浆、石油、化学液、酸液、碱液、腐蚀液、研磨剂和粘性液体等。易于操作,传感器安装在管道外壁耗时不到一分钟。使用内置键盘和校验菜单可快速设置参数。可测量管道包括PVC、球墨铸铁、碳钢、不锈钢等所有可以传导超声波的材料。http://www.tayasaf.com/uploadfiles/20091282416.jpgPDFM5.0便携式多普勒超声波流量计时差式超声波流量计是利用声波在流体中顺流传播和逆流传播的时间差与流体流速成正比这一原理来丈量流体流量的。广泛应用于江、河、水库原水测量，石化产品工艺流检测，生产过程耗水量测量等领域。根据实际应用需要，时差式超声波流量计又分为，便携式时差式超声波流量计，固定式时差式超声波流量计，时差式气体超声流量计。便携式时差式超声波流量计方便移动测量，便携式时差式超声波流量计就属于此类，安装时只要把检测器夹装在管道外壁上，不需要截管或停流。因此没有一般流量计所必须的法兰，也不存在介质泄漏、压力损失等问题。http://www.tayasaf.com/uploadfiles/b2009810112635.jpgPT878便携式时差式超声波流量计固定式时差式超声波流量计大多应用于工厂、车间，对流体进行常规的实时测量，由于设备需要经年累月的长期运转，所以固定式超声波流量计 对稳定性、可靠性提出了更高的要求http://www.tayasaf.com/UploadFiles/2011323151851162.jpgPT878固定式时差式超声波流量计时差式气体超声流量计主要应用于石油化工领域中对气体流量的检测，环保领域亦有应用。http://www.tayasaf.com/uploadfiles/b2009813145850.jpgPT878GC便携式时差式气体超声流量计根据实际应用的需要，超声波流量计又分为外夹式、插进式、管段式三种(1)外夹式外夹式超声波流量计是生产最早，用户最熟悉且应用最广泛的超声波流量计，安装换能器无需管道断流，即贴即用，它充分体现了超声波流量计安装简单、使用方便的特点。http://www.tayasaf.com/uploadfiles/b20098311196.jpgPTF-H便携式外夹超声波流量计,(2)管段式某些管道因材质疏、导声不良，或者锈蚀严重，衬里和管道内空间有间隙等原因，导致超声波信号衰减严重，用外贴式超声波流量计无法正常丈量，所以产生了管段式超声波流量计。管段式超声波流量计把换能器和丈量管组成一体，解决了外贴式流量计在丈量中的一个困难。而且丈量精度也比其它超声波流量计要高，但同时也牺牲了外贴式超声波流量计不断流安装这一优点，要求切开管道安装换能器。比如泰亚赛福代理的美国GE公司的Sentinel TM 计量级天然气超声波流量计，是一种功能完善的超声波流量测量系统，可用于天然气流量的测量，完整的Sentinel系统包括超声波流量计，整流器和上下游直管段。该配置可消除系统安装带来的不确定因素（阀门，弯管及其他系统部件可能导致的流场变形）对流量的计性能的影响。该解决方案提供了一个简单且经济高效的测量系统，用户不会受到其他测量不确定因素的影响，未充分发展，非均衡的流场是主要的不确定因素之一，而该超声波流量计系统中已经去除了这一因素，因此用户可以获得有保障的测量精度。http://www.tayasaf.com/UploadFiles/2011323152850101.jpg天然气超声波流量计(3)插进式插进式超声波流量计 介于上述二者中间。在安装上可以不断流，利用专门工具在有水的管道上打孔，把换能器插进管道内，完成安装。由于换能器在管道内，其信号的发射、接受只经过被测介质，而不经过管壁和衬里，所以其丈量不受管质和管衬材料限制。http://www.tayasaf.com/uploadfiles/b2009813145449.jpgXGM868气体流量计 流量计的独到之处在于它集宽量程，易安装，低维护高精度和低廉价格等各种优点于一身，全数字化德XGM868没有压损，既无可能造成塞堵或集聚残物德部件，也无可被磨损的运动部件，极少需要日常维护，长期提供可信，无漂的测量。