超声波流量计合集12篇

时间：2022-12-09 11:16:21

超声波流量计

超声波流量计篇1

(上海中核维思仪器仪表有限公司上海 201614)

摘要：本文介绍了气体超声波流量计中采用的一种中心频率可变的带通滤波电路设计方法，通过软件控制改变中心频率以适应不同频率的换能器，提高流量计抗干扰能力同时方便调试、生产。

关键字：气体超声波流量计超声换能器可编程滤波器频率

近年来，随着天然气能源的快速发展，对燃气计量仪表的需求越来越多，气体超声波流量计以其自身的优势在我国天然气计量领域得到了广泛认可，国产气体超声流量计性能不断提升，正逐步替代国外品牌及传统流量计。

气体超声波流量计计量系统主要由表体（超声换能器、测量管段）、信号处理单元、及其配套的温度和压力变送器等部分组成。其中负责超声波信号发射和接收的超声换能器以及超声波信号处理单元正是决定流量计性能指标的关键部件，本文重点介绍一种超声波信号处理单元采用的以开关电容滤波器LTC1264为主，通过处理器以PWM方式控制滤波器中心频率的电路设计方法。

1、信号处理单元组成

信号处理单元包括超声换能器驱动、信号放大、滤波、检波、增益控制、信号识别、计时、处理器等电路。现场测量环境中不可避免地存在噪声干扰。为提高气体超声波流量计的抗干扰能力、增强超声波信号识别的可靠性，对超声波信号进行滤波处理是非常必要的。滤波电路的种类很多，其主要目的都是实现超声波信号通过滤波电路能有效的衰减低频或高频干扰信号，提取有用的信号，增强实际检测的信噪比。

2、滤波器参数分析

设计滤波器时主要考虑的参数有品质因数Q值、中心频率、增益值，Q值和中心频率决定滤波器带宽[1]。目前大多数超声波流量计使用超声换能器的频率一般在60～200KHz之间，根据LTC1264原理及时钟与中心频率之间的关系，通过改变输给LTC1264的时钟而改变滤波器的中心频率，以匹配不同换能器信号[2]。

滤波器品质因数高，会衰减接收信号前部分波形幅值，不利于信号识别，特别是对采用电平比较方法来识别信号的流量计，所以本文介绍的滤波器设计的Q值等于1。这样有利于区别信号与噪声，即使管道内气体流速比较大时，也不易出现丢波或误触发现象，保证声时测量准确。

接收到换能器信号是十分微弱的，一般只有几毫伏，每一路接收换能器有一级倍数固定的前置放大器，前置放大后，有一级增益自动控制电路，实现在不同的气体压力和流速下，信号幅度输出保持一致。有专门的增益调整电路，所以滤波器增益一般设置成H＝1。

3、主要元器件介绍

3.1 开关电容滤波器LTC1264

LTC1264是凌力尔特公司推出的一款高速时钟输入开关电容滤波器，由4个二阶滤波模块组成，模块之间可级联形成八阶滤波器，每个模块通过几个电阻能实现低通、高通、带通及带阻等功能，其时钟与中心频率比内部固定20：1或通过电阻改变。具有多种工作模式，可设计成巴特沃兹、贝塞尔、切比雪夫等滤波器[3]。当Q值小于2，电源电压工作在正负7V时，最高中心频率达250KHZ。本电路中采用4个二阶滤波器级联的方式组成八阶带通滤波器，以衰减信号中的低频和高频部分。

3.2、核心处理器

本电路采用了ST公司的STM32F103系列32位处理器作为主控器，主频最高72M，存储器空间大，资源丰富[4]，有多达4个能配置成PWM输出的定时器，而且每个定时器可同时输出周期的、占空比可调的4路PWM信号输出，不占用CPU任何时间。理论上PWM信号频率能达36MHz，完全满足滤波器所需的时钟要求。通过串口上位机把超声换能器频率等仪表参数传输给处理器，处理器计算出滤波器时钟信号输出LTC1264，从而控制滤波器中心频率。

4、软件分析

STM32系列处理器软件开发不同于51单片机等的开发，STM32功能强大，不仅接口资源丰富，而且需操作的寄存器数量多，如果直接操作寄存器工作量大、容易出错、移植比较困难，所以一般在ST公司提供的库函数基础上进行开发。

这里主要介绍一下根据超声换能器频率计算时钟CLK频率的方法，假设处理器接收到的频率参数放在变量SignalFreqValue中，根据滤波器时钟与中心频率比20：1，可得时钟频率CLKFreqValue = SignalFreqValue*20；

处理器主频为72M时，那么定时器的计数寄存器值CNTValue = 72000/CLKFreqValue，定时器是从0开始计数的，所以CNTValue还应该加1，考虑到PWM输出占空比能50％时滤波效果最佳，当CNTValue是偶数是不加1，是奇数时加1；这时定时器的比较寄存器值CCR1Value = (CNTValue+1)/2。

5、实测结果

对实际电路进行测试，本试验中设置的滤波器中心频率为100KHz，采用信号发生器作为滤波器输入信号，通过示波器观察滤波器的信号变化，其增益与输入信号频率关系如图1所示。从图中可看出，滤波器对低频段噪声信号的衰减比高频段快。由于在实际燃气计量应用现场中，出现低频段噪声的概率远大于出现高频段噪声的概率，所以该滤波电路适用于气体超声流量计的信号处理单元。

图1 滤波器增益与信号频率关系

6、结论

通过对电路的测试，滤波器功能符合设计要求，能有效的滤除低频或高频信号的干扰，保证燃气计量的准确性、可靠性。在PCB布局布线时要注意，LTC1264电源引脚旁尽可能靠近的放置滤波电容，在CLK引脚串联一个几十欧姆的电阻，防止时钟信号过冲影响信号，时钟信号与滤波器采用单点接地技术。

参考文献

[1] 康华光主编电子技术基础模拟部分(第四版）高等教育出版社。

[2] 单财良，鲁千红，罗玉文，祁炜。基于LTC1064的多功能程控滤波器，《空军雷达学院学报》2010年第01期

[3] 赵保祥，刘东升。基于LTC1068-200的低频带通滤波器设计，《电子设计工程》2011年第21期

[4] 刘火良，杨森。 STM32库开发实战指南。机械工业出版社。

超声波流量计篇2

【摘要】介绍了超声波流量计的工作原理、结构、选型原则及安装要求。

关键词超声波流量计；结构；选型；安装

1超声波流量计的工作原理

超声波流量计利用超声波测量流量有许多种方法，其中典型的方法有时差法、声循环法、多普勒法。本文主要介绍时差法超声波流量计的工作原理，超声波在流体中的传播速度受到流体流速的影响，在流体顺流方向和逆流方向是不一样的，其传播时间差和流体的流速成正比。只要测出超声波在这两个方向上传播的时-间差，便可知流体的流速，再乘以管道截面积便可得流体的流量。具体计算公式如下：

超声波在顺流方向传播时间t1为：

由上可知这时只要测得t1和t2，便可求得流体流速，流体流量。

2超声波流量计的结构

超声波流量计主要由换能器和控制器（变送器）两部分构成。换能器有两种，一种是发射换能器，另一种是接收换能器。发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收换能器接收到超声波信号，通过传输线送到控制器（变送器）。控制器（变送器）的作用是将接收到的超声波信号经电子线路放大并转换为与被测流体体积流量成正比的电信号，进行显示和累计计算，还可将信号进行远传进入DCS等控制系统。

3超声波流量计的选型

为确保流量计正常投运，仪表选型至关重要。超声波流量计根据换能器的安装方法不同可分为外夹式超声波流量计、插入式超声波流量计和标准管段式超声波流量计。超声波流量计的选型主要是根据计量要求选择适合的流量计。

（1）外夹式超声波流量计，优点：①外夹式超声波流量计的换能器安装在管道外面，不与被测流体直接接触，不存在换能器腐蚀、粘结等问题；②测量时，在管道内部无任何测量部件，没有压力损失，不改变流体的流动状态；③安装简单方便，管道不用切断，不用开孔，安装时不用停流；④可以便携使用，便于对有怀疑的其他流量计进行比对。不足：①对管道条件要求较高，应确定管道材质、管道外径、壁厚、衬里材质和厚度等；②测量精度相对低一些。

（2）插入式超声波流量计，优点：①安装时不用停流，使用专用安装工具在管道上开孔，换能器直接穿插在孔内；②与外夹式超声波流量计相比，测量精度较高，不受管道锈蚀、结垢等的影响。不足：①换能器直接与被测流体接触，易被腐蚀、结晶造成仪表测量不准确。

（3）标准管段式超声波流量计，把换能器固定安装在按照设计加工好的管段上，并且换能器直接与被测流体接触。这种流量计能够准确控制加工精度，同时可以精确测量管段的几何尺寸，而且两个换能器之间只有单一被测介质，所以测量准确度较高，但是，不足是安装麻烦，需要断流，割开管道安装，而且对于大口径管道定做价格较高，因此除非特殊要求一般不建议选用此种超声波流量计。

综上，超声波流量计在选型时必须综合考虑准确度、安装条件、现场环境等，选择适合的流量计。

4超声波流量计的安装

（1）测量点的选取：①测量点应尽量选择距离上游10倍直径、下游5倍直径以内均匀直管段，以确保流体所需的流速分布；②流量计尽可能水平或垂直安装，管内必须充满流体，当换能器安装在倾斜管道上时，不要装在上部和底部，以免管道内的气体或杂质进入测量声道，应尽可能使换能器处于和水平面成45度角的范围内；③对于外夹式超声波流量计，测量点管道内壁不能有过厚结垢层，尽量选择无结垢的管段且应具有良好的导声性能；

（2）换能器安装方式

①V法安装

适用于管径较小时，采用V法安装扩大了声程长度，增加了顺逆向声波传播时间；

②Z法安装

Z法安装方式一般适用于DN200以上管道，使用Z法安装时超声波在管道中直接传输，没有折射，信号衰耗小。

5超声波流量计的应用

近年来，由于电子技术的进步，超声波流量计发展很快，且日益完善，越来越显示出其优越性。各种超声波流量计已广泛应用于工业生产、商业计量和水利检测等方面，例如，在市政行业的原水、自来水、中水、污水的计量中，超声波流量计具有大量程比，无压损的特点，在保证测量准确度的同时提高了官网的输水效率；在工业冷却循环水的计量中，超声波流量计实现了在线不断流带压安装和在线标定。

6结束语

综上所述，超声波流量计作为流量测量仪表，有其独特的优点，在很多领域得到了越来越广泛的应用，特别是智能化超声波流量计，采用微处理器和程序控制，且带通讯接口、功能更强、编程方便，因而具有更强的生命力。但是不论其如何发展，如果设计选型及安装不当，不仅无法发挥其优越性，还会带来损失。因此，在实际应用中，超声波流量计的正确选型及安装是极为重要的两个环节，必须引起我们的重视。

参考文献

超声波流量计篇3

随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展，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形式的超声波流量计已相继出现，其测量准确的优点，也使其成为化工行业测量流速的首选工具。

1.超声波流量计的测量原理

超声流量计是通过检测流体流动时对超声束的作用，以测量体积流量的仪表。超声波流量仪的传感器是将传感器直接捆绑在被测管道的外表面，从而实现流量测量的一种安装方式，解决了其它原理的流量仪在安装时必须断管、停产的难题，是超声波流量仪的基本安装方式，具有与管径无关、安装简单、无需停产、无压力损失等特点。超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法，其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流量。它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点,测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值,从而计算流体流动的速度和流量。设流体中声速为c，流体流动速度为v，把一组换能器P1、P2与管渠轴线安装成?兹角，换能器的距离为L。从P1到P2顺流发射时，声波传播时间t1为：t1=L/(c+vcos?兹)从P2到P1逆流发射时，声波的传播时间t2为：t2=L/(c+vcos?兹)

超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，吸收器吸收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。传感器具有：方便安装的外缚式、可靠工作的插入式、高可靠高精度的标准管段式、超高精度的标准型?仔管段式。超声波流量计的重要特点是：流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力丧失；能用于任何液体，特别是具有高黏度、强腐化，非导电性等性能的液体的流量测量。

2.超声波流量计的现场应用情况

在相距为L的两处放置两组超声波产生器和吸收器（T1，R1）和（T2，R2）。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分辨达到吸收器R1和R2所需要的时间为t1和t2，则t1=L/(c+u)t2=L/(c-u)由于在工业管道中，因此两者的时间差为t=t2-t1=2Lu/cc由此可知，当声波在流体中的流传速度c已知时，只要测出时间差t即可求出流速u，进而可求出流量Q。

3.超声波流量计的现场管理

3.1是传播时间法只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体，外夹装换能器不能用于衬里或结垢太厚的管道。一般均安装于水平、倾斜或垂直管道，垂直管道最好选择自下而上流动的场所，以防止测量点出现非满管流。

3.2是流体运行流速不能过低，过低的流速会使离散体分布不均匀。若测量管水平安装，气体会浮升在顶部流动，颗粒会沉淀于底部。最低流速通常为0.1-0.6m／s。

超声波流量计篇4

中图分类号：

文献标识码：A

文章编号：16723198（2013）21019102

1概述

近年来，随着液体超声波流量计计量与测量技术的不断发展，使得液体超声波流量计在流量计量与测量的领域有着广阔的应用前景，并且在很多应用工况中，逐步代替传统的容积式流量计和涡轮流量计，成为贸易交接和过程测量的新宠。美国Emerson公司的Daniel产品，德国Krohne，法国Faure Herman，美国Cameron等公司生产的多声道管段式液体超声波流量计已在国内外的成品油和原油的交接计量站中有多次成功的应用，例如，在中海油的渤中LVDA27-2作业区，中海油伊拉克米桑油田区块外输计量，中海油-新田石油合作平台LF7-2的外输计量撬中均已成功投用。从技术的角度出发，由于多声道管道式液体超声波流量计在大口径管道，大流量计计量中有着突出的优势，无附加压力损失，无可移动部件的构造及完善的自诊断功能，便利的在线维护性的优势都超过了传统的容积式流量计和涡轮流量计，并有着较其他液体流量计更宽的量程比，所以逐步成为应用于液体烃贸易交接的计量仪表。

2液体超声波流量计工作原理及检定难点

液体超声波流量计的测量原理是根据时差法，即当超声波在介质中传播时，会带上流体的信息，即使往返的声波信号的传播时间产生微小的变化，时间的变化正比于流速。多声道液体超声波流量计是通过测量不同声道上的传播时间差来时间测量与计算的。

根据API 5.8章节中可知，超声波流量计不同于传统的容积式流量计和涡轮流量计，其是靠电子芯片间接测量而对外发出计算脉冲的，此即为人工“制造”出与流量相关的脉冲（频率），由于流量脉冲和串行信号是通过计算获得，因此输出信号会落后于流体的特性，而且经过数据转换的处理，脉冲信号很可能落后于串行数据的信号。

超声波流量计在其内部几条声道上进行高频率的时间差测量，由于流体流动存在的不稳定性，任何微小的流量扰动和脉动都会被流量计所检测到，从而导致流量计产生不均匀的脉冲输出（如图1），而这些信息是其他传统的机械性流量计而反应不出来的。

而活塞式体积管由于最大尺寸的容积仍远小于API的容积推荐值，另外还有活塞式体积管在运行过程中的发射和回收可以引起流量的明显扰动，因此活塞式体积管不能直接用于标定液体超声波流量计。

综上所述，由于超声波流量计本身的原理及特点存在不均匀的脉冲输出，所以导致标定的体积管容积值巨大，大型的体积管在制造，使用，运输安装方面存在很多不便之处，尤其是海洋石油受平台及油轮上空间及重量的局限性，都严重制约着超声波流量计在中海油的发展及应用。

3液体超声波流量计的检定

由上所述，根据API标准可用球形体积管根据规范推荐的容积来选择直接标定液体超声波流量计。但是由于海上条件的限制，不是每个项目及应用都有足够的空间来满足球形体积管，所以要在中海油的业务中寻求更新和发展，必须要有办法来解决这个问题。

目前国际上的应用证明等精度传递理论即“活塞式体积管+标准流量计法”可以解决超声波流量计需要体积管容积大的问题，标准流量计考虑到量程范围，推荐用涡轮流量计。

在流量计量领域中有等精度传递理论，及流量量值传递时只需要满足计量学相关性基本原则，流量计在使用时和检定时流量点相同，介质相同和使用介质的物理特性相同，流量计检定和使用时几何特性相同，流量计在检定和使用过程中的操作过程相同，那么流量基准所复现的流量单位制将会等同精度传递给工作流量计。

“小容积体积管+标准流量计法”的检定方法为：

（1）先利用活塞体积管检定作为中间传递的标准流量计，在规定的流量点下，逐点进行多次重复测量（测量次数不少于5次），再进行温度，压力修正后，计算出标准表在每个检定点下的平均仪表系数和对应的重复性。标准流量计检定得到的重复性已优于0.02%为宜。

（2）在相同的检定流量计和检定条件下，在规定的时间段和规定的标准表脉冲数（通常大于10000个）内同时记录标准表流量计和超声波流量计的脉冲数以及当时各处的温度，压力数据，此时体积管停止运行。

（3）通过标准表的脉冲数及仪表系数及当时的温度，压力，计算出流过标准表的流体体积。

（4）通过标准表的流体体积及超声波流量计处的温度，压力可以得出超声波流量计在每一个检定点下的平均仪表系数和对应的重复性。

目前“小容积体积管+标准流量计法”是液体超声波流量计的主要检定方法，国外主要的技术机构都采用本方法，并且主流的流量计算机，例如S600+，OMNI等都在控制程序中都支持该检定方法。

小容积体积管+标准流量计的检定方法符合JJG1030-2007超声波流量计检定规程中关于现场在线检定的技术要求，可以对使用中的超声波流量计的进行检定和检验。

4液体超声波流量计在中海油贸易交接的应用

中海石油旅大32-2/27-2油田项目中第一次应用液体超声波流量计作为贸易交接的应用。该油田在其旅大32-2PSP平台上配备了两套美国艾默生公司Daniel液体超声波流量计，采用一台18in活塞式体积管（容积值约120L）及一台涡轮流量计为标准表。应用本文提出的方法进行标定后得到新的流量计系数。外输作业结束后，通过对比流量计及油罐的数据得到较好的一致性，两者之间偏差小于0.02%。目前该项目已经投用两年多，得到客户的肯定和好评。

随后中海油伊拉克项目采用了三套DN150的液体超声波流量计，同样配用18in活塞式体积管及一台涡轮流量计为标准表，目前已经为中海油与伊拉克油田方提供贸易计量的服务。

此外，液体超声波流量计+球形体积管方式应用于中海石油-新田石油合作平台LF7-2原油的外输计量中。

对于中海油近五年来首个FPSO，恩平油田群24-2船，已经确认为液体超声波流量计（三用一备DN250）+球形体积管（30寸双相球形体积管）的外输计量方案。2014年将投产使用。

5结论

作为贸易计量仪表，准确性，重复性是流量计的重要参数指标，为了保证液体超声波流量计的这些指标，就应该遵守计量法规的可行的在线检定技术和方法。贸易计量仪表的标定是流量量值传递及溯源连中最重要的环节，国家计量检定方法对流量计的发展及应用有着重大的意义和推进作用。超声波流量计计量液态烃发展较晚，相对其他传统的流量计而言，国际上相应的标准也较少。美国石油协会API于2002年10月制定的采用时差法超声波流量计测量液态烃的技术标准草案，2005年1月转为正式标准API MPMS 5.8：2005《用时差法超声波流量计计量液态烃》.我国没有液体超声波流量计计量液态烃的专项规范标准，仅在2007年了用于检定超声波流量计的检定规程《JJG1030-2007超声波流量计的检定规程》，该规程是一个通用的标准，尤侧重于气体超声波流量计的检定，对计量液体超声波流量计的标定的特殊性没有涉及。

超声波流量计篇5

超声波流量计是当今工业生产自动化以及检测技术中常用的计量仪表，通常采用232/485通信接口或者4～20mA模拟信号接口输出。这种输出方式在很长一段时间内满足了工业上数据传输的要求。但随着当今工业自动化的迅速发展尤其是各类检测系统的发展，常规的输出方式的弊病已经越来越明显，流量计的远程通信成为一种趋势。现在常用的解决方案是通过RTU接收仪表的数据，再实现仪表数据的远传。

一、超声波流量计的基本结构

计量仪表的设计通常分为一次仪表与二次仪表两部分，这种超声波流量计的基本构架设计也遵从这种方式，采用一次仪表与二次仪表分开设计。超声波流量计结构如图1所示。

一次仪表主要实现将电能转换为超声波，同时实现超声波信号的检测与处理，

二次仪表主要实现检测超声波信号传播时间，计算出相应流速，并对相应的结果进行判断与验证，同时实现数据的处理与输出。可以说，二次仪表是计量仪表的大脑，所有的逻辑运算与数据处理都在二次仪表中进行。

超声波流量计总体由一次仪表与二次仪表构成[1]，一次仪表包括压电换能器及其相关电路，包括：

（1）超声波信号收发部分：完成超声波信号的发射与接收，实现换能器对能量形式的转换；

（2）超声波信号处理部分：实现对收发信号的处理，使电路信号能够与控制芯片信号较好的配合

二次仪表主要实现人机交互、信号处理等功能，其主要包括：

（1）最小系统：ARM芯片能够工作的最基本系统条件，包括电源电路、时钟电路、复位电路等

（2）数字信号处理部分：包括已调理信号的处理、数据输入存储器等

（3）驱动服务：完成人机互动、数据通信等功能

二、远程通信模块的基本结构

现在常用的RTU采用485协议与仪表进行通讯，然后通过网络通信模块进行数据传输。常见的网络模块包括ZIGBEE模块、GPRS模块、3G模块以及最新的4G模块等。

较为合理的远程通信方式可以考虑采用ZigeBee技术组成小范围的无线传感网络解决有线通信走线复杂的问题，同时可以实现网内传感器的互联互访。再通过某一至两个GPRS节点上传数据实现远距离的数据通信，这样的结构既可以节省485通信线路走廊，也可以节约GPRS节点的个数。

总之，整个通信流程中，ZigBee与GPRS通信技术相互配合，取长补短，能够，采用ZigBee技术实现近距离通信，GPRS实现数据远传，两种方式可以实现大范围、远距离的传感器组网数据通信。

三、远程超声波流量计远程模块的设计

3.1远程模块硬件结构

设计将常规超声波流量计与RTU的设计相结合，采用ARM作为处理核心。由于ARM具备的多任务处理的能力，可以实现数据的处理与传输。这种方案在传统超声波流量计的硬件结构的基础上，只需要增加了传感器的远传模块就可以实现数据的远程传输。传感器基于Zigbee组网并通过GPRS实现数据远传功能，使传感器成为真正意义上的远程流量计。

远程超声波流量计的基本结构与常规流量计并没有太大区别，但他的设计增加了网络协调器。其硬件结构设计如图2所示。

以LPC2210作为控制器为例，通过SPI接口实现与MC13192 Zigbee模块的数据传输，再通过UART1串口实现与SIM800 GPRS的数据传输。

3.2软件结构的设计

无线收发功能主要是由GPRS模块和Zigbee模块配合实现的无线收发模块的应用程序各主要任务如表1所示：

通过优先级的不同，依次完成各任务。

四、总结

通过将二次仪表的设计与RTU相结合，流量计的可嵌入性得到极大的提升，极大的降低了工业自动化生产、流量监控系统等运用场所中的安装成本与设计难度，提高了数据传输效率，具有较好的研发前景。

参考文献

超声波流量计篇6

大牛地气田丹尼尔超声波流量计出现的故障主要是瞬时流量异常和无瞬时流量。

一、瞬时流量异常

瞬时流量异常可能是由于温变压变、通讯电缆、浪涌保护器、流量计算机等故障引起，需要仔细检查确认。通过与其它流量计的温变压变上传通讯线对换，判断是流量计算机的问题或是现场线路、仪表的问题。以下以A、B超声波流量计举例说明，A正常，B异常。

1.仪表及线路故障判断

把A和B的温变、压变通讯线对换后，B的显示正常，A显示异常，可判断A的温变、压力通讯线路或仪表存在问题。温变和压变都支持HART通讯协议，通过以下方法判断：断开二次仪表的电源，用FLUK供电，并检查二次仪表，如检测不到或数据异常，判断是仪表故障，更换仪表恢复正常生产。

如果能够检测到仪表值并且显示正常，那么恢复向现场仪表的24V供电，逐段检测到流量计算机的通讯电缆如在某段检测不到信号或信号异常，可以判断是该段电缆破损，更换该段电缆恢复正常通讯。如果在经过浪涌保护器后信号异常，可判断是浪涌保护器故障，更换浪涌保护器恢复数据正常传递。

2.流量计算机Hart板故障

把A和B的温变、压变通讯线对换后，A显示正常，B显示异常，说明B的流量计算机故障。检查流量计算机Hart板LED指示灯状态，正常情况下是绿色闪烁，如果显示红色常亮或不亮等其它状态，说明温变和压变对应的Hart板通道损坏。解决办法有两个，一是直接更换Hart板，不用刷新组态；二是更改刷新组态，请Daniel技术工程师更改组态，更改温变和压变对应Hart板的通道。

一般在夏季雷雨天气下容易出现流量计算机被雷击损坏的情况，特别是Hart板，更容易损坏，需要格外留意。

3.刷新组态

需要准备安装有S600软件的笔记本电脑和网线。首先把流量计算机的安全设置中选择“enable”可用，然后更改笔记本电脑的IP地址，使流量计算机与笔记本电脑在同一个局域网中，流量计算机的默认IP地址是“129.76.69.74”，用网线连接好后，在笔记本电脑上ping 流量计算机，如果能通讯上，表示连接已经建好。打开S600程序的“Config Transfer”后，在“transfer”菜单下选择“Network”，在“hostname”中输入流量计算机的IP地址。在“send”菜单中选择要刷新的组态，该组态需要提前放置在“Emerson Process Management\Config600\Configs”文件夹中，然后点击“Send Now”就开始刷新组态。在刷新组态过程中不能被打断，否则可能造成因组态不完整无法运行的情况。

二、无瞬时流量

可通过检查流量计算机S600的CPU板、流量计的超声换能器及信号放大单元判断。

1.CPU板故障

CPU板LED5指示灯不亮或显示红色。检查方法：笔记本电脑首先安装S600组态软件并激活，用网线与S600连接，把笔记本电脑的IP地址更改，建立与S600的通讯局域网，下载组态备用。更换使用备用CPU板，把组态刷到备用CPU板中，冷启动S600，检查指示灯状态。

2.流量计故障

CPU板LED5指示灯不亮或显示红色，表示流量计与流量计算机之间的通讯异常，需要检查流量计的超声换能器和信号放大单元。检查方法：笔记本电脑安装CU1软件，通过RS232数据线与流量计的J7端口相连，通过CU1软件检查在带压下四个声道是否有报警，如果是表示所有超声换能信号全部没有上传上来，需要拆卸下表头，紧固信号放大器，如果信号还传递不上去，表示信号放大器损坏，需要更换新的。

超声波流量计篇7

Abstract: In the natural gas project, the general to used the time ultrasonic flowmeter. Noise, the fluid flow pattern and gas the temperament are the impact of factors to measure the ultrasonic flowmeter. Ultrasonic flowmeter should be noted that the correct selection and reasonable installation. Key words: ultrasonic; natural gas; velocity

中图分类号：O657.5文献标识码： A 文章编号：

1引言

超声波流量计用于流体的流速测量有许多优点。和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比，超声波流量计的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。近年来，由于电子技术的发展，电子元气件的成本大幅度下降，使得超声波流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。

超声波流量计有多种分类方法，根绝测量原理的不同，可以分为多普勒式和时差式。

多普勒式一般用于测量含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体，如工厂排放液、未处理的污水、杂志含量稳定的工厂过程液等。它对被测介质要求比较苛刻，即不能是洁净水，同时杂技含量要相对稳定，才可以正常测量，而且不同厂家的仪表性能及对被测厂家的要求也不一样。选择此类超声波流量计即要对被测介质心中有数，也要对所选用的超声波流量计的性能、精度和对被测介质的要求有深入的了解。一般适用于液体环境。

天然气工程中，一般采用时差式超声波流量计。

时差式超声波流量计的原理

时差式超声波流量计其工作原理如图1所示。他是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。

图1 时差法超声波流量测量原理示意图

图1中有两个超声波换能器：顺流换能器和逆流换能器，两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波行走的路径长度为L,超声波顺流时间为td,逆流时间为tu,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。由于流体流动的原因，是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：

其中：c是超声波在非流动介质中的声速，V是流体介质的流动速度，tu和td之间的差为：

式中X是两个换能器在管线方向上的间距。

为了简化，我们假设，流体的流速和超声波在介质中的速度相比是个小量。即：

上式可简化为：

也就是流体的流速为：

由此可见，流体的流速与超声波顺流和逆流传播的时间差成正比。

流量Q可以表示为：

气体超声波流量计的测量影响因素

（1）噪声对气体超声波流量计准确度影响。来自被测介质内部的噪声可能会对气体超声波流量计的测量准确度带来不利的影响。噪声的来源主要有环境噪声和气流经过没有全开的阀门时节流的噪声。采用气体超声波流量计上游阀门节流控制流量大小时，节流的声音随着流量的增大而增大，气体超声波流量计与标准孔板流量计的相对误差也逐步增大，气体超声波流量计的流量低于标准孔板流量计流量。当上游阀门全开，用下游阀门控制流量大小的时候，气体超声波流量计的信噪比较大且基本保持不变。

（2）流态对气体超声波流量计的影响。气体超声波流量计上游直管段最少为10D，下游直管段至少为5D，以保证进入流量计的天然气流态是对称的充分发展的紊流速度分布。根据测量管径及精度要求的不同，超声波一般分两声道、四声道、八声道集中模式。一般沿管道横截面由上到下平行分布四个声道：A声道、B声道、C声道、D声道。气体超声波流量计通过对各个声道测得的流速进行加权平均得到管道中气体的平均流速。

当上游阀门节流时，随着流量的增大，天然气在管道中的流速分布越来越不均匀，反应在超声波A、D声道的流速大于B、C通道的流速。随着流量的增大管道内气体的流速由凸形分布逐渐变成凹形分布，即沿管壁的气体流速由低于管道中心气体流速变成高于管道中心气体流速。当上游阀门全开时，没有对气流产生阻挡，随着流量的增大，管道内气体的流速分布变化不大，始终保持正常分布，符合标准规定的流态。当天然气经过没有完全开启的闸阀时，天然气由于阀门闸板的阻挡产生与管道中心轴不对称的旋转气流，经过发展成为漩涡流。

（3）气质对气体超声波流量计的影响。天然气中的凝液和粉尘对气体超声波流量计的工作性能有影响。凝液或粉尘在气体超声波流量计最底部的换能器和表体的结合处堆积，导致气体超声波流量计的工作不正常，影响流量计正常工作。多声道的气体超声波流量计能够在一个声道故障时根据其它声道测得的流量进行自动补偿运算，这个补偿过程使流量计的流量输出比正常时略有偏高。

气体超声波流量计应用中应注意的问题

气体超声波流量计测量天然气流量的实验数据表明气体超声波流量计的确有很多优点，但在使用中应该注意以下问题：

（1）正确选型。任何流量计有它自身的测量范围，气体超声波流量计测量范围很宽，一般说来最小流量和最大流量比为1：30，大口径流量计最大可以做到1：100。气体超声波流量计主要是利用测量天然气的流速来测量天然气的流量。其理想的工作流速范围为（2。7～27）m/s。所以，在进行气体超声波流量计的选型时应该充分考虑天然气在管道中的流速，避免出现超低限或超高限运行的情况。

选用气体超声波流量计作为计量装置时还应考虑是否存在声波干扰源，主要指能产生超声波信号的各种设备，如高速度、大差压的减压设备和消音设备等。安装气体超声波流量计的时候应该避开存在对流量计产生影响的声波的场合，亦可采取相应措施减小或消除噪声。

（2）合理的安装。气体超声波流量计上下游直管段应该满足要求，对于安装条件受测量现场限制的场合应该加装流动调整器。

气体超声波流量计安装方式应该水平安装。此外，在天然气含液较多的场合，气体超声波流量计及其计量管段的安装位置不应低于其上下游管道，使得天然气中凝析出来的液体能够随气流被带走，而不在气体超声波流量计处堆积，造成计量故障。对于含有大量固体粉尘的天然气应该在气体超声波流量计上游直管段外加装过滤器，否则气体超声波流量计会因为换能器表面沉积物的堆积出现故障。

结束语

气体超声波流量计作为计量性能优异的仪表，使用越来越广泛，而且技术更新很快，只有充分掌握气体超声波流量计的工作原理和性能，才能更好地了解它，使用它，让它更好地服务于天然气计量。

参考文献

超声波流量计篇8

中图分类号： TN710?34； TP216 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）07?0108?03

0 引言

油田投入开发后，随着开采时间的增长，油层本身能量将不断地被消耗，致使油层压力不断地下降，油井产量大大减少，甚至会停喷停产，造成地下残留大量死油无法开采。为了弥补原油被采出后所造成的地下亏空，实现油田高产稳产，必须对油田进行注水，以补充和保持油层压力[1]。这个过程必须实时监控注水量，以防注水过多而井喷。由于注水管深至地下数百米甚至上千米，超声波流量计的高精度，测量速度快等很多优点适合这一测量领域。现在广泛应用的管外超声测量不切实际，故本论文的设计都是基于管内超声测量。

1 相关法测流量理论依据

超声波流量计根据测量原理的不同，可分为基于传播速度差法（时差法、相位差法、频差法）、波束偏移法、多普勒法等类型[2]。传播速度差法是利用超声波信号顺流和逆流传播速度差来反映流体流速的方法。其中最典型的为时差法，在进行测量时使用一对超声波换能器，顺逆流交互进行收发、发收的操作，通过超声波信号相邻两次方向相反的传播的时间差获取流体流速。

相关法本身具有一定的去噪声能力，在后期处理的时候不受这种噪声的影响，在时间差的处理上有很大的优势。基于相关法测量时间差的流量测量方式有精度高，传感器结构简单等优点[3?4]。

相关表达了某两种特征量数值之间的关联程度。互相关函数的定义为[5]：

[Rxy（τ）=lim 1T0Tx（t）y（t+τ）dt] （1）

式中：[x（t）]和[y（t）]是两随机信号样本。

可以看出，在管内沿管道轴线相距[L]的截面上安装一对超声波换能器。工作时，发射换能器向被测流体发射一定幅度的能量束，当被测流体在管道内流动时，流动噪声调制传感器发出的能量束[x（t）]，接收换能器检测到引起调制作用的随机信号[y（t）]，由相关理论可计算出这两个信号的互相关函数[Rxy（τ）]的值，该函数峰值位置所对应的时间位移[τ]就是随机信号在该系统中的传递时间（即流体的流动时间）[6?7]。

超声波流量计篇9

超声波流量计传感器的安装误差对测量结果影响很大，两个传感器之间的距离有严格的要求，一定要按规定的尺寸安装。

图1是FUJI ELECTRIC便携式流量计V型安装示意。经安徽省大流量计量站检定（标准装置准确度±0.05%，流量稳定度优于0.05%），该表准确度为1.0级。将该表安装在内径d=150mm，外径D=159mm，壁厚h=4.5mm的管道上进行测试时，仪表指示探头距离L=112.04mm。测量时流量保持不变，其它测试条件相同，只改变传感器之间的距离L，测得数据列入表1。

表1 探头安装距离误差±1mm时的流量测量数据

L（mm)

平均流量

111.04

106.0

105.9

106.2

105.8

106.0

106.2

105.7

105.8

106.0

105.8

105.94

112.04

107.4

107.6

107.9

107.1

106.9

107.2

107.4

106.9

107.2

106.8

107.24

113.04

108.7

107.9

107.8

108.5

109.0

108.8

109.1

107.9

108.7

108.8

108.52

当探头的距离有±1mm的误差，即L的相对误差为：(±1/112.04)×100%=±0.893%。当探头距离为111.04mm时，流量的相对误差为：［(105.94-107.24)/107.24］×100%=-1.21%;当探头的距离为113.04mm时，流量的相对误差为： [(108.52-107.24)/107.24］×100%=1.19%

可见，传感器之间的安装距离误差对测量结果的影响非常大，所以安装时一定要把距离误差控制到最小。

2.管道外径误差导致的流量测量误差

管道外径误差对便携式超声波流量计测量的影响，用实际管道外径D=159mm+1mm的方式进行。测量时流体保持稳定，其它测量条件相同。测试数据见表2。

表2

管道外径D测量误差±1mm时的流量测量数据 D(mm)

平均流量

158

106.1

106.2

106.0

106.5

105.9

106.3

106.5

106.6

105.8

106.1

106.10

159

107.8

107.4

108.2

108.1

108.3

108.2

107.6

107.8

108.2

108.3

107.99

160

109.4

110.0

110.1

110.0

109.9

110.2

109.5

109.6

110.2

109.6

109.80

当外径有±1mm的误差时，外径D相对误差为：(±1/159)×100%=±0.63%。当外径取为158mm时，流量的相对误差为：［(106.1-107.99)/107.99］×100%=-1.75%。当外径取为160mm时，流量的相对误差为：［(109.8-107.99)/107.99］×100%=1.68%

可见，流量测量误差大约为管外径误差的2倍多。为了减小管外径误差的影响，一般把实测外径输入流量计，这样可减小外径误差对测量结果的影响。

3.管道壁厚h导致的误差

管道壁厚误差对便携式超声波流量计测量的影响，用实际管道壁厚h=4.5mm+1mm进行测试。测量时流体保持稳定，其它测量条件相同。测试数据见表3。

表3 管道壁厚h测量误差±1mm时的流量测量数据 h(mm)

平均流量

3.5

110.2

110.1

110.3

110.5

110.9

110.4

110.8

110.7

110.3

110.5

110.47

4.5

108.5

108.2

108.4

107.9

108.1

107.6

108.2

108.0

109.0

107.6

108.15

5.5

105.5

105.3

105.1

105.5

105.3

105.2

105.0

105.2

105.3

106.0

105.34

壁厚误差直接导致内径误差。壁厚有±1mm的误差时，内径相对误差分别为（+2/159）×100%=+1.26%。壁厚取3.5mm时，流量的相对误差为：［(110.47-108.15)/108.15］×100%=2.15%。壁厚取5.5mm时，流量的相对误差为：［(105.34-108.15)/108.15］×100%=-2.60%。在实际测量中，壁厚导致内径误差的影响不可忽视。本实验中，流量测量的误差约为管道内径误差的2倍。

4.测量直管段要求

由超声波流量计的测量原理可知，传感器所测量的流速是流体的线速度。只有流速分布均匀才能保证测量的准确度，所以在流量计的上下游要有足够的直管段。一般要求上游有5-10倍管径的直管段，下游有3-5倍管径的直管段。

结论

从超声波流量计的特点及管道参数对便携式超声波流量计测量影响的误差分析中，可以看出：

1、超声波流量计在大口径管道的流量测量中有其独特的优势，是一种方便可靠的测量手段，有着广泛应用前景。

超声波流量计篇10

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0117-02

1 超声波流量计测量原理概述

1.1 超声波流量计基本原理

在流动流体中流体的运行速度与超声波的传播速度之间存在着一定的关系，与固定坐标系相比，超声波的顺流中的传播速度远远大于在逆流中的传播速度。为了更好地对流量速度进行测量，首先需要准备一个能够发射超声波的超声波探头（即换能器），一般可以采用石英等制作成某种元件器件作为流量计中的超声波探头，由此可以在进行超声波发射的时候充分使用负压电高频电脉冲的作用力使得压电晶体实现稳定的高频振动，从而最终实现有一定脉冲变化的超声波发射效应。超声波可以从一定的角度发射进入到流体中进行传播，然后在超声波换能器的作用之下实现超声波信号的接收效能，与此同时，超声波换能器再一次经过一定的环节将高频电脉冲信号成功转换。从上述分析可以知道对同一个超声波换能器进行轮流性的使用可以成功发射不同类型的脉冲压力波，同时可以实现接受功能。

对超声波流量计可以从如下几个角度进行分类：一是按照基本原理可以将超声波流量计分为时差法、声环法、相位差法、相关法、沃街法以及多普勒法等；二是按照超声波探头的安装方式可以将超声波流量计分为外缚式以及插入式、插入式又可以按照是否带有测量管段来进行区分；三是根据声道数量可以将超声波流量计分为多声道和单声道两种类型；四是按照超声波的性能特点可以将超声波流量计分为便携式、固定式、标准型以及低温防水型等。

1.2 超声波流量计测量原理

从上述分析中，可以知道超声波流量计有多种类型，这里主要对时差法和多普勒测量法两种方法的测量原理进行详细概述。

时差法测量原理如图1所示，时差法测量一般情况之下是运用所测量流体传播声波来进行测量，并通过不同传播速度流体特征来测量他们在不同流动方向的传播速度之间的差值，从而最终测量出流体的流动流量以及相应的速度。

多普勒法超声波在进行流体流量测量实践中的基本原理如图2所示，这是在超声波在进行流体流量测量实践中所产生的多普勒效应对相应的频率差进行相关测量，由于主要是使用某一个固定的声源作为相应的发生器，随着流体与某一运动声源之前的相对运动，促使该物体进入到超声波中并最终出现超声波接收器的反射接收。进入超声波和发射超声波二者之间的频率差就是运动物件所产生的多普勒频移，并且所测量的多普勒频率差与流体流速之间呈现出一定的正比例关系，因此可以如果可以求出多普勒频率差，就可以相应得到流体的流速以及流体相应的流量。

2 超声波流量计基本特点分析

超声波流量计在长期的发展中逐步将传统的涡轮流量计、差压流量计以及电磁流量计等测量方法取代，从各个角度来进行分析，可以知道超声波流量计在实践运用中主要具备如下几个方面的优势特征：

第一，超声波流量计在实践中进行安装维修更为方便快捷，超声波流量计与其他的流量计方法相比而言，安装维修更为方便快捷，对于大口径的流量计量体统来说，超声波流量计在这一方面的优势是非常明显的，可以节约大量的人力和物流成本。近年来，随着超声波流量计在各个研究领域的实践运用，超声波流量计在安装维修时可以不用考虑是否在官道上切断流量或者进行打孔等繁琐步骤。

第二，超声波流量计的测量管径相对较大，超声波流量计在进行测量时其管径测量最大可以达到10 m，这也是超声波流量计的突出优势，超声波流量计的适用管径范围相对来说较大，可以在一定范围之类进行较为自由的流量测量，当所测量的管径超出一定范围时，流量计可能会受到外界各个方面的因素限制而难以满足具体的测量要求，这个时候可以考虑使用超声波流量计来有针对性地解决这些问题，同时可以测量任意管径。除此之外，管径大小范围并不会影响到超声波流量计的价格，而其他流量计价格往往会随着管径大小范围的变化而变化。

第三，超声波流量计的测量可靠性较高，不论是湿式安装或者是外夹式安装的超声波流量计均不会对测量流量的流畅性产生影响，没有任何的压力损失；与此同时，以微机为中心的传感器可以使用锁相环路等计时的方法解决电力故障以及信号衰弱等方面的问题，从而使得超声波流量计的测量可靠性更高。

第四，超声波流量计的测量不会受到流体相关参数的影响，比如说流体的物理性能以及导电率、粗糙度等相关参数不会对超声波流量计的测量产生影响。除此之外，超声波流量计的测量结果可以通过计算机自动控制系统进行自动显示和打印，并实现联网运行。

但是，超声波流量计在实践运用中也存在一些缺点，一是超声波流量计的传感器安装情况对测量结果准确度有一定的影响，因此传感器安装有着严格的要求；二是超声波流量计的准确度与电磁流量计准确度相比还存在一定的差距。

3 超声波流量计在电厂流量测量上的应用

由于超声波流量计有着突出的技术应用优势，因此超声波流量计在电厂流量测量等各个领域得到了广泛的关注的应用，可以从如下几个应用案例中得到体现。

越南IAGIAI Ⅲ水电站中需要对循环水流量进行测量，由于所需要测量的管径属于超大型号，分别为DN6000型号和DN3000型号，在对所要测量的流量以及各种类型流量计进行全方位分析论证之后，最终认为最为经济适用可行的超声波流量计可以用来解决该方案，因此最终选取了超声波流量计对循环水流量进行了准确的测量，解决了相应的问题。

华能白杨河电厂在2003年以前一般都是采用差压式流量计实现单一方向的流量测量，在使用超声波流量计进行流量测量之后，发现了负流量现象，并因此为电厂节约了大量的购水成本，该电厂最初在凝结水管道上将涡衔流量计安装上，但是由于在实践中受到流量计工艺有所变动等方面的影响，从而对流量测量计的准确度和精确度提出了更高的要求，而涡衔流量计在这种情况之下无法满足这一需求，因此在保障电厂正常运行的情况之下可以选取超声波流量计做出更为精确的测量。

鲁能运河发电厂在2008年时在实践运用中需要对相关油量进行相应的测量，由于之前使用价格高达10万元的质量流量计进行测量，价格昂贵且运行使用周期较长，质量流量计的安装也极为不方便，后来鲁能运河发电厂选用了价格仅仅两万元的外夹式超声波流量计，不仅解决了存在的问题，而且在较低的成本之下达到了有效的测量结果。

华电漯河发电厂最开始选取了电磁流量计对流量进行测量，安装前后均做了较好的防腐内衬，其加工难度大且使用成本较高，但是选用超声波流量计时这些问题都迎刃而解了，没有使用更多的设备和安装成本。

综上所述，当前超声波流量计已经被作为主要的流量测量工具运用到愈来愈多的电厂，安装维护方便快捷且较长的生命周期优势使得超声波流量计备受欢迎，尽管超声波流量计还存在一定的缺陷，但是相信随着科学技术的高速发展，超声波流量计将以其综合性优势得到更为广阔的发展空间。

参考文献：

[1] 解兵，梅强，王成亮.超声波流量计在发电机定子内冷水流量测量中的应用[J].江苏电机工程，2007，（7）：53-54.

超声波流量计篇11

监测石油输送过程中流速变化，可以了解石油在各站间的流速，为管道油品监测模拟仿真及混油量的计算提供基础数据。通过分析监测数据可以及时判断输油管道是否出现漏点和漏点的位置，减少输油管道泄漏时造成的经济损失。因此，监测石油在管道内的流速很重要。

1 石油输送流量的检测仪器

目前各企业在用的流量传感器有很多种，检测方法也各不相同，如果从检测原理上分类，主要包括“声、光、热、力、电”等学术原理。按照行业内通俗的分类方法可以分为容积式、差压式、浮子式、涡轮式、电磁式、涡街式、插入式、外夹式、管段式、便携式等等。不同种类的流量计适应的流体介质不同，待测流体介质导电性较好的适宜使用电磁式流量计。对于满足大管径、大流量、高密度、高速度和长距离输送要求的流量计中超声波流量计使用最普遍。

2 超声波流量计的发展变化

世界上第一台超声波流量计诞生于19世界的德国，距今已有80多年的发展历史。近年来，科技发展日新月异，高速数字信号的处理技术与微处理技术的快速发展为超声波流量计技术升级注入了活力。另外，流量计探头新材料和新的加工工艺的出现以及声道配置等技术的进步，使得超声波流量计的技术优势更加强劲，发展势头更加迅猛[1]。

3 石油输送流量监测仪表的选型

超声波流量计的系统构成包括电源、换能器、接线盒、转换器。如图1所示换能器也就是传感器，按照传感器的安装方式不同，又可以将超声波流量计分为外夹式、管段式和插入式超声波流量计。

3.1 外夹式超声波流量计

外夹式又称外贴式超声波流量计，它是产生最早，用户最熟悉且应用最广泛的超声波流量计，特点是使用时不会与被测量介质接触，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量，不在管道内安装仪器则不会改变介质的流动状态及产生附加阻力。正因为超声波流量计属于非接触式仪表，所以它的安装和检修均不会影响生产管线的正常运行。外夹式超声波流量计是石油输送过程流量监测仪器的最佳选择类型。

3.2 管段式超声波流量计

生产企业中某些管道因材质疏松、声波传送效果差，或者管道内壁锈蚀、有衬里等原因，致使声波信号在传输过程中衰减严重，用外夹式超声波流量计无法正常测量，因而催生了管段式超声波流量计。

如图2所示，管段式超声波流量计就是把换能器和测量管连成一个整体安装在管道中间进行流体流量的超声波检测。它的优点是测量精度高，缺点是安装和检修时必须停止流体输送。

3.3 入式超声波流量计

插入式超声波流量计的使用介于外夹式和管段式之间。安装时一般需要断流安装，如果通过专用工具也可以实现非断流安装，安装示意图如图3所示。其测量精度优于外夹式超声波流量计，相对管段式超声波流量计稍差。

4 超声波流量计的检测原理

封闭管道用上超声波流量计的测量原理有5种，现在使用最多的是传播时间法和多普勒法两大类。

4.1 传播时间法超声波流量计检测原理

传播时间法的测量原理是：声波在流体中传播时，沿着流体流动的顺流和逆流方向受到的影响不同，换能器接收到的声波就不同，接收到的信号通过转换器转换成代表流量的电信号供给显示和计算仪表进行显示和计算[2]。

外夹式超声波流量计主要采用传输时间差法测量流量。如图4所示，超声波穿过流体顺流和逆流时间不同，其时间差Δt与流体速度FV成正比，介质流速越快，“ΔT”就越大。

4.2 多普勒法超声波流量计的检测原理

声波在流体介质中传播时，经流体中颗粒反射回换能器的频率不同，这一现象被称称为多普勒效应。所谓多普勒测量原理，就是依据声波的多普勒效应计算出流体的流量。

使用超声波测量流体流量时选择传播时间法还是多普勒法？其主要判断要素是：液体洁净程度或杂质含量，测量精度要求。

5 外夹式超声波流量计安装调试方法

5.1 数据输入步骤

（1）首先用盒尺量出被测管路的周长。

（2）打开仪表，接通电源，仪表显示超声波流量计版本号或菜单

（3）按键，仪表显示输入菜单号码=-------；再按10仪表显示输入管道外周长，将用盒尺测量出的周长直接输入。例：周长为318mm，直接按3、1、8后按键。

（4）按键进入号窗口仪表显示管外径。

（5）按键进入号窗口，输入被测管路壁厚，按键。

（6）按键进入号窗口，选择被测管路材质，按键后用键选择，仪表显示不同材质，选择完毕，再按键。例：管路为碳钢，即仪表显示0、碳钢，然后按键。（具体材质见说明书项内容

（7）按键进入号窗口，选择被测管路衬材，输入方法同（6）。

（8）按键进入号窗口，选择流体类型，输入方法同（6）。

（9）按键进入号窗口，选择探头类型，输入方法同（6）。“一般选择标准M1型中探头”按键。

（10）按键进入号窗口，选择安装方式，一般情况下管路>50mm用Z方式，按键。

（11）按键进入号窗口，窗口自动显示出两个探头的安装距离。次距离为探头顶部对顶部的安装距离。

（12）按键输入，进入40号窗口，窗口显示阻尼系数，按键输入20，再按键。

（13）按键进入号窗口，窗口显示低流速切除值，按确认键后输0.03，再按确认键。

（14）按键输入26，进入号窗口，选择“1，固化参数并总使用”然后按键。

5.2 传感器安装点的选择

测量点要尽量选择距上游10倍直径，下游5倍直径以内均匀直管段，没有任何阀门、弯头、变径等干扰流场装置，流体必须为满管。

5.3 安装方法

（1）Z方式安装：以管路周长为200mm为例（如图5）：

1）在管路一面外侧划一长十字为A点，以十字为中心用盒尺向另一侧量出1/2周长，即100mm，该点为B点。2）根据仪表显示安装距离，例如安装距离为25mm，从A点向一侧量出25mm为C点和上面一样向从B点另一侧量出管路1/2周长为D点，B、D两点连接，D点划十字，A、D两点即为两个探头安装点（如图6）。

（2）将选好两安装点，用手砂轮打磨干净出3倍探头大小的面积后，探头抹上黄油，贴在A、D两点处，用钢带绑紧（一只探头可绑紧，另一只稍微松些，以备一会调整探头位置时之用）。

探头安装完毕后，按，仪表显示上游=X1；下游=X2；Q值=X3上游、下游为信号强度，数值应大于60以上。且上、下游数据接近。Q值为信号质量，数值应在50以上。如信号强度不理想，应轻微移动一侧探头（上，下，左，右轻轻移动）同时观查信号强度变化，75-85之间最好。如还不行，应检查流体内是否含有大量气泡，或流体不满管。

例：上游=87.5，下游=86.5，Q值=70（Q值总在60-80之间变化）为好。再按号窗口，仪表显示信号传输比，此值应尽量调到100%最次在（100±3）%范围内波动。90、91项窗口靠上下左右微调传感器位置（一般不超过2cm范围）调整数值。一定将数值调整到要求范围内。

上述过程完毕，按即可进行测量。

6 利用超声波流量计判断流体在管道输送过程中是否泄漏

管道运输以其特有的经济、便携、安全等优点而被广泛应用于石油、天然气等液体、气体、浆液的运输中，并且已成为与铁路、公路、航空、水运并驾齐驱的五大运输行业之一。但是，随着输送管线的增长和使用年限的延长，以及管道的腐蚀、磨损等自然或人为原因，管道泄露事故的发生时不可避免的。管道的泄露既影响正常生产，又造成经济损失、环保隐患和能源浪费。

目前，已经产生了一种超声波流量计输油管道泄漏监测方法，突出了超声波流量计的原理及技术特点，提高了定位精度，降低监测费用。

7 超声波流量计使用中常见问题及原因分析

（1）管道上已打磨光滑，但安装测量时信号始终为0-2%之间，无法测量。可能原因包括：1）管道内壁结垢较多，超声波衰减较严重，无法测量；2）管道有内衬，内衬与管道之间有间隙，导致声波不能穿透，无法测量；3）耦合计干涸，失去作用；4）介质含杂、气泡增多或介质糊住探头；5）探头位置发生变化；6）探头老化；7）探头电缆接触不良。

（2）超声波流量计产生流量读数不稳定。可能原因包括：1）测量点直管短，不符合测量要求；2）介质含有气体或杂质且不稳定；3）仪表故障。

（3）超声波流量计信号很弱，波形差，读数不稳定。可能原因包括：1）安装探头位置不正确（前10D后5D）；2）参数设置出错；3）管道使用多年使内壁结垢太厚；4）有气泡或涡流；5）管径太大，1200mm以上可考虑换插入式探头。

8 结语

超声波流量计是一种优秀的流量仪表，它给我们带来的测量流量的方便性和经济性是别的流量计无法比拟的。超声波流量计在石油管道上的使用，不需要切割管道，减少了施工费用，保证了管道的安全，而且设备外置在管道外，便于安装、清洗和维护，为管线的正常运营和维护提供了很好的保障。

超声波流量计篇12

在进行油田注水的开发过程中，注水量不仅仅能够反映出地层的能力，同时也是能够反映出注水设备的生产能力，也是注水水平的一个重要体现。所以注水量精度的计量便显得较为重要。在实际进行注水的过程中，受到注水的水质以及其他方面的因素影响，是需要定期对其注水流量计进行有效校验，使其更好去保障计量的准确性。为了能够保证注水生产数据准确，必须要定期对其压力变送器以及流量计做好鉴定校正工作。

1 超声波流量计的原理分析

声波主要是在流体之中进行传播，顺流的方向声波传播速度将会不断提高，逆流方向的传播速度也会减少，同一个传播距离将会存在着不同的传播时间，因此可以利用传播速度之间的差以及被测流体之间的关系从而求取流速，便称之为传播时间方法。主要是在流体之中发射一定程度的频率超声波，然而传播距离相同时，顺流以及逆流之间是存在着一定的相位差，这个差值主要是和流体速度成正比例关系，如果管径相同时，那么通过相位差则可以求出流量。

对于超声波的流量计而言，是具有着不扰乱流体流场以及无腐蚀等方面特点，同时超声波流量计主要是为非接触式的流量测试仪表，在进行测试的过程中传感器原件并不接触流，采用夹装式的超声流量计便能够实现不停流在管道的上安装，仅仅只是在管道的外部进行安装换能器便可以。

2 在线校正的技术分析

2.1 超声波在线校验主机的优选分析

通过相应的分析可以得出，现如今较为常用的超声波流量计普遍是存在着一定程度的问题，首先便是为测试反应并不够灵敏，其次则是为在复杂状况下测试不出来，最后是测试的重复性并不是很好，应用的效果也是不理想。因此通过选择德国弗莱克森超声波流量计作为其主机，并且对其进行汉化的处理，这种仪器累计流量计以及瞬时流量计量所存在着的误差比较小，同时其精度能够百分之零点二五，此外为了能够保证测试的方便，主要是将壁厚测试集成到超声波的在线校验主机上面。

2.2 配套的标准罐研究制作分析

针对于流量比较小的流量计来说，在进行校验的过程中需要进行累计流量的修正，因此为了能够有效的避免放空水比较多，研究制作出了八十升的标准计量罐，计量的精度主要是为百分之零点二五，为了能够更好的适应现场管线的放流阀出口比较低的实际情况，主要的设计是采用了下入罐的方式，也是配渥畔嘤Φ幕涣髌鳌

2.3 测试方式的优选分析

主要是根据夹装的方式存在着不同，则是可以分为三种不同的方法：第一是充分利用现有的管线装夹和标准罐法去进行直接的标定。第二种则是通过利用现有的管线装夹以及标准罐的方法进行标定。第三种则是加装不锈钢标准测流段去进行夹装超声流量计来相应的标定，因此可以根据实际的情况从而选择相应的方法来进行检测。

然而在实际进行测试的过程中，主要是根据超声波的反射次数多少，从而将其测试的方法可以分为一次、二次以及三次和四次声程的测试，然而在室内可以采取四种不同的声程来做好对比的测试的工作，其结果相差并不是很大，因此考虑到了超声波信号所存在着的强弱等方面的原因，从而可以选择不同的测试来做好试验的工作。

3 测试的分析

为了能够更好的去验证超声波流量计的准确性，主要是可以采取在流量计校验装置上进行同步的对比测试，与此同时也可以选择不同区域以及刚刚经过利用常规流量计的校验装置进行相应对比试验。

3.1 流量计的校验装置上的对比试验分析

主要是可以采取超声波的在线校验仪器从而和现场实际的流量校验装置来对其进行对比的测试，其流量计的校验装置主要是为沈阳兴大通仪器仪表公司所生产出来的DTLL-2010A型号的标定装置，针对于这种装置而言，通常情况下主要是为四种不同的管径通道，可以通过其调节流量的大小，采取二次声程在4种不同流道上进行了对比测试试验，然而不同的管径测量的平均误差主要是在百分之零点一到百分之一点一之间。

3.2 现场的注水阀组流量测试的分析

主要运用超声波流量计以及标准水罐计量数据进行对比，某工程现场主要是对其83口井212井次，其存在着的平均误差主要是在百分之三以内，因此在进行普测的基础之上，进行了不同流量的范围以及不同的测试时间和不同的测试位置等方面的情况进行相应的对比测试分析，通过进行分析之后可以得出，研究制作的超声波在线校验的装置在每天五立方米以上的流量都是较为适合的，并且测试的过程中不会时间以及阀前和阀后等测试的位置影响，其存在着的测试误差够控制在百分之四之内，因此必须要对其给予高度的重视。

4 总结

通过上述内容进行分析研究之后可以得出，首先是超声波流计对于油田注水的在线流量计现场进行校正是完全可行的，此外计算的装置精度需要能够满足生产管理的需求。其次超声波在线校验技术能够更好的在注水正常的情况下实现对于流量计的标定校验，进而更好的去改变了流量计的拆卸校验方式，同时也对其流量计的校验程序进行了简化，对其准确性进行提高。最后则是超声波的在线校验装置的稳定性比较高，在对测试位置以及测试的时间进行消除的过程中将会对校验的结果带来影响，从而提高检测精度。

参考文献

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