超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)測(cè)量原理

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

第一頁(yè)，共34頁(yè)。任意一對(duì)傳感器t1=Lc-v(x/L)t2=Lc+v(x/L)LFlowXD第二頁(yè)，共34頁(yè)。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(shí)間t2=下游傳輸時(shí)間第三頁(yè)，共34頁(yè)。多通道即多路流速測(cè)量!多通道流量計(jì)ABCDVavg

=S

WnVnn=14Vn=L(t1-t2)2x(t1t2)2第四頁(yè)，共34頁(yè)。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(cè)量第五頁(yè)，共34頁(yè)。工況體積瞬時(shí)流量=面積*Ve標(biāo)準(zhǔn)體積瞬時(shí)流量=工況體積瞬時(shí)流量*工況密度/標(biāo)準(zhǔn)密度質(zhì)量瞬時(shí)流量=工況體積瞬時(shí)流量*工況密度第六頁(yè)，共34頁(yè)。

超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)氣體超聲流量計(jì)的結(jié)構(gòu)主要取決于以下幾個(gè)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(jì)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。

第七頁(yè)，共34頁(yè)。（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(jì)，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(cè)的線速度對(duì)管道截面的流速的呈現(xiàn)不同。

第八頁(yè)，共34頁(yè)。單聲道流量計(jì)

一般都采用單反射技術(shù)，計(jì)量不確定度為:1.0~2.0%。

第九頁(yè)，共34頁(yè)。第十頁(yè)，共34頁(yè)。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(jì)不確定度為1.0~1.5%。中油管道投產(chǎn)運(yùn)行公司川氣東送-鄂西管理處結(jié)構(gòu)—雙聲道流量計(jì)第十一頁(yè)，共34頁(yè)。第十二頁(yè)，共34頁(yè)。第十三頁(yè)，共34頁(yè)。Instromet采用的是一個(gè)單反射和兩個(gè)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(jì)第十四頁(yè)，共34頁(yè)。第十五頁(yè)，共34頁(yè)。超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)主要分為三部分：流量計(jì)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(jì)本體：流量計(jì)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(hào)和反過來把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲能的元件。第十六頁(yè)，共34頁(yè)。

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(zhǎng)探頭的特點(diǎn)第十七頁(yè)，共34頁(yè)。超聲波流量計(jì)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(hào)，且具有處理測(cè)量信號(hào)和顯示、輸出及記錄測(cè)量結(jié)果等功能。第十八頁(yè)，共34頁(yè)。管路安裝1、上、下游直管段緊鄰超聲流量計(jì)的上、下游安裝一定長(zhǎng)度的直管段。上游條件較為理想時(shí)，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(dòng)時(shí)，上、下游直管段均應(yīng)至少10倍管道公稱直徑。第十九頁(yè)，共34頁(yè)。2、超聲流量計(jì)表體安裝超聲流量計(jì)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(duì)齊。安裝時(shí)應(yīng)留有足夠的檢修空間。3、突入物超聲流量計(jì)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)；

第二十頁(yè)，共34頁(yè)。4、內(nèi)表面與超聲流量計(jì)匹配的直管段，其內(nèi)壁應(yīng)無銹蝕及其它機(jī)械損傷，在組裝之前，應(yīng)除去超聲流量計(jì)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(shí)保持介質(zhì)流通通道的干凈、光滑。5、溫度計(jì)插孔對(duì)單向流測(cè)量，應(yīng)將溫度計(jì)插孔設(shè)在超聲流量計(jì)下游距法蘭端面（2～5）D之間；對(duì)雙向流進(jìn)行測(cè)量，溫度計(jì)插孔應(yīng)設(shè)在距超聲流量計(jì)法蘭端面至少3D的位置。第二十一頁(yè)，共34頁(yè)。超聲波流量計(jì)的投運(yùn)1.流量計(jì)投用以前應(yīng)該按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程進(jìn)行檢定或?qū)嵙餍?zhǔn)。2.檢查各種信號(hào)線，電源線連接完好。3.先打開進(jìn)口旁通閥，給管道緩慢充氣，然后緩慢打開進(jìn)口截止閥（至少持續(xù)一分鐘），避免流量計(jì)過高壓差或過高流速，給管道緩慢加壓，達(dá)到流量計(jì)的運(yùn)行壓力。注意:壓力劇烈震蕩或不當(dāng)?shù)母咚偌訅簳?huì)損壞流量計(jì)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。第二十二頁(yè)，共34頁(yè)。5.接線檢查：對(duì)照廠家提供的系統(tǒng)接線圖，檢查所有接線無誤。7.流量計(jì)最高流速不超過30m/s8.流量計(jì)在啟用前要求進(jìn)行零流量測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)不具備條件應(yīng)進(jìn)行工況條件下的零流量測(cè)試（零流量測(cè)試就是關(guān)閉超聲流量計(jì)的上、下游閥門，使流過流量計(jì)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(gè)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。）第二十三頁(yè)，共34頁(yè)。注意事項(xiàng)：1、應(yīng)定期檢查信號(hào)處理單元、升到有無故障、零流量測(cè)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(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并分析比較，以確定流量計(jì)是否存在故障。

2、超聲波流量計(jì)運(yùn)行時(shí)注意聲道的效率，如果沒有達(dá)到100%，請(qǐng)檢查聲道.3、長(zhǎng)時(shí)間不使用超聲波流量計(jì)應(yīng)關(guān)閉其流量計(jì)算機(jī)電源。4、如果超聲波流量計(jì)長(zhǎng)時(shí)沒有運(yùn)行，啟動(dòng)前應(yīng)仔細(xì)檢查接線和各連接點(diǎn)有無漏氣現(xiàn)象。第二十四頁(yè)，共34頁(yè)。超聲流量計(jì)日常維護(hù)需要檢查的參數(shù)和方法需要檢查的運(yùn)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)工作是否正常。必查天然氣組成檢查計(jì)算機(jī)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(jì)系數(shù)檢查超聲流量計(jì)系數(shù)是否與檢定證書一致。必查各聲道運(yùn)行狀態(tài)檢查各聲道的參數(shù)，確認(rèn)各聲道運(yùn)行是否正常必查零流速讀數(shù)在零流速下各聲道所測(cè)得的氣體流速是否小于規(guī)定值。選擇第二十五頁(yè)，共34頁(yè)。聲速檢查超聲流量計(jì)各聲道所測(cè)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(hào)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(duì)穩(wěn)定的。若超出超聲流量計(jì)說明書中規(guī)定的技術(shù)范圍，則說明超聲流量計(jì)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(jì)所測(cè)的氣體工作流速是否在超聲流量計(jì)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(shí)必須檢查超聲流量計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)是否正確。首次必查第二十六頁(yè)，共34頁(yè)。超聲流量計(jì)常見問題及對(duì)策

序號(hào)可能發(fā)生的故障原因排除方法1沒有流量信號(hào)接觸不好檢查超聲流量計(jì)的各信號(hào)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(duì)超聲流量計(jì)進(jìn)一步檢查。若某組件被確認(rèn)已損壞時(shí)，應(yīng)更新與其相同型號(hào)規(guī)格的組件，或超聲流量計(jì)廠家推薦型號(hào)組件，更換后應(yīng)進(jìn)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(jì)參數(shù)檢查證實(shí)是超聲探頭臟污，應(yīng)按第三節(jié)的要求進(jìn)行清洗。3超聲探頭不工作壓力超范圍調(diào)整計(jì)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(hào)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(hào)。檢查各聲道的聲速測(cè)量值，其最大誤差不超過0.2%。再計(jì)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(jì)說明書規(guī)定的范圍內(nèi)。4沒有溫度、壓力信號(hào)接觸不好分別檢查超聲流量計(jì)溫度、壓力測(cè)量系統(tǒng)接線。第二十七頁(yè)，共34頁(yè)。5溫度、壓力信號(hào)異常參數(shù)設(shè)置或零漂檢查系統(tǒng)設(shè)置。定期對(duì)溫度、壓力測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校檢，確保溫度壓力測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。6計(jì)算機(jī)報(bào)警計(jì)算機(jī)報(bào)警有責(zé)任和非責(zé)任報(bào)警、有冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)報(bào)警和電池電壓低等報(bào)警，應(yīng)按照超聲流量計(jì)的說明書進(jìn)行檢查。7系統(tǒng)報(bào)警報(bào)警設(shè)置在確認(rèn)溫度、壓力測(cè)量系統(tǒng)正常的情況下，檢查超聲流量計(jì)算機(jī)內(nèi)的壓力、溫度量程范圍設(shè)置是否正確。8過程報(bào)警報(bào)警設(shè)置過程報(bào)警主要有流量、溫度、壓力、密度、以及熱值等報(bào)警，其主要原因是由于它們測(cè)量的值超出了預(yù)設(shè)定范圍。在確認(rèn)壓力、溫度測(cè)量系統(tǒng)正常后檢查所有的設(shè)定值。第二十八頁(yè)，共34頁(yè)。9聲速異常系統(tǒng)故障觀察聲速的大小，通常所測(cè)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(cè)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(jì)的測(cè)量范圍，超聲流量計(jì)不能正常工作。備注：1、超聲流量計(jì)的關(guān)鍵計(jì)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(jì)的自診斷技術(shù)在不斷發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用中要以所使用設(shè)備的操作說明書為準(zhǔn)。第二十九頁(yè)，共34頁(yè)。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(jì)量系統(tǒng)日常操作

第三十頁(yè)，共34頁(yè)。3、查看標(biāo)況累計(jì)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(shí)和前一小時(shí)累計(jì)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第三十一頁(yè)，共34頁(yè)。當(dāng)前小時(shí)標(biāo)況累計(jì)氣量，其顯示為：CurrentPeriod前一小時(shí)標(biāo)況累計(jì)氣量，其顯示為：PreviousPeriod5、查看標(biāo)況氣量當(dāng)天和前一天累計(jì)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當(dāng)天標(biāo)況累計(jì)氣量，其顯示為：Cu