超声波流量计系统知识介绍

1、 目目 录录一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识 声波：声波：是是声音声音的传播形式。声波是一种的传播形式。声波是一种机械波机械波，由物体（，由物体（声源声源）振动产）振动产生，声波传播的空间就称为生，声波传播的空间就称为声场声场。在在气体气体和和液体液体介质中传播时是介质中传播时是一种一种纵波纵波，但在，但在固体固体介质中传介质中传播时可能混有播时可能混有横波横波。人耳可以。人耳可以听到的声波的听到的声波的频率频率一般在一般在20赫赫兹兹至至20000赫兹之间赫兹之间。 一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识超声波超声波: 是指振动频率大于是指振动频率大于20KHz以上

2、的以上的,其每秒的振动次数（频率其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz），人们将这种听），人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性方向性.一、超声波

3、流量计基本知识一、超声波流量计基本知识指示被测流量和（或）在选定的时间间隔内流体总量的仪表。简单来说指示被测流量和（或）在选定的时间间隔内流体总量的仪表。简单来说就是用于测量管道或明渠中流体流量的一种仪表，工程上常用单位就是用于测量管道或明渠中流体流量的一种仪表，工程上常用单位m3/h，它可分为瞬时流量（，它可分为瞬时流量（Flow Rate）和累计流量（）和累计流量（Total Flow），），瞬时流量即单位时间内过封闭管道或明渠有效截面的量，流过的物质可瞬时流量即单位时间内过封闭管道或明渠有效截面的量，流过的物质可以是气体、液体、固体；累计流量即为在某一段时间间隔内（一天、一以是气体、液体

4、、固体；累计流量即为在某一段时间间隔内（一天、一周、一月、一年）流体流过封闭管道或明渠有效截面的累计量。通过瞬周、一月、一年）流体流过封闭管道或明渠有效截面的累计量。通过瞬时流量对时间积分亦可求得累计流量，所以瞬时流量计和累计流量计之时流量对时间积分亦可求得累计流量，所以瞬时流量计和累计流量计之间也是可以相互转化的间也是可以相互转化的流量计：流量计：一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识流量计分类：流量计分类： 容积式流量计容积式流量计 差压式流量计差压式流量计 浮子流量计浮子流量计 涡轮流量计涡轮流量计一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识流量计分类：流量计分类： 电磁流

5、量计电磁流量计 质量流量计质量流量计 涡街流量计涡街流量计 超声波流量计超声波流量计一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识超声波流量计分类：超声波流量计分类：根据对信号检测的原理，根据对信号检测的原理，目前目前超声波流量计超声波流量计大致可分大致可分传播速度差传播速度差法法(包括：包括：直接时差法直接时差法、时差法、时差法、相位相位差差法、频差法法、频差法)波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。其中以噪声法原理及结构最简单，便于测量和携带，价格便宜但其中以噪声法原理及结构最简单，便于测量和携带，价格便宜但准确度

6、准确度较低，较低，适于在流量测量适于在流量测量准确度准确度要求不高的场合使用要求不高的场合使用一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识目目 录录二、超声波流量计量系统二、超声波流量计量系统八十年代初期计八十年代初期计, 英国煤气公司开始研发四通道的超声波流量英国煤气公司开始研发四通道的超声波流量1986: 英国煤气公司授权一步开发该类型流量计的工业领域英国煤气公司授权一步开发该类型流量计的工业领域的应用的应用Daniel 公司作为唯一的开发商公

7、司作为唯一的开发商,进进1989: 第一台模拟电路超声波流量计顺利出厂销售并用于商第一台模拟电路超声波流量计顺利出厂销售并用于商业计量业计量1993: DANIEL 公司采样自动增益控制和数字信号处理技术公司采样自动增益控制和数字信号处理技术改善了流量计的电子单元改善了流量计的电子单元,提高了信号的保真度和流量计的精提高了信号的保真度和流量计的精度度1994: DANIEL 引入防爆的引入防爆的Mark II 电子在英国开始电子在英国开始2005: DANIEL 将将Mark II 升级为升级为升级为升级为MarkIII 电子处理装电子处理装置置二、超声波流量计量系统二、超声波流量计量系统19

8、98: DANIEL 开发出可在线拆装的超声波探头器并可提供在线带开发出可在线拆装的超声波探头器并可提供在线带压拆装工具压拆装工具 2000: 中油西南分公司采用中油西南分公司采用 7 台台DANIEL 高级超声波流量计用于贸高级超声波流量计用于贸 易计量，向重庆和四川的大型天然气用户供气。易计量，向重庆和四川的大型天然气用户供气。2001 ：大庆油田天然气公司采用流量计用于储气库和内部管线计量。大庆油田天然气公司采用流量计用于储气库和内部管线计量。7 台台DANIEL中级超声波用于储气库和内部管线计量中级超声波用于储气库和内部管线计量二、超声波流量计量系统二、超声波流量计量系统超声波流量计量

9、系统简介超声波流量计量系统简介二、超声波流量计量系统二、超声波流量计量系统 1 、超声波计量系统的任务、超声波计量系统的任务 准确测量经过在气体输送管道中安装的超声波流量计的天然气量准确测量经过在气体输送管道中安装的超声波流量计的天然气量 2 、天然气的特性、天然气的特性 可压缩性，根据天然气所受压力、温度和天然气组成的不同，其可压缩的程可压缩性，根据天然气所受压力、温度和天然气组成的不同，其可压缩的程 度也不同度也不同3 、怎样衡量天然气的量、怎样衡量天然气的量A ，体积计量：将经过超声波流量计的、在实际输送状况下的天然量转换为，体积计量：将经过超声波流量计的、在实际输送状况下的天然量转换为

10、某一指定状态（标准状态）下的天然气量某一指定状态（标准状态）下的天然气量B ，能量计量：将经过超声波流量计的、在实际输送状况下的天然量转换为，能量计量：将经过超声波流量计的、在实际输送状况下的天然量转换为该气量燃烧后可以发出的热量该气量燃烧后可以发出的热量一、超声波流量计基本知识一、超声波流量计基本知识二、超声波流量计量系统二、超声波流量计量系统1 、工况流量测量仪表（如气体超声波流量计）工况流量测量仪表（如气体超声波流量计）用于测量在管道中实际输送状态下的天然气流量用于测量在管道中实际输送状态下的天然气流量 2 、温度、压力测量仪表（如温度、压力变送器）温度、压力测量仪表（如温度、压力变送器

11、）用于测量管道实际输送气体的状态用于测量管道实际输送气体的状态 3 、天然气组成分析仪表（如气相色谱分析仪）天然气组成分析仪表（如气相色谱分析仪）分析管道中输送的天然气成份，用于计算天然气的可压缩程度或天然分析管道中输送的天然气成份，用于计算天然气的可压缩程度或天然气的可发热程度气的可发热程度 4 、计量二次仪表（如流量计算机）计量二次仪表（如流量计算机） 综合上述测量结果，计算出满足贸易交接要求的量值综合上述测量结果，计算出满足贸易交接要求的量值二、超声波流量计量系统二、超声波流量计量系统优点：优点：二、超声波流量计量系统二、超声波流量计量系统优点：优点：二、超声波流量计量系统二、超声波流量

12、计量系统优点：优点：二、超声波流量计量系统二、超声波流量计量系统优点：优点：二、超声波流量计量系统二、超声波流量计量系统优点：优点：目目 录录 气体超声波流量计是利用超声脉冲在气流中气体超声波流量计是利用超声脉冲在气流中传播的传播的速度速度与与气流的速度气流的速度有对应的关系，即顺流时的超声脉有对应的关系，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，处在上下游的工作过程中，处在上下游的换能器将同时发射超声波换能器将同时发射超声波

13、脉冲脉冲，显然一个是逆流传播，一个是顺流传播。气流，显然一个是逆流传播，一个是顺流传播。气流的作用将使的作用将使两束脉冲两束脉冲以不同的传播时间到达接收换能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。不同直接反映了气体流速的大小。 三、超声波流量计测量原理 三、超声波流量计测量原理 三、超声波流量计测量原理 三、超声波流量计测量原理 三、超声波流量计测量原理 三、超声波流量计测量原理 三、超声波流量计测量原理 三、超声波流量计测量原理 三、超声波流量计测量原理 四通道流量计四通道流量计 流

14、量计算的步骤流量计算的步骤 测量每个通道的声波传输时间测量每个通道的声波传输时间 计算每个通道的速度计算每个通道的速度 计算平均速度计算平均速度 流速乘以截面积流速乘以截面积三、超声波流量计测量原理 目目 录录四、超声波流量计结构及组成四、超声波流量计结构及组成 主要分为三部分：流量计本体、超声换能器、Mark II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、Mark II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。四、超声波流量计结构及组成四、超声波流量计结构及组成四、超声波流量计结

15、构及组成 Mark II电子数据处理单元：电子数据处理单元：由电子元件和微处理器系统由电子元件和微处理器系统组成。它接受超声换能器的组成。它接受超声换能器的信号，且具有处理测量信号，且具有处理测量信号信号和和显示显示、输出输出及记录测量结及记录测量结果等功能。果等功能。二、超声波流量计基本原理二、超声波流量计基本原理四、超声波流量计结构及组成四、超声波流量计结构及组成四、超声波流量计结构及组成四、超声波流量计结构及组成五、超声波安装与维护四、超声波流量计结构及组成目目 录录管路安装管路安装 1、上、下游直管段、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。上游条紧邻超声流量计的

16、上、下游安装一定长度的直管段。上游条件较为理想时，要求上游直管段为件较为理想时，要求上游直管段为10D，下游直管段为，下游直管段为5D（推荐上游直管段为（推荐上游直管段为20D，下游直管段为，下游直管段为5D）。双向流动时，）。双向流动时，上、下游直管段均应至少上、下游直管段均应至少10倍管道公称直径。倍管道公称直径。 五、超声波安装与维护 2、 超声流量计表体安装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

17、应销孔对齐。段相应销孔对齐。安装时应留有足够的检修空间。安装时应留有足够的检修空间。 3 、突入物、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，其偏差应在管径的具有相同的内径，其偏差应在管径的1以内；以内； 五、超声波安装与维护 4、内表面、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或沙石

18、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。干净、光滑。 5、温度计插孔、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（兰端面（25）D之间；对双向流进行测量，温度计插孔应设之间；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在距超声流量计法兰端面至少3D的位置。的位置。五、超声波安装与维护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。准。2.2.检查各种信号线，电源线连接完好。检查各种信号线，电源线连接完好。3.3

19、.先打开进口旁通阀，给管道缓慢充气，然后缓慢打开进口先打开进口旁通阀，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。注意速，给管道缓慢加压，达到流量计的运行压力。注意: :压力压力剧烈震荡或不当的高速加压会损坏流量计剧烈震荡或不当的高速加压会损坏流量计 4.4.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。头处是否有气体泄漏。五、超声波安装与维护5.接线检查：接线检查：对照厂家提供的系统接线图，检查所有接线无误。对照厂家提供的系统接线图，检查所有接线无误。7.7.流量计最高流速不超过流量计最高流速不超过30m/s30m/s8.8.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