超声波流量计测量原理及其优缺点介绍

超声波流量计测量原理及其优缺点介绍

管段式超声波流量仪表引是以“速度差法”为原理，测量圆管内液体流量的仪表。它采用了先进的多脉冲技术、信号数字化处理技术及纠错技术，使流量仪表更能适应工业现场的环境，计量更方便、经济、准确。产品达到国内外先进水平，可广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。

超声波流量计介绍

定义

超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。

原理

根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。

超声波流量计优缺点

优点:

(1)可做非接触式测量；

(2)为无流动阻挠测量,无压力损失；

(3)可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充；

(4)除带测量管段式外,一般不需要作实流校验；

(5)原理上不受管径限制,其造价基本与管径无关。

缺点:

(1)传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;

(2)多普勒法测量精度不高。

产品特点

特点

◆独特的信号数字化处理技术，使仪表测量信号更稳定、抗干扰能力强、计量更准确。

◆无机械传动部件不容易损坏，免维护，寿命长。

◆电路更优化、集成度高、功耗低、可靠性高。

◆智能化标准信号输出，人机界面友好、多种二次信号输出，供您任意选择。

◆管段式小管径测量经济又方便，测量精度高；手持式超声波流量计F601/G601的技术参数下：测量测量原理:时差相关原理流速: 0.01~25 m/s分辨率: 0.025 cm/s重复性: 0.15%读数，视应用而定精度:(流场充分发展且 径向对称)体积流量: ± 1%读数，视应用而定± 0.5%读数，经过标定流速: ± 0.5%读数，视应用而定可测介质: 所有导声流体, 且气泡或固体颗粒的体积含量<10%主机外壳重量: ~ 1.9kg；防护等级: IP65 (根据EN60529)；材质:铝合金，粉末涂层尺寸: (226 x 213 x 59)mm (WxHx D)通道: 2危险区: Zone 2电源: 充电电池(6V/4Ah); 外接电源(100 ~ 240)VAC电池工作时间: >14h显示: 2 x 16 字符, 点阵, 带背光工作温度: -10 ~ 60℃功耗: < 6W信号平均: (0 ~ 100)s, 可调测量速率: (100 ~ 1000)Hz (1通道)响应时间: 1s (1通道), 70ms可选.测量功能测量量: 体积/ 质量流量, 流速, 能量流量(需温度输入)累积量: 体积, 质量,能量(可选)计算功能: 平均值, 差值, 总和工作语言: 捷克语, 丹麦语, 德语, 英语, 法语, 荷兰语, 挪威语,波兰语, 西班牙语数据记录可记录的参数: 所有测量量及累积量容量: >100000条测量量通讯接口: RS232, RS485(可选)可通讯的参数: 实测值, 记录值, 参数记录软件: FluxData(可选)

功能

: 下载测量值/记录, 图形显示, 格式转换操作系统: WindowsTM ；过程输出(可选)输出与主设备电隔离输出组数视输出类型而定. 更多信息请洽FLEXIM电流范围: (0/4-20) mA精度: 0.1%读数± 15μA有源输出: Rext < 500??无源输出: Uext < 24V, Rext < 1k??电压范围: (0~1) V或(0~10) V精度: 0~1V: 0.1%读数± 1mV0~10V: 0.1%读数± 10mV仪表阻抗: Ri = 500??频率范围: 0~1kHz或0~10kHz集电极开路: 24 V/4mA开关量集电极开路: 24 V/4mA干簧继电器: 48 V/0.1A功能,如状态输出: 上下限, 符号变化或出错脉冲输出: 值: (0.01~1000)units宽度: (80~1000)ms过程输入(可选)输入与主设备电隔离, 最多4组输入.温度类型: Pt100, 四线制范围: -50℃~400℃分辨率: 0.1 K精度: ± (0.02K + 0.1%读数)电流范围: 有源: (0~20)mA无源: (-20~20)mA精度: 0.1%读数± 10 A有源输入: Ri = 50??无源输入: Uext < 24V, Rext < 1k??电压范围: (0~1) V或(0~10) V精度: 0~1V: 0.1%读数± 1mV0~10V: 0.1%读数± 10mV仪表阻抗: Ri= 1M夹装式探头

适用口径: DN6-DN6500适用温度: -30 to 400℃ (适用防爆区)详见下图. 更多资料, 请参阅相关手册.测厚探头(可选)测量范围: (1.0 - 200) mm分辨率: 0.01 mm线性度: 0.1 mm标准型: -20℃ to +60℃高温型: 0℃ to +200℃短时间可达+540℃应用领域

应用概况

1)传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、:怪液、液化天然气等;

(2)气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验;

(3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体。

超声波流量计的新型高性能集成元器件加上先进的SMD贴装器件生产线大规模生产实现的。 40皮秒(40×10E-12秒)的时间分辨率，0.5%的线性度。 低电压多脉冲原理，保证可靠运行。两路0.1%精度的模拟输入，接入温度传感器电流信号，即变成热量计！实现中文显示，软件开放式设计，所有参数用户皆可设定；硬件元件参数无关化设计，无需调整即能确保每一台流量计具有完全相同的性能。主机机型有：便携式、壁挂式、标准盘装式、手持式、一体式。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π管段式。

超声波流量计的主要特点是：流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力损失；能用于任何液体，特别是具有高黏度、强腐蚀，非导电性等性能的液体的流量测量，也能测量气体的流量；对于大口径管道的流量测量，不会因管径大而增加投资；量程比较宽，可达5：1；输出与流量之间呈线性等优点。缺点：当被测液体中含有气泡或有杂音时，将会影响测量精度，故要求变送器前后分别有10D和5D的直管段；此外，结构复杂，成本较高。

测量原理　　当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下列表达式

其中

θ为声束与液体流动方向的夹角

M 为声束在液体的直线传播次数

D 为管道内径

Tup 为声束在正方向上的传播时间

Tdown为声束在逆方向上的传播时间

ΔT=Tup –Tdown

设静止流体中的声速为c，流体流动的速度为u，传播距离为L，当声波与流体流动方向一致时(即顺流方向)，其传播速度为c+u；反之，传播速度为c-u.在相距为L的两处分别放置两组超声波发生器和接收器(T1,R1)和(T2,R2)。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器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，流体的流速比声速小的多，即c>>u,因此两者的时间差为 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，当声波在流体中的传播速度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。利用这个原理进行流量测量的方法称为时差法。此外还可用相差法、频差法等。

常见问题

1、超声波流量计探头使用一段时间，会出现不定期的报警。尤其是输送介质杂质较多时，这种问题会较常见。解决办法：定期清理探头(建议一年清理一次)。

2、超声波流量计输送介质含有水等液体杂质时，流量计引压管容易产生积液，气温较低时会出现引压管冻堵现象，尤其在北方地区冬季较常见。解决办法：对引压管进行吹扫或加电伴热

超声波在传播过程中，由于受介质和介质中杂质的阻碍或吸收，其强度会产生衰减。不论是超声波流量计还是超声波物位计，对所接受的声波强度都有一定要求，所以都要对各种衰减进行抑制。