時間：2022-01-27 05:44:00
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇超聲波流量計，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
和傳統的機械、電磁式的測量流量的儀表相對比，超聲波流量計主要具有以下優點：一是作為一種非接觸式的儀表，超聲波流量計能夠在管道外部測量，它完全沒有壓力的損失，也不會流體流動的狀態的改變，對原有的管道不需要進行任何的加工就可以測量。二是超聲波流量計輸出信號和被測的流體的流量為線性的關系。三是測量的結果不會受到被測的流體黏度及電導率等影響，可以用來測量非導電性的液體或者氣體。四是對大口徑、大流量的測量，它的測量成本基本和管徑大小沒有任何關系，能夠實現能耗的節約，而不象其它類型的流量計管徑增大、成本會大幅度地增加。五是它更能適合所處條件較惡劣的被測流體，由于檢測不需要接觸，從而帶來很大便利和好處。它的缺點主要表現在，對于外夾式的超聲波流量計，檢測元件的維修和更換較為方便，不用斷流，也不會影響生產運行，可是，由于其在管道外進行測量，聲道的數量比較少，因此精度比管道嵌入式的低；而對于管道嵌入式的超聲波流量計，一方面維修與更換會較為麻煩，另一方面由于有三、四聲道和更多聲道的產品，其精度會很高。還有，由于超聲波流量計的安裝對前后的直管段要求上有很大的限制，從而產生較高的造價和運輸成本。
2超聲波流量計選型的注意事項
超聲波流量計選型工作較為復雜，關注的內容包括：被測的介質類別、儀表的性能和參數、換能器的類型、功能及適用的范圍、聲道的設置、前后的直管段長度的要求等等。選型應當注意以下幾個方面：一是要了解被測對象的現場情況和物理的特性；二是其信號的處理單元必須適合戶外、爆炸、危險性等類型的場所進行安裝，防爆和防護的等級必須符合現場的要求。二是換能器的前后應有一定長度的直管段，從而確保流體流速的分布，通過要求前面的直管段在10D以上，而后面的直管段就在5D以上，并且其上游30D之內，不可以安裝閥、泵等擾動設備。三是換能器要安裝于傾斜及水平的管道上的時候，不能裝于上部或者底部，避免管道中的氣體或者雜質進到測量的聲道當中。四是換能器安裝必須使超聲波的傳播路徑經過管道的中心。四是要區分被測對象進行選型，氣體用的換能器頻率一般在100至300KHz，而液體用的換能器頻率一般為1至5MHz。
3超聲波流量計在石化行業計量中的應用
3.1用時差法超聲波流量計來測量成品油超聲波流量計可以進行多聲道進行測量；能通過報警功能和智能檢定軟件診斷來監測其運行的狀態；能對各聲道自動增益進行調節；能夠測量出各聲道流速的分布、進行第一聲道聲速的計算，從而校正旋渦流、橫向流及不對稱流；在被測的液體密度和粘度發生變化的時候，能通過聲速的測量來反推油品密度和粘度，從而利用超聲波流量計替替代密度計，解決處理混油段技術。
3.2標準體積管實流標定超聲波流量技術雙向標準體積管屬于標準容積式的機械設備類型，在U型的標準管段的進口和出口裝著檢測開關兩（或四）個，排液球或活塞一個。觸動首個檢測開關，排液球進到標準段；排液球觸動第二個檢測開關，則離開了標準段。超聲波流量計進行測量的原理說明，其脈沖與真實的流速（或流量）會有固定的延時。然而管道中流體的擾動很復雜，會包括多次擾動的渦流及非軸向的速度成分。超聲波流量計沿一或多個采樣的聲道，通過發射器與接收器的正反向的時差，可以檢測、推導、計算出流體的流速。
4結語
（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照 276800）
【摘要】介紹了超聲波流量計的工作原理、結構、選型原則及安裝要求。
關鍵詞 超聲波流量計；結構；選型；安裝
1超聲波流量計的工作原理
超聲波流量計利用超聲波測量流量有許多種方法，其中典型的方法有時差法、聲循環法、多普勒法。本文主要介紹時差法超聲波流量計的工作原理，超聲波在流體中的傳播速度受到流體流速的影響，在流體順流方向和逆流方向是不一樣的，其傳播時間差和流體的流速成正比。只要測出超聲波在這兩個方向上傳播的時-間差，便可知流體的流速，再乘以管道截面積便可得流體的流量。具體計算公式如下：
超聲波在順流方向傳播時間t1為：
由上可知這時只要測得t1和t2，便可求得流體流速，流體流量。
2超聲波流量計的結構
超聲波流量計主要由換能器和控制器（變送器）兩部分構成。換能器有兩種，一種是發射換能器，另一種是接收換能器。發射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，接收換能器接收到超聲波信號，通過傳輸線送到控制器（變送器）。控制器（變送器）的作用是將接收到的超聲波信號經電子線路放大并轉換為與被測流體體積流量成正比的電信號，進行顯示和累計計算，還可將信號進行遠傳進入DCS等控制系統。
3超聲波流量計的選型
為確保流量計正常投運，儀表選型至關重要。超聲波流量計根據換能器的安裝方法不同可分為外夾式超聲波流量計、插入式超聲波流量計和標準管段式超聲波流量計。超聲波流量計的選型主要是根據計量要求選擇適合的流量計。
（1）外夾式超聲波流量計，優點：①外夾式超聲波流量計的換能器安裝在管道外面，不與被測流體直接接觸，不存在換能器腐蝕、粘結等問題；②測量時，在管道內部無任何測量部件，沒有壓力損失，不改變流體的流動狀態；③安裝簡單方便，管道不用切斷，不用開孔，安裝時不用停流；④可以便攜使用，便于對有懷疑的其他流量計進行比對。不足：①對管道條件要求較高，應確定管道材質、管道外徑、壁厚、襯里材質和厚度等；②測量精度相對低一些。
（2）插入式超聲波流量計，優點：①安裝時不用停流，使用專用安裝工具在管道上開孔，換能器直接穿插在孔內；②與外夾式超聲波流量計相比，測量精度較高，不受管道銹蝕、結垢等的影響。不足：①換能器直接與被測流體接觸，易被腐蝕、結晶造成儀表測量不準確。
（3）標準管段式超聲波流量計，把換能器固定安裝在按照設計加工好的管段上，并且換能器直接與被測流體接觸。這種流量計能夠準確控制加工精度，同時可以精確測量管段的幾何尺寸，而且兩個換能器之間只有單一被測介質，所以測量準確度較高，但是，不足是安裝麻煩，需要斷流，割開管道安裝，而且對于大口徑管道定做價格較高，因此除非特殊要求一般不建議選用此種超聲波流量計。
綜上，超聲波流量計在選型時必須綜合考慮準確度、安裝條件、現場環境等，選擇適合的流量計。
4超聲波流量計的安裝
（1）測量點的選取：①測量點應盡量選擇距離上游10倍直徑、下游5倍直徑以內均勻直管段，以確保流體所需的流速分布；②流量計盡可能水平或垂直安裝，管內必須充滿流體，當換能器安裝在傾斜管道上時，不要裝在上部和底部，以免管道內的氣體或雜質進入測量聲道，應盡可能使換能器處于和水平面成45度角的范圍內；③對于外夾式超聲波流量計，測量點管道內壁不能有過厚結垢層，盡量選擇無結垢的管段且應具有良好的導聲性能；
（2）換能器安裝方式
①V法安裝
適用于管徑較小時，采用V法安裝擴大了聲程長度，增加了順逆向聲波傳播時間；
②Z法安裝
Z法安裝方式一般適用于DN200以上管道，使用Z法安裝時超聲波在管道中直接傳輸，沒有折射，信號衰耗小。
5超聲波流量計的應用
近年來，由于電子技術的進步，超聲波流量計發展很快，且日益完善，越來越顯示出其優越性。各種超聲波流量計已廣泛應用于工業生產、商業計量和水利檢測等方面，例如，在市政行業的原水、自來水、中水、污水的計量中，超聲波流量計具有大量程比，無壓損的特點，在保證測量準確度的同時提高了官網的輸水效率；在工業冷卻循環水的計量中，超聲波流量計實現了在線不斷流帶壓安裝和在線標定。
6結束語
綜上所述，超聲波流量計作為流量測量儀表，有其獨特的優點，在很多領域得到了越來越廣泛的應用，特別是智能化超聲波流量計，采用微處理器和程序控制，且帶通訊接口、功能更強、編程方便，因而具有更強的生命力。但是不論其如何發展，如果設計選型及安裝不當，不僅無法發揮其優越性，還會帶來損失。因此，在實際應用中，超聲波流量計的正確選型及安裝是極為重要的兩個環節，必須引起我們的重視。
參考文獻
［1］高魁明.熱工測量儀表[M].2版.冶金出版社,2006.
【關鍵詞】超聲波流量計;噪聲;抗干擾
1.超聲波流量計概述
超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束（或超聲脈沖）的作用以測量流量的儀表，目的是解決一些測量困難的問題。超聲波流量計，集計算機和傳感器技術于一身，將聲學的研究成果與現代電子技術結合在一起，可以用于多種液體的測量。
2.噪聲來源
在超聲波流量計測量系統中，構成噪聲源物質的類型很多。如：
（1）流量計安裝環境中可能存在的較大的電場和磁場干擾;
（2）靠近水泵安裝時的水泵帶來的接近于超聲波信號的噪音;
（3）操作人員隨身攜帶的通信系統;
（4）電源中的高次諧波;
（5）電路板上高頻晶體振蕩器所帶來的噪聲干擾。對于從外界來的噪聲干擾源，主要采用降低電路對噪聲的敏感度、減少噪聲拾取、切斷噪聲耦合路徑的辦法解決，而對于來自于系統內部，如電路板上的噪聲源，則采取信號地、數字地分離、多點接地、合理布線的方法解決。
典型的噪聲路徑框圖如圖1所示。可以看出，一個噪聲問題的產生必須具備三個要素，首先，必須有噪聲源;其次，必須有對噪聲敏感的接收器;第三，必須有一個將噪聲從源頭傳送到接收器的耦合路徑。因而要解決噪聲問題就必須從這三個方面著手解決。
圖1 噪聲產生的三要素
3.改良措施
3.1 濾波
因為超聲波信號的頻率大致為1Mhz，由運放和電容等器件構成的有源濾波器的帶寬較小，最大在幾百千赫茲，在這個頻率附近不易采用，而若采用專用集成的濾波電路造價又偏高，因此這里采用了簡單易行的由電感和電容組成的LC 濾波器。
如圖2所示，由L和C組成并聯諧振，將諧振頻率設在1.5MHz，由L1、C1 以及 L2、C2組成串聯諧振，整個形成T型網路，實現了帶通濾波。
圖2 濾波電路
除了設計信號處理中的濾波電路外，對所有進出屏蔽盒的導線都實施了濾波措施。在導線穿透屏蔽體的地方，使用了饋通電容，并且在導線和電路端的地之間又連接了一個短引腳的云母電容。
3.2 屏蔽
在本次設計中采用了以鋁為材料的殼體，對處于內部的儀器形成電場和磁場的保護層。眾所周知，理想的屏蔽體應是一個封閉的、連續的導電殼體，沒有開孔和接縫。然而實際使用中卻因為要布線，很難達到真正的屏蔽。通過對屏蔽的不連續性對磁場感應電流影響的分析，這里沒有采用矩形縫隙走線，而采用了在屏蔽盒多個面上開小孔的策略，并且使進出屏蔽體的導線的屏蔽層都360°連接到屏蔽盒上。這樣做的好處是直接改善了系統對于電場和磁場的忍耐能力，增強了性能。
3.3 平衡電路
平衡電路是用于產生相同和相反信號的電路，將這些信號送入兩個導線;電路的平衡特性越好，信號的散射就越小;它的噪聲抑制特性也越好。
平衡電路抵消干擾信號的能力，是建立在信號波形和幅值嚴格對稱，同、反相端電路增益嚴格一致的基礎上的，理論上，理想的平衡放大器對感應噪聲具有無窮大的抑制比，可以將干擾信號完全抵消，但在實際應用中，平衡電路由于增益誤差等原因，抗干擾能力不可能達到理想值，甚至會產生一些新的失真和噪音。
但即使這樣，相對于單端電路只能采用加強屏蔽和進行電源濾波來降低干擾來講，平衡電路仍不失為一種主動式、積極有效的抗干擾措施，在惡劣電磁環境、長距離傳輸時優勢非常明顯。
4.結論
超聲波流量計的設計和使用過程中，各種噪聲對其測量精度有較大影響，本文通過采用濾波、屏蔽、平衡電路等方式對流量計電路進行了改良，產品已經在現場得到使用，取得了明顯的效果。
參考文獻
[1]張俊.基于DSP的超聲波流量計[D].南京航空航天大學，2005.
[2]王茜.流量計的應用現狀及發展趨勢[J].科技信息（科學教研），2008（03）.
[3]姜彩明，江景濤.基于小波分析的信號噪聲的處理[J].儀器儀表用戶，2010（02）.
[4]楊萃.噪聲環境下頻率估計算法研究[D].華南理工大學，2010.
關鍵詞：液體超聲波流量計；標定方法；貿易交接；中海油的應用
中圖分類號：
TB
文獻標識碼：A
文章編號：16723198（2013）21019102
1概述
近年來，隨著液體超聲波流量計計量與測量技術的不斷發展，使得液體超聲波流量計在流量計量與測量的領域有著廣闊的應用前景，并且在很多應用工況中，逐步代替傳統的容積式流量計和渦輪流量計，成為貿易交接和過程測量的新寵。美國Emerson公司的Daniel產品，德國Krohne，法國Faure Herman，美國Cameron等公司生產的多聲道管段式液體超聲波流量計已在國內外的成品油和原油的交接計量站中有多次成功的應用，例如，在中海油的渤中LVDA27-2作業區，中海油伊拉克米桑油田區塊外輸計量，中海油-新田石油合作平臺LF7-2的外輸計量撬中均已成功投用。從技術的角度出發，由于多聲道管道式液體超聲波流量計在大口徑管道，大流量計計量中有著突出的優勢，無附加壓力損失，無可移動部件的構造及完善的自診斷功能，便利的在線維護性的優勢都超過了傳統的容積式流量計和渦輪流量計，并有著較其他液體流量計更寬的量程比，所以逐步成為應用于液體烴貿易交接的計量儀表。
2液體超聲波流量計工作原理及檢定難點
液體超聲波流量計的測量原理是根據時差法，即當超聲波在介質中傳播時，會帶上流體的信息，即使往返的聲波信號的傳播時間產生微小的變化，時間的變化正比于流速。多聲道液體超聲波流量計是通過測量不同聲道上的傳播時間差來時間測量與計算的。
根據API 5.8章節中可知，超聲波流量計不同于傳統的容積式流量計和渦輪流量計，其是靠電子芯片間接測量而對外發出計算脈沖的，此即為人工“制造”出與流量相關的脈沖（頻率），由于流量脈沖和串行信號是通過計算獲得，因此輸出信號會落后于流體的特性，而且經過數據轉換的處理，脈沖信號很可能落后于串行數據的信號。
超聲波流量計在其內部幾條聲道上進行高頻率的時間差測量，由于流體流動存在的不穩定性，任何微小的流量擾動和脈動都會被流量計所檢測到，從而導致流量計產生不均勻的脈沖輸出（如圖1），而這些信息是其他傳統的機械性流量計而反應不出來的。
而活塞式體積管由于最大尺寸的容積仍遠小于API的容積推薦值，另外還有活塞式體積管在運行過程中的發射和回收可以引起流量的明顯擾動，因此活塞式體積管不能直接用于標定液體超聲波流量計。
綜上所述，由于超聲波流量計本身的原理及特點存在不均勻的脈沖輸出，所以導致標定的體積管容積值巨大，大型的體積管在制造，使用，運輸安裝方面存在很多不便之處，尤其是海洋石油受平臺及油輪上空間及重量的局限性，都嚴重制約著超聲波流量計在中海油的發展及應用。
3液體超聲波流量計的檢定
由上所述，根據API標準可用球形體積管根據規范推薦的容積來選擇直接標定液體超聲波流量計。但是由于海上條件的限制，不是每個項目及應用都有足夠的空間來滿足球形體積管，所以要在中海油的業務中尋求更新和發展，必須要有辦法來解決這個問題。
目前國際上的應用證明等精度傳遞理論即“活塞式體積管+標準流量計法”可以解決超聲波流量計需要體積管容積大的問題，標準流量計考慮到量程范圍，推薦用渦輪流量計。
在流量計量領域中有等精度傳遞理論，及流量量值傳遞時只需要滿足計量學相關性基本原則，流量計在使用時和檢定時流量點相同，介質相同和使用介質的物理特性相同，流量計檢定和使用時幾何特性相同，流量計在檢定和使用過程中的操作過程相同，那么流量基準所復現的流量單位制將會等同精度傳遞給工作流量計。
“小容積體積管+標準流量計法”的檢定方法為：
（1）先利用活塞體積管檢定作為中間傳遞的標準流量計，在規定的流量點下，逐點進行多次重復測量（測量次數不少于5次），再進行溫度，壓力修正后，計算出標準表在每個檢定點下的平均儀表系數和對應的重復性。標準流量計檢定得到的重復性已優于0.02%為宜。
（2）在相同的檢定流量計和檢定條件下，在規定的時間段和規定的標準表脈沖數（通常大于10000個）內同時記錄標準表流量計和超聲波流量計的脈沖數以及當時各處的溫度，壓力數據，此時體積管停止運行。
（3）通過標準表的脈沖數及儀表系數及當時的溫度，壓力，計算出流過標準表的流體體積。
（4）通過標準表的流體體積及超聲波流量計處的溫度，壓力可以得出超聲波流量計在每一個檢定點下的平均儀表系數和對應的重復性。
目前“小容積體積管+標準流量計法”是液體超聲波流量計的主要檢定方法，國外主要的技術機構都采用本方法，并且主流的流量計算機，例如S600+，OMNI等都在控制程序中都支持該檢定方法。
小容積體積管+標準流量計的檢定方法符合JJG1030-2007超聲波流量計檢定規程中關于現場在線檢定的技術要求，可以對使用中的超聲波流量計的進行檢定和檢驗。
4液體超聲波流量計在中海油貿易交接的應用
中海石油旅大32-2/27-2油田項目中第一次應用液體超聲波流量計作為貿易交接的應用。該油田在其旅大32-2PSP平臺上配備了兩套美國艾默生公司Daniel液體超聲波流量計，采用一臺18in活塞式體積管（容積值約120L）及一臺渦輪流量計為標準表。應用本文提出的方法進行標定后得到新的流量計系數。外輸作業結束后，通過對比流量計及油罐的數據得到較好的一致性，兩者之間偏差小于0.02%。目前該項目已經投用兩年多，得到客戶的肯定和好評。
隨后中海油伊拉克項目采用了三套DN150的液體超聲波流量計，同樣配用18in活塞式體積管及一臺渦輪流量計為標準表，目前已經為中海油與伊拉克油田方提供貿易計量的服務。
此外，液體超聲波流量計+球形體積管方式應用于中海石油-新田石油合作平臺LF7-2原油的外輸計量中。
對于中海油近五年來首個FPSO，恩平油田群24-2船，已經確認為液體超聲波流量計（三用一備DN250）+球形體積管（30寸雙相球形體積管）的外輸計量方案。2014年將投產使用。
5結論
作為貿易計量儀表，準確性，重復性是流量計的重要參數指標，為了保證液體超聲波流量計的這些指標，就應該遵守計量法規的可行的在線檢定技術和方法。貿易計量儀表的標定是流量量值傳遞及溯源連中最重要的環節，國家計量檢定方法對流量計的發展及應用有著重大的意義和推進作用。超聲波流量計計量液態烴發展較晚，相對其他傳統的流量計而言，國際上相應的標準也較少。美國石油協會API于2002年10月制定的采用時差法超聲波流量計測量液態烴的技術標準草案，2005年1月轉為正式標準API MPMS 5.8：2005《用時差法超聲波流量計計量液態烴》.我國沒有液體超聲波流量計計量液態烴的專項規范標準，僅在2007年了用于檢定超聲波流量計的檢定規程《JJG1030-2007超聲波流量計的檢定規程》，該規程是一個通用的標準，尤側重于氣體超聲波流量計的檢定，對計量液體超聲波流量計的標定的特殊性沒有涉及。
隨著技術的更新發展和計量規范的完善，管段式液體超聲波流量計將會在中海油的測量和計量中扮演著更重要的角色。其量程比及壓損的優勢，完善的電子診斷功能及低成本的維護，將為中海油低碳綠色業務的拓展提供更大的支持。
關鍵詞：天然氣；貿易計量；超聲波流量計；計量系統；準確度
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.228
0 前言
天然氣作為一種優質能源和化工原料其計量越來越被人們重視。由于天然氣的可膨脹性、可壓縮性等特性，造成天然氣要比液體計量困難得多。氣體超聲流量計沒有如節流裝置幾何形狀及尺寸變化影響儀表特性的問題，其聲道長度，聲道角及管道橫截面面積是恒定的參數；也沒有引壓管線之類易引起故障的部件，能夠根據現場條件確定儀表系數并為此長期穩定。天然氣流量計量系統，具有高精度、無壓損、低能耗、結實耐用、維護少的特點。
1 超聲波流量計的結構及原理
1.1 流量計結構
DANIEL3400系列氣體超聲流量計結構主要分三部分：流量計本體、超聲換能器、Mark II 電子數據處理單元。
1.2 四聲道超聲波流量計工作原理（如圖1）
2 超聲波流量計的特點及在計量系統中的應用
普光凈化廠產品氣貿易計量精心選擇了各種設備組成計量系統，整體計量精度優于0.70%。計量系統中包括Daniel高級超聲波流量計、 Daniel S600流量計算機、在線色譜分析儀。
2.1 daniel 超聲波流量計
Daniel 超聲波流量計是時間直通式超聲波流量計，聲波由一個探頭發射另一個探頭接受，不經管壁反射，聲波由上游向下游傳輸的時間（由于聲波被氣流推動）小于聲波由下游向上游傳輸的時間（聲波被氣流方向阻攔），這兩個時間之差與氣流的速度存在某種對應關系。從上下游測得的傳輸時間可以計算出氣流的平均速度和聲波的速度。
2.2 daniel s600 流量計算機
Daniel s600流量計算機適合于石油天然氣貿易交接計量和標定的各種應用。可作為多流路計量的一個部分或獨立運行。單臺流量計算機可以計量多路油氣，最多可達到 6 路計量。帶有鍵盤和LCD顯示，方便數據記錄和顯示。有多方向快捷件，可以方便搜尋顯示條目。帶有4級密碼管理，可以分級管理操作人員和信息內容。它可計算瞬間流量和總流量并通過打印口打印報告，打印口可組態。S600系列流量計算機不間斷進行診斷自檢。一旦發現問題，會觸發報警提醒操作員采取措施所有報警信息都會被記錄或打印。CPU板帶有兩個 RS232口和三個 RS422口連接其它設備。通訊口可以用于與上位機系統， SCADA或其它設備通訊。另外帶有一個10BaseT（Twisted Pair）以太網界面用于網絡連接。S系列流量計算機的組態可以使用標準格式，也可以按照客戶要求使用組態軟件定制。
2.3 色譜分析儀
色譜分析儀系統由樣品預處理系統、色譜分析儀組成。樣品由采樣點取出，經樣品管線傳輸至樣品預處理進行樣品處理，經過樣品過濾器進入色譜分析儀進行樣品分析，分析的結果以Modbus通信送入DCS系統和天然氣計量系統。
3 效益及結論
普光凈化廠使用氣體超聲波流量計作為產品氣貿易計量流量計大大降低了計量裝置故障的發生概率，延長了計量設備的壽命，避免了一些不必要的計量糾紛，提升了企業的聲譽，樹立了良好的形象。
參照有關計量技術部門的數據，因計量準確度偏離造成的經濟損失：以年輸氣1億立方米為例：溫度偏差1攝氏度---計量0.34%偏差；壓力偏差1kPa---計量0.1%偏差；由色譜儀造成的組分計量偏差―0.1%。總誤差造成的損失約30～50萬立方米氣。由此可見，有效地提高計量準確度，確保計量偏差控制在最低水平，對于我們年外輸氣120億立方米的企業來說，每年直接或間接的經濟效益影響大約3000萬元。
氣體超聲波流量計有非常多的優點，同時也存在著一些局限性。如：對氣體流態和管道噪聲有要求。在大流量貿易計量中，如何最大的發揮氣體超聲波流量計的效能，解決和避免影響其測量準確度的因素。為我們在日常使用中帶來了新的研究課題，是我們的研究方向。
參考文獻：
[1]孫淮清.氣體超聲流量計與孔板流量計在天然氣工業中應用的比較[J].重慶工業自動化儀表研究所，石油工業技術監督，1998，14（06）.
[2]中國石油西南油氣田分公司.超聲流量計的現場應用與研究技術報告[J].2001（03）.
[3]黃和，文代龍，陳汝培，游明定.淺談我國天然氣計量與國際接軌[J].2001（04）.
[4]GB/T18604-2001《用氣體超聲波流量計測量天然氣流量》.
關鍵字：時差超聲波流量計應用維護
中圖分類號:TQ011 文獻標識碼：A
1、引言
根據化工生產中被測介質來合理的選擇測量儀表，對于生產的自動化進行和為控制提供連續穩定的測量數據起到關鍵性的作用。
2、時差超聲波流量計測量原理
時差超聲波流量計，是利用超聲波在橫向穿過流動的液體時，在其順流和逆流介質中，其超聲波的速度有差異而形成速度差（時間差）。時差法超聲波流量計就是利用該原理對流體的流速和流量進行測量的。具體方法如下：在固定長度L的距離內，分別放置一個發射超聲波的換能器（俗稱超聲波探頭）和一個接收超聲波的換能器。發射超聲波的換能器通常采用石英等材料制成的壓電元件作為換能器。發射超聲波時是利用負壓電效應，即利用高頻電脈沖的作用，使壓電晶體高頻振動，從而發出脈沖變化的高頻壓力波（即超聲波）。接收換能器裝在管道對面，它則利用正壓電效應，將高頻壓力波又轉換成高頻的電脈沖信號。可以輪流交替地利用同一個換能器及發射高頻、短時的脈沖壓力波，又用來接收對面換能器發來的脈沖壓力波。可以用一組換能器兼做超聲波的收、發用。（如圖1所示），則對于順流和逆流有：
圖1時差式測量原理圖
逆流傳播時間t1=L/(C-Vcosθ)，
順流傳播時間t2=L/(C+Vcosθ)
傳播的時間差值為：T=t1-t2=L/(C-Vcosθ)-L/(C+Vcosθ)
由于液體流速V在每秒數米以下，而流體中聲速C約15OOm/s，C2››V2，
所以：T=2VLcosθ/C2
即：V=C2T/（2Lcosθ） (1)
式中：
C為靜止流體中的聲速，m/s；
V為流體速度；
L為探頭之間的距離，m；
θ為速度矢量和探頭取向間所形成的角度。
從式(1)可以看出，從發生器發的超聲波傳到接收器的速度變化與管路內的流體流速成正比。拒此把管道參數置入儀器，采集數據經變換器變換即得到瞬時流量，并得累計流量。
瞬時流量為：
Q=450πLC2Tsinθtanθ（m3/h）
3、超聲波流量計的特點
探頭可裝在被測管道的外壁，實現非接觸式測量，即不干擾流場，又不受流場參數影響。其輸出與流量基本成線性關系，精度一般可達1%，價格不隨管道直徑的增大而增加，特別適合大口徑管道和混有雜質或腐蝕性液體的測量和技術改造。
4、在化工生產中的應用
工藝的排渣系統測渣水流量原設計選用的是電磁流量計，在實際生產中，渣水里含有白色結晶體（小于10g/L，粒徑小于1mm），它將電磁流量計的電極打壞了，這種情況下電磁流量計在此無法使用。根據超聲波流量計的特點，我公司改用北京衡安特XA98-VIII系列時差超聲波流量計。
XA98-VIII型時差超聲流量計是利用超聲波脈沖在通過流體的順逆兩方向上傳播速度之差，來求流體的流量，是在吸收了國內外超聲流量計的眾多優點之上成功開發的新型超聲測流儀表。儀表采用貼片集成電路，低電壓多脈沖發射技術。性能特點：管外測量，探頭貼裝在管壁外側，可在不停產、不停水的情況下安裝測量。抗液體中的氣泡或固體顆粒的能力大大提高。抗變頻干擾與其它噪聲干擾的能力也大大提高。XA98-VIII采用了低功耗設計，使整機功耗小于0.5W。適用范圍寬：一臺儀表可以測量適用范圍內的任何一條管路。信號智能跟蹤 獨特的信號智能跟蹤處理技術，使超聲流量計安裝十分方便，保證了儀表長期可靠的穩定運行。零點自動調整：XA98-VIII型時差超聲流量計利用計算機技術對零點進行動態調整，以確保測量準確度。安裝快捷方便XA98-VIII型時差超聲流量計具有二組參數顯示探頭的安裝狀態，便于儀表的快捷安裝。參數自動修正：XA98-VIII型時差超聲流量計具有溫度和雷諾數自動補償功能，保證儀表測量精度。遠距離數據傳輸：XA98-VIII型時差超聲流量計具有遠程數據顯示輸出（串行），可選配遠程數據顯示器，和主機同步顯示流量和累計流量。傳輸最大距離1.2Km 。儀表配有二路溫度信號輸入，具有熱量計功能。
5、安裝
要使超聲波流量計正常穩定的工作，就要合理的安裝換能器，通常換能器安裝不合理是超聲波流量計不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個問題。確定位置時除保證足夠的上、下游直管段外，尤其要注意換能器盡量避開有變頻調速器、電焊機等污染電源的場合。在安裝方式上，主要有對貼安裝方式和V方Z方式三種。通常情況下，管徑小于300mm時，采用V方式安裝，管徑大于200mm時，采用Z方式安裝。對于即可以用V方式安裝又可以Z方式安裝的換能器，盡量選用Z方式。實踐表明，Z方式安裝的換能器超聲波信號強度高，測量的穩定性也好。
6、定期維護
與其他流量儀表相比，超聲波流量計的維護量是比較小的。對于外貼換能器超聲波流量計，安裝以后無水壓損失，無潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動，與管道之間的粘合劑是否良好即可；插入式超聲波流量計，要定期清理探頭上沉積的雜質、水垢等有無漏水現象；如果是一體式超聲波流量計，要檢查流量計與管道之間的法蘭連接是否良好，并考慮現場溫度和濕度對其電子部件的影響等。我們選用的是外貼換能器超聲波流量計，定期維護工作量相對要小。
7、結束語
更換后的超聲波流量計在渣水流量測量中發揮了它的作用，很好的解決了之前存在的問題。
參考文獻：
關鍵詞：超聲波流量計；特點；安裝；故障
引言
超聲波流量計是一種可以利用非接觸的方法來測量流體流量的儀表。它既可以測量其他儀表不能檢測的非導電介質、放射性、易爆和強腐蝕介質的流量，也可以用于不易觀察和直接接觸的介質流量的測量。它的測量準確度較高，可以不受被測介質的各種參數的干擾，尤其可以解決測量大管徑的液體流量問題。因此超聲波流量計被廣泛應用于環保、油田、水務公司、冶金、發電等行業，而熟悉和掌握超聲波流量計的安裝及常見故障問題處理是解決流量測量準確這一問題的關鍵所在。
1 超聲波流量計的測量原理
超聲波流量計是通過測量流體流動對超聲波產生的信號影響來對流體流量進行測量，其測量原理是利用“時差法”來測量的。
而時差法的測量原理為：一個超聲波探頭發射聲波信號穿過流體介質、管壁到另一側的管壁后，被管壁的另一忍酵方郵盞叫藕牛與此同時，第二個探頭也發射聲波信號被前一個探頭接收到，由于受到流體介質間流速的影響，兩者之間存在一定的時間差Δt，根據公式推算出時間差Δt和流速V之間的轉換關系V=（C2/2L）×Δt，進而可以得到相關的管道內的流量值Q。
2 超聲波流量計的特點
2.1 使用面廣
在發電廠中，用便攜式超聲波流量計測量水輪機進水量、汽輪機循環水量等大管徑流量。超聲波流量計也可用于氣體流量測量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到河流都可適用。多普勒法超聲波流量計可測量雙相介質的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。
2.2 價格適中
因各類超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流，流量儀表成本基本上與被測管道口徑大小無關。從而比起其他類型的流量計，超聲波流量計隨著口徑增大造價大幅度減少，所以，口徑越大，優點越顯著。另外一般流量計隨著測量管徑的增大會帶來制造和運輸上的困難，從而抬高成本和造價，而超聲波流量計在成本和造價方面均可避免。
2.3 維修和安裝方便
安裝時不需要閥門，法蘭、旁通管路等，無論是安裝還是維修，都不需要切斷流體，不會影響管道內流體的正常流通。因此，維修和安裝方便。
2.4 解決測量各種介質流量的難題
超聲波流量測量的準確度幾乎不受被測流體溫度、密度、壓力和粘度等參數的影響。由于超聲波流量計是非接觸式流量儀表，所以，除了用于測量水、石油等一般介質外，還能對非導電介質、放射性、易爆和強腐蝕介質進行流量測量。
3 超聲波流量計探頭的分類及主要安裝方法
3.1 超聲波流量計探頭的種類
常用的超聲波流量計探頭按安裝方式有如下三種：
（1）管段式探頭，安裝時需要切開選定的直管段，采用法蘭連接。產品已經過生產廠家標定，好處是探頭可以在使用企業不用停產的情況下進行維修，其特點是測量的準確度高。（2）插入式探頭，安裝時需用鉆孔工具在使用企業不停產狀態下將探頭插入管線中。特點是能在水中帶氣體或水管內壁結垢情況下實現準確可靠的測量。（3）外夾式探頭，安裝時需將管外壁的預安裝位置用打磨工具打磨光滑后用耦合劑將探頭貼于管外壁再用專用夾緊裝置固定。此類方法能方便地在管壁外進行水流量測量，也適合便攜式流量計。不好的地方是易造成耦合劑的處理不當引起信號接收狀態異常而影響測量的準確性和可靠性。
3.2 超聲波流量計探頭的安裝方法
超聲波流量計傳感器的安裝方法直接關系到水流量測量的運行可靠性、可信度和準確性。
超聲波流量計探頭的安裝位置一般選擇兩個探頭管軸在與管軸水平面成45度夾角處或管道的管軸水平方向上。
超聲波流量計探頭的安裝方法有Z、V、N、W方法。其中N、W方法適用于管徑為50mm以下的管道，因性價比和使用難度原因而被很少用到。常用方法主要有兩種：（1）“Z”方法安裝，“Z”方法安裝一般適用于水介質較差不潔凈、輸水管道管徑較大、管道內壁有水垢或使用“V”方法安裝信號失真較嚴重的情況。一般“Z”方法安裝的可測管徑范圍通常在100mm～600mm，300mm以上管徑的管道選用“Z”方法安裝較適合。安裝探頭時須注意管道軸線與上下游兩探頭在同一平面內，且上游探頭在高位，下游探頭在低位。（2）“V”方法安裝，“V”方法安裝是標準的安裝方法，可測量外管徑范圍為25mm～400mm。安裝探頭時須注意上下游兩探頭水平方向對齊，使其管道軸線與中心連線水平一致。
3.3 超聲波流量計探頭安裝的后續檢查
（1）通過流量計表頭核查上下游端探頭的信號質量和信號強度是否滿足要求，判斷探頭能否接收到流量計表頭工作所需的超聲波信號。（2）主要檢查安裝位置與探頭需要的間距是否合適。（3）與管道外壁結合面的接觸是否光滑，結合是否緊密。
4 超聲波流量計使用中的常見故障與處理方法
4.1 故障表現：外夾式超聲波流量計探頭的信號過低
（1）故障分析：輸水的管道結垢較厚、管道外徑過大超過允許范圍、管道中介質不滿管或探頭選用的安裝方法不合適。（2）處理方法：管道結垢較厚可選用插入式的探頭安裝，對于外管徑過大和管道中介質不滿管可以重新選擇探頭的安裝方法。
4.2 故障表現：流量計儀表在安裝現場的強磁場干擾下無法正常使用
（1）故障分析：有可能是探頭周圍有強磁場干擾、有大功率變頻器、接地線的安裝不合適或流量計的供電電源波動較大。（2）處理方法：將流量儀表安裝在遠離強磁場和大功率變頻器的場地，將流量計表頭正確方法接地，給流量計換裝穩定的電源供電。
4.3 故障表現：流量計的瞬時流量數據波動較大
（1）故障分析：可能由于探頭的安裝位置和管道內氣體的影響使信號強度波動較大，從而使流量數據波動較大。（2）處理方法：首先重新調整探頭的角度和位置，使管道軸線與上下游兩探頭在同一平面內，其次保證探頭的安裝間距準確無誤。如管道內有氣體影響管道內本身流體波動大，也可以重新選擇探頭的安裝位置，但是要確保探頭安裝前10D后5D的安裝要求。
4.4 故障表現：插入式探頭在使用一段時間后出現主機信號降低現象
（1）故障分析：可能管道內或者探頭表面產生水垢、探頭安裝位置改變或者發生偏移、探頭長時間日曬導致信號衰減。（2）處理方法：重新安裝和調整流量計探頭的位置，清潔探頭和管壁上的水垢，若探頭信號已經衰減可重新更換新的探頭。
4.5 故障表現：流量計在開機的情況下無法顯示數據
（1）故障分析：流量計表頭的保險絲已經燒斷或者使用方提供的電源與流量儀表所需要的額定值不符。（2）處理方法：在儀表上檢查保險絲是否已經燒斷，并檢查使用方提供的電源參數是否與流量儀表所規定的額定值相符合。
4.6 故障表現：流量儀表開機后只有背光顯示卻無任何數據顯示
（1）故障分析：此類情況一般為流量儀表本身的內部程序芯片異常所致。（2）處理方法：聯系流量計生產廠家現場檢查故障并處理，如無法現場修理則需寄回廠家檢查并維修。
參考文獻
[關鍵詞]超聲波；流量計；故障；分析；對策
中圖分類號：TD353.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）41-0146-01
超聲流量計是通過檢測流體流動時對超聲束的作用，以測量體積流量的儀表。超聲波流量儀的傳感器是將傳感器直接捆綁在被測管道的外表面，從而實現流量測量的一種安裝方式，解決了其它原理的流量儀在安裝時必須斷管、停產的難題，是超聲波流量儀的基本安裝方式，具有與管徑無關、安裝簡單、無需停產、無壓力損失等特點。超聲波流量計常用的測量方法為傳播速度差法，其基本原理都是測量超聲波脈沖順水流和逆水流時速度之差來反映流體的流速，從而測出流量。它利用聲波在流體中傳播時因流體流動方向不同而傳播速度不同的特點，測量它的順流傳播時間t1和逆流傳播時間t2的差值，從而計算流體流動的速度和流量。
1.超聲波流量計優缺點
1.1 超聲波流量計優點
（1）節約能源。改儀表可以夾裝在測量管道的外表，不接觸流體，所以不干擾流場，沒有壓力損失，因此是一種比較理想的節能儀表。特別是大流量計量時，節能效益更加顯著。（2）特別適合大口徑的流量測量。其它流量計隨著口徑的增加，造價更大幅度增加，而超聲波流量計的造價基本上與被測管道的口徑無關。所以，口徑越大，優點越顯著。（3）解決流量測量的難題。由于超聲波流量計是非接觸式儀表，所以，除了用于測量水、石油等一般介質外，還能對強腐蝕介質、非導電介質，易爆和放射性介質進行流量測量，而且不受流體的壓力、溫度、粘度密度的影響。（4）安裝維修方便，無論是安裝還是維修，都不需要切斷流體，不會影響管道內流體的正常流通。安裝時不需要閥門，法蘭、旁通管路等，因此，安裝方便，費用低。（5）通用性好。其它流量計的儀表結構與管道口徑的大小是密切相關的，口徑改變時，就需要換用不同尺寸的儀表。對超聲波流量計來說，無論是管道尺寸的改變，還是流量測量范圍的變化，都有較大的適應能力。
1.2 超聲波流量計缺點
超聲波流量計是基于集成電路、單片機和自動控制技術的高集成、多功能儀表，先進的控制理論和成熟的電路設計為流量計多種功能的實現奠定了基礎，如果要提高流量的測量精度，必須進一步完善測量線路的設計，提高對聲速的測量。超聲波流量計高度集成的電路設計勢必會提高設計制造的成本與難度，而一旦發生故障，維修難度也相應增加。另外，受超聲波換能器及傳感器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度原始數據不全因素的影響，目前還難以將超聲波流量計應用在高溫介質的流量測量上。
2.常見故障分析
2.1 瞬時流量異常
瞬時流量異常可能是由于溫變壓變、通訊電纜、浪涌保護器、流量計算機等故障引起，需要仔細檢查確認。通過與其它流量計的溫變、壓變上傳通訊線對換，判斷是流量計算機的問題或是現場線路、儀表的問題。以下以A、B超聲波流量計舉例說明，A正常，B異常。
1）儀表及線路故障判斷
把A和B的溫變、壓變通訊線對換后，B的顯示正常，A顯示異常，可判斷A的溫變、壓力通訊線路或儀表存在問題。溫變和壓變都支持HART通訊協議，通過以下方法判斷：斷開二次儀表的電源，用FLUK供電，并檢查二次儀表，如檢測不到或數據異常，判斷是儀表故障，更換儀表恢復正常生產。
如果能夠檢測到儀表值并且顯示正常，那么恢復向現場儀表的24V供電，逐段檢測到流量計算機的通訊電纜如在某段檢測不到信號或信號異常，可以判斷是該段電纜破損，更換該段電纜恢復正常通訊。如果在經過浪涌保護器后信號異常，可判斷是浪涌保護器故障，更換浪涌保護器恢復數據正常傳遞。
2）流量計算機Hart板故障
把A和B的溫變、壓變通訊線對換后，A顯示正常，B顯示異常，說明B的流量計算機故障。檢查流量計算機Hart板LED指示燈狀態，正常情況下是綠色閃爍，如果顯示紅色常亮或不亮等其它狀態，說明溫變和壓變對應的Hart板通道損壞。解決辦法有兩個，一是直接更換Hart板，不用刷新組態；二是更改刷新組態，請技術工程師更改組態，更改溫變和壓變對應Hart板的通道。一般在夏季雷雨天氣下容易出現流量計算機被雷擊損壞的情況，特別是Hart板，更容易損壞，需要格外留意。
2.2 無瞬時流量
1）CPU板故障
CPU板LED指示燈不亮或顯示紅色。檢查方法：筆記本電腦首先安裝相關組態軟件并激活，用網線連接，把筆記本電腦的IP地址更改，建立通訊局域網，下載組態備用。更換使用備用CPU板，把組態刷到備用CPU板中，冷啟動，檢查指示燈狀態。
2）流量計故障
CPU板LED指示燈不亮或顯示紅色，表示流量計與流量計算機之間的通訊異常，需要檢查流量計的超聲換能器和信號放大單元。檢查方法：筆記本電腦安裝相關軟件，通過數據線與流量計的端口相連，通過軟件檢查在帶壓下四個聲道是否有報警，如果是表示所有超聲換能信號全部沒有上傳上來，需要拆卸下表頭，緊固信號放大器，如果信號還傳遞不上去，表示信號放大器損壞，需要更換新的。
如果檢查發現聲道報警、信噪比異常、聲道增益信號異常，可能是聲道換能器損壞或信號放大器損壞，可以通過交叉接線的方法判斷。超聲波流量計的4對聲道分別是A、B、C、D，如果C聲道正常，D聲道異常，把C1與D1、C2與D2分別對換，如果C聲道異常，D聲道正常，表示超聲換能器損壞，可以拆卸、清洗信號放大器，如果仍然異常，則需要更換同型號的超聲換能器；如果C聲道正常，D聲道異常，表示信號放大器損壞，需要更換同型號的信號放大器。
3.結論與認識
流量儀表大都需要適合的測量介質和工況條件為依托方可發揮正確作用，只有優勢而沒有缺點的流量儀表現今是不存在的，合理的選擇儀表對于現場工程師和管理者是至關重要的。在工業裝置中要正確和有效地選擇，使用流量測量方法和儀表，必須熟悉流量儀表和生產過程流體特性這兩方面的技術，同時還應考慮經濟因素。
基于不同原理，適用于不同場合的各種形式的超聲波流量計已相繼出現，其測量準確的優點，也使其成為化工行業測量流速的首選工具。由于超聲波流量計具有抗干擾能力強、測量精度高、無壓損、量程比寬、維護量小等特點，近幾年，得到了大力的應用。在實際生產中，超聲波流量計會出現各種各樣的問題，需要我們做到以下幾個方面：一是結合實際情況，建立合理的維護保養制度，半年對超聲換能器進行檢查，半年使用軟件檢查；二是儲備適量的備件和組態，在出現問題時能夠及時更換更新；三是技術人員需要不斷加強學習，提高自身的技能水平和解決問題的能力。只有這樣，才能最大限度的減少因超聲波流量計故障造成的影響，降低企業運營成本。
參考文獻
