超聲波流量計

管段式超聲波流量儀表引是以“速度差法”為原理，測量圓管內液體流量的儀表。它采用了先進的多脈沖技術、信號數字化處理技術及糾錯技術，使流量儀表更能適應工業現場的環境，計量更方便、經濟、準確。產品達到國內外先進水平，可廣泛應用于石油、化工、冶金、電力、給排水等領域。

超聲波流量計介紹

定義

　　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。

原理

　　根據對信號檢測的原理超聲波流量計可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。

　　超聲流量計和電磁流量計一樣,因儀表流通通道未設置任何阻礙件,均屬無阻礙流量計,是適于解決流量測量困難問題的一類流量計,特別在大口徑流量測量方面有較突出的優點,近年來它是發展迅速的一類流量計之一。

超聲波流量計優缺點

優點:

　　(1)可做非接觸式測量；

　　(2)為無流動阻撓測量,無壓力損失；

　　(3)可測量非導電性液體,對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充；

　　(4)除帶測量管段式外,一般不需要作實流校驗；

　　(5)原理上不受管徑限制,其造價基本與管徑無關。

缺點:

　　(1)傳播時間法只能用于清潔液體和氣體;而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體;

　　(2)多普勒法測量不高。

　　產品特點

特點

　　◆獨特的信號數字化處理技術，使儀表測量信號更穩定、抗干擾能力強、計量更準確。

　　◆無機械傳動部件不容易損壞，免維護，壽命長。

　　◆電路更優化、集成度高、功耗低、可靠性高。

　　◆智能化標準信號輸出，人機界面友好、多種二次信號輸出，供您任意選擇。

　　◆管段式小管徑測量經濟又方便，測量高；手持式超聲波流量計F601/G601的技術參數如下：測量測量原理:時差相關原理流速: 0.01~25 m/s分辨率: 0.025 cm/s重復性: 0.15%讀數，視應用而定:(流場充分發展且 徑向對稱)體積流量: ± 1%讀數，視應用而定± 0.5%讀數，經過標定流速: ± 0.5%讀數，視應用而定可測介質: 所有導聲流體, 且氣泡或固體顆粒的體積含量<10%主機外殼重量: ~ 1.9kg；防護等級: IP65 (根據EN60529)；材質:鋁合金，粉末涂層尺寸: (226 x 213 x 59)mm (WxHx D)通道: 2危險區: Zone 2電源： 充電電池(6V/4Ah); 外接電源(100 ~ 240)VAC電池工作時間: >14h顯示: 2 x 16 字符, 點陣， 帶背光工作溫度: -10 ~ 60℃功耗: < 6W信號平均: (0 ~ 100)s, 可調測量速率: (100 ~ 1000)Hz (1通道)響應時間: 1s (1通道), 70ms可選.測量功能測量量: 體積/ 質量流量， 流速, 能量流量(需溫度輸入)累積量: 體積, 質量,能量(可選)計算功能: 平均值, 差值, 總和工作語言: 捷克語, 丹麥語, 德語, 英語, 法語, 荷蘭語, 挪威語,波蘭語, 西班牙語數據記錄可記錄的參數: 所有測量量及累積量容量: >100000條測量量通訊接口: RS232, RS485(可選)可通訊的參數: 實測值, 記錄值, 參數記錄軟件: FluxData(可選）

功能

　　: 測量值/記錄, 圖形顯示, 格式轉換操作系統: WindowsTM ；過程輸出(可選)輸出與主設備電隔離輸出組數視輸出類型而定. 更多信息請洽FLEXIM電流范圍: (0/4-20) mA: 0.1%讀數± 15μA有源輸出: Rext < 500??無源輸出: Uext < 24V, Rext < 1k??電壓范圍: (0~1) V或(0~10) V: 0~1V: 0.1%讀數± 1mV0~10V: 0.1%讀數± 10mV儀表阻抗: Ri = 500??頻率范圍: 0~1kHz或0~10kHz集電極開路: 24 V/4mA開關量集電極開路: 24 V/4mA干簧繼電器: 48 V/0.1A功能,如狀態輸出: 上下限, 符號變化或出錯脈沖輸出: 值: (0.01~1000)units寬度: (80~1000)ms過程輸入(可選)輸入與主設備電隔離, 多4組輸入.溫度類型: Pt100, 四線制范圍: -50℃~400℃分辨率: 0.1 K: ± (0.02K + 0.1%讀數)電流范圍: 有源: (0~20)mA無源: (-20~20)mA: 0.1%讀數± 10 A有源輸入: Ri = 50??無源輸入: Uext < 24V, Rext < 1k??電壓范圍: (0~1) V或(0~10) V: 0~1V: 0.1%讀數± 1mV0~10V: 0.1%讀數± 10mV儀表阻抗: Ri= 1M夾裝式探頭

　　適用口徑: DN6-DN6500適用溫度: -30 to 400℃ (適用防爆區)詳見下圖. 更多資料, 請參閱相關手冊.測厚探頭（可選）測量范圍: (1.0 - 200) mm分辨率: 0.01 mm線性度: 0.1 mm標準型: -20℃ to +60℃高溫型: 0℃ to +200℃短時間可達+540℃應用領域

管段式傳感器參數

管段式傳感器外型尺寸

ZR系列超聲波流量計采用的是時差法測量原理。它的高可靠性是積8年的制造經驗加上博采眾長，通過不斷完善提高得到的；是由于采用了新的諸如Philips、Tl、美國國家半導體公司

超聲波流量計

的新型高性能集成元器件加上先進的SMD貼裝器件生產線大規模生產實現的。 40皮秒（40×10E-12秒）的時間分辨率，0.5%的線性度。 低電壓多脈沖原理，保證可靠運行。 兩路0.1%的模擬輸入，接入溫度傳感器電流信號，即變成熱量計！實現中文顯示，軟件開放式設計，所有參數用戶皆可設定；硬件元件參數無關化設計，無需調整即能確保每一臺流量計具有完全相同的性能。 主機機型有：便攜式、壁掛式、標準盤裝式、手持式、一體式。傳感器具有：方便安裝的外縛式、可靠工作的插入式、高可靠高的標準管段式、超高的標準型π管段式。

　　超聲波流量計的主要特點是：流體中不插入任何元件，對流速無影響，也沒有壓力損失；能用于任何液體，特別是具有高黏度、強腐蝕，非導電性等性能的液體的流量測量，也能測量氣體的流量；對于大口徑管道的流量測量，不會因管徑大而增加投資；量程比較寬，可達5：1；輸出與流量之間呈線性等優點。缺點：當被測液體中含有氣泡或有雜音時，將會影響測量，故要求變送器前后分別有10D和5D的直管段；此外，結構復雜，成本較高。

超聲波測量原理

　　超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。根據檢測的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關法等不同類型的超聲波流量計。起聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術迅速發展才開始應用的一種

　　非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯動可進行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動狀態，不產生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產管線運行因而是一種理想的節能型流量計。

　　眾所周知，目前的工業流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題，這是因為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，造價提高、能損加大、安裝不僅這些缺點，超聲波流量計均可避免。因為各類超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關，而其它類型的流量計隨著口徑增加，造價大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比越優越。被認為是較好的大管徑流量測量儀表，多普勒法超聲波流量計可測雙相介質的流量，故可用于水道及排污水等臟污流的測量。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，比過去的皮脫管流速計方便得多。超聲被流量汁也可用于氣體測量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。

　　另外，超聲測量儀表的流量測量準確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數的影響，又可制成非接觸及便攜式測量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量測量問題。另外，鑒于非接觸測量特點，再配以合理的電子線路，一臺儀表可適應多種管徑測量和多種流量范圍測量。超聲波流量計的適應能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計具有上述一些優點因此它越來越受到重視并且向產品系列化、通用化發展，現已制成不同聲道的標準型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應不同介質，不同場合和不同管道條件的流量測量。

　　超聲波流量計目前所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能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的原始數據不全。目前我國只能用于測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計的測量線路比一般流量計復雜。這是因為，一般工業計量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m/s左右，被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量也是10－3數量級．若要求測量流速的準確度為1%，則對聲速的測量準確度需為10-5～10-6數量級，因此必須有完善的測量線路才能實現，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術迅速發展的前題下才能得到實際應用的原因。

　　超聲波流量計由超聲波換嫩氣、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波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，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積儀表算進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。

　　超聲波流量計常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應，采用適出的發射電路把電能加到發射換能器的壓電元件上，使其產生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經壓電元件變為電能，以便檢測。發射換能器利用壓電元件的逆壓電效應，而接收換能器則是利用壓電效應。

　　超聲波流量計換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的10倍，以保證振動的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件故人聲楔中，構成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強度高、耐老化，而且要求超聲波經聲楔后能量損失小即透射系數接近1。常用的聲楔材料是有機玻璃，因為它透明，可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。

超聲流量計的分類

　　● 插入式超聲流量計：可不停產安裝和維護。采用陶瓷傳感器，使用我公司專用鉆孔裝置進行不停產安裝。一般為單聲道測量，為了提高測量準確度，可選擇三聲道。

　　● 管段式超聲流量計：需切開管路安裝，但以后的維護可不停產?？蛇x擇單聲道或三聲道傳感器。

　　● 外夾式超聲流量計：能夠完成固定和移動測量。采用專用耦合劑（室溫固化的硅橡膠或高溫長鏈聚合油脂）安裝，安裝時不損壞管路。

● 便攜式超聲流量計：便攜使用，內置可充電鋰電池，適合移動測量，配接磁性傳感器。

　　1、非接觸式測量方式、體積小、攜帶方便

　　2、適用于現場測量各種尺寸管道導聲介質

　　3、內置鎳氫充電電池工作時間達20小時以上

　　4、用戶界面靈活，使用簡單

　　5、智能型現場打印功能，保證流量數據的完整

　　6、配備一體式鋁合金防護箱，可在野外惡劣環境中使用

　　● 手持式超聲流量計：體積小，重量輕，內置可充電鋰電池，手持使用，配接磁性傳感器。

　　● 防爆型超聲流量計：用于爆炸性環境液體流量測量，為防爆兼本安型。即轉換器為防爆型，傳感器為本質安全型。

超聲波流量計的安裝

　　時差式超聲波流量計是當今世界上具競爭力的流量測量手段，其測量線高于1.0%。由于工業現場特別是管路周圍環境的多樣性，因此，怎樣根據特定的環境安裝調試超聲波流量計，就成了超聲波流量測量領域的一個重要課題，本規程詳解了超聲波流量計的安裝細節，從而進一步完整體現了超聲波流量計的、可靠性和穩定性的優勢，大大降低日后的維護工作甚至免維護。

安裝規程細解

詳細了解現場情況

　　超聲波流量計在安裝之前應了解現場情況，包括：

　　1．安裝傳感器處距主機距離為多少；

　　2．管道材質、管壁厚度及管徑；

　　3．管道年限；

　　4．流體類型、是否含有雜質、氣泡以及是否滿管；

　　5．流體溫度；

　　6．安裝現場是否有干擾源（如變頻、強磁場等）；

　　7．主機安放處四季溫度；

　　8．使用的電源電壓是否穩定；

　　9．是否需要遠傳信號及種類；

　　根據以上提供的現場情況，廠家可針對現場情況進行配置，必要情況下也可特制機型。

選擇安裝位置

　　選擇安裝管段對測試影響很大，所選管段應避開干擾和渦流這兩種對測量影響較大的情況，一般選擇管段應滿足下列條件：

　　1、避免在水泵、大功率電臺、變頻，即有強磁場和震動干擾處安裝機器；

　　2、選擇管材應均勻致密，易于超聲波傳輸的管段；

　　3、要有足夠長的直管段，安裝點上游直管段必須要大于10D（注：D=直徑），下游要大于5D；

　　4、安裝點上游距水泵應有30D距離；

　　5、流體應充滿管道；

　　6、管道周圍要有足夠的空間便于現場人員操作，地下管道需做測試井，測試井如下：

確定探頭安裝方式

　　超聲波流量計一般有兩種探頭安裝方式，即Z法和V法。

　　但是,當D < 200mm而現場情況為下列條件之一者,也可采用Z法安裝：

　　1、當被測量流體濁度高，用V法測量收不到信號或信號很弱時；

　　2、當管道內壁有襯里時；

　　3、當管道使用年限太長且內壁結垢嚴重時；

　　對于管道條件較好者，即使D稍大于200mm，為了提高測量，也可采用V法安裝。

探頭位置確定

　　1、將管道參數輸入儀表，選擇探頭安裝方式，得出安裝距離；

　　2、在水平管道上，一般應選擇管道的中部，避開頂部和底部（頂部可能含有氣泡、底部可能有沉淀）；

　　3、V法安裝：先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點。

　　Z法安裝：先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點，然后測出此點在管道另一側的對稱點。

管道表面處理

　　確定探頭位置之后，在兩安裝點±100mm范圍內，使用角磨砂輪機、銼、砂紙等工具將管道打磨至光亮平滑無蝕坑。

　　要求：光澤均勻，無起伏不平，手感光滑圓潤。需要特別注意，打磨點要求與原管道有同樣的弧度，切忌將安裝點打磨成平面，用酒精或汽油等將此范圍擦凈，以利于探頭粘接。

探頭與儀表接線

　　探頭（傳感器）

　　探頭根據實際測量管道可分三種：

　　S型傳感器(15~100mm)

　　M型傳感器(50~700mm)

　　L型傳感器(300~6000mm)

微調探頭位置

　　接完線后把探頭內部用硅膠注滿，放置半小時，然后用硅膠和卡具把探頭固定到打磨好的管道上（注意探頭方向，引線端向外），然后觀察儀表的信號強度、良度與傳輸時間比，如發現不好，則細微調整探頭位置，直到儀表的信號達到規定的范圍之內：

　?。ㄐ盘枏姸龋阂话銘笥?.5，少數可根據現場具體情況另定。）

　?。ㄐ盘柫级龋旱头逯狄话銥?～14，高峰值一般為25～80。）

　?。▊鬏敃r間比：在100±4范圍之內，此值必須穩定。）

固定探頭

　　儀表信號調整好以后，用所配卡具將探頭固定好，注意不要使鋼絲繩傾斜，以免拉動探頭，使探頭移位，再用硅膠將探頭與管道接觸的四周封住。此膠凝固大約需一天時間，在未干之前必須注意探頭防水。（信號線的外屏蔽線必須可靠接地）。

　　超聲波流量計主要技術指標：

安裝超聲波流量計可按照以下步驟操作：

　　一：觀察安裝現場管道是否滿足直管段前10D后5D以及離泵30D的距離。(D為管道內直徑)

　　二：確認管道內流體介質以及是否滿管。

　　三：確認管道材質以及壁厚(充分考慮到管道內壁結垢厚度)

　　四：確認管道使用年限，在使用10左右的管道，即使是碳鋼材質，也采用插入式安裝。

　　五：前四步驟完成后可確認使用何種傳感器安裝

　　六：開始向表體輸入參數以確定安裝距離。

　　七：非常重要：測量出安裝距離。

　　(1) 外夾式可選安裝傳感器大概距離，然后不斷調試活動傳感器以達到信號和傳輸比的匹配

　　(2) 插入使用專用工具測量管道上安裝點距離，這個距離很重要，它直接影響表的實際測量，所以進行多次測量以求較高。

　　八：安裝傳感器——調試信號——做防水——歸整好信號電纜——清理現場線頭等廢棄物 ——安裝結束——驗收簽字

圖紙分解

超聲波流量計原理圖

　　包括：測量流動通道6，被測量的流體通過其中流動；超聲波換能器8和9，分別設置在沿測量流動通道6彼此相對的上游端和下游端；上游孔眼11和下游孔眼12，用于使超聲波換能器8和9暴露于該測量流動通道6；流體抑制器15，至少鄰近下游孔眼12，用于減少被測量的流體流入孔眼12；第二流體抑制器16，被設置在測量流動通道6的上游端并相對于孔眼11和12，用于減少被測量的流體流入孔眼11和12；測量控制部件19，用于測量超聲波換能器8和9之間的超聲波的傳播時間；及計算部件20，用于根據該測量控制部件19的信號計算流量。為下游孔眼12設置的流體抑制器15包括具有至少一個超聲波傳輸孔22的孔眼密封部件21。因此，有可能穩定超聲波換能器之間的流體，以便增強超聲波的接收水平，從而提高測量和對流量測量的上限值，并減少對于超聲波換能器的驅動輸入。

常見問題

　　1、 超聲波流量計探頭使用一段時間，會出現不定期的報警。尤其是輸送介質雜質較多時，這種問題會較常見。解決辦法：定期清理探頭(建議一年清理)。

　　2、 超聲波流量計輸送介質含有水等液體雜質時，流量計引壓管容易產生積液，氣溫較低時會出現引壓管凍堵現象，尤其在北方地區冬季較常見。解決辦法：對引壓管進行吹掃或加電伴熱

　　超聲波在傳播過程中，由于受介質和介質中雜質的阻礙或吸收，其強度會產生衰減。不論是超聲波流量計還是超聲波物位計，對所接受的聲波強度都有一定要求，所以都要對各種衰減進行抑制。