超聲波流量計

超聲波流量計-金湖奧科儀表有限公司

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超聲波流量計是通過(guò)檢測流體流動(dòng)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流量計可分為傳播速度差法(直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。

超聲流量計和一樣，因儀表流通通道未設置任何阻礙件，均屬流量計，是適于解決流量測量困難問(wèn)題的一類(lèi)流量計，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，它是發(fā)展迅速的一類(lèi)流量計之一。

超聲波流量計采用時(shí)差式測量原理：一個(gè)探頭發(fā)射信號穿過(guò)管壁、介質(zhì)、另一側管壁后，被另一個(gè)探頭接收到，同時(shí)，第二個(gè)探頭同樣發(fā)射信號被個(gè)探頭接收到，由于受到介質(zhì)流速的影響，二者存在時(shí)間差Δt，根據推算可以得出流速V和時(shí)間差Δt之間的換算關(guān)系V=(C2/2L)×Δt，進(jìn)而可以得到流量值Q

2優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

超聲波流量計是一種非接觸式儀表，它既可以測量大管徑的介質(zhì)流量也可以用于不易接觸和觀(guān)察的介質(zhì)的測量。它的測量準確度很高，幾乎不受被測介質(zhì)的各種參數的干擾，尤其可以解決其它儀表不能的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測量問(wèn)題。

缺點(diǎn)

現今所存在的缺點(diǎn)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(xiàn)路比一般流量計復雜。這是因為，一般工業(yè)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(xiàn)路才能實(shí)現，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實(shí)際應用的原因。

超聲波流量計由、電子線(xiàn)路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線(xiàn)路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現了流量的檢測和顯示。

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(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)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(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔?，以便檢測。發(fā)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(dòng)。薄片直徑超過(guò)厚度的10倍，以保證振動(dòng)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(chēng)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(jīng)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(guān)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。

3特點(diǎn)功能

◆的信號數字化處理技術(shù)，使儀表測量信號更穩定、抗力強、計量更準確。

◆無(wú)機械傳動(dòng)部件不容易損壞，免維護，壽命長(cháng)。

◆電路更優(yōu)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(jīng)濟又方便，測量精度高。

手持式超聲波流量計F601/G601的技術(shù)參數如下：

測量原理:時(shí)差相關(guān)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(chǎng)充分發(fā)展且徑向對稱(chēng)體積流量: ± 1%讀數，視應用而定± 0.5%讀數， 經(jīng)過(guò)標定流速: ± 0.5%讀數，視應用而定 可測介質(zhì): 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(zhì):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(shí)間: >14h 顯示: 2 x 16 字符,點(diǎn)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(shí)間: 1s (1通道), 70ms可選.測量功能測量量: 體積質(zhì)量流量, 流速, 能量流量(需溫度輸入)累積量: 體積, 質(zhì)量,能量(可選)計算功能: 平均值, 差值, 總和工作語(yǔ)言: 捷克語(yǔ), 丹麥語(yǔ), 德語(yǔ), 英語(yǔ), 法語(yǔ), 荷蘭語(yǔ), 挪威語(yǔ),波蘭語(yǔ), 西班牙語(yǔ)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(shí)測值, 記錄值, 參數記錄軟件: FluxData(可選）

可做非接觸式測量

無(wú)流動(dòng)阻撓測量,無(wú)壓力損失

可測量非導電性液體

量程比寬，用途廣泛

多種功能主機，攜帶方便

功能

下載測量值/記錄, 圖形顯示, 格式轉換操作系統: WindowsTM ；過(guò)程輸出(可選)輸出與主設備電隔離輸出組數視輸出類(lèi)型而定. 更多信息請洽FLEXIM電流范圍: (0/4-20) mA精度: 0.1%讀數± 15μA有源輸出: Rext < 500??無(wú)源輸出: Uext < 24V, Rext < 1k??電壓范圍: (0~1) V或(0~10) V精度: 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(kāi)路: 24 V/4mA開(kāi)關(guān)量集電極開(kāi)路: 24 V/4mA干簧繼電器: 48 V/0.1A功能,如狀態(tài)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(guò)程輸入(可選)輸入與主設備電隔離, 最多4組輸入.溫度類(lèi)型: Pt100, 四線(xiàn)制范圍: -50℃~400℃分辨率: 0.1 K精度: ± (0.02K + 0.1%讀數)電流范圍: 有源: (0~20)mA無(wú)源: (-20~20)mA精度: 0.1%讀數± 10 A有源輸入: Ri = 50??無(wú)源輸入: Uext < 24V, Rext < 1k??電壓范圍: (0~1) V或(0~10) V精度: 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(jiàn)下圖. 更多資料, 請參閱相關(guān)手冊.測厚探頭（可選）測量范圍: (1.0 - 200) mm分辨率: 0.01 mm線(xiàn)性度: 0.1 mm標準型: -20℃ to +60℃高溫型: 0℃ to +200℃短時(shí)間可達+540℃應用領(lǐng)域

4概況：

1. 傳播時(shí)間法應用于清潔、單相液體和氣體。典型應用有工廠(chǎng)排放液、:怪液、液化天然氣等;

2. 氣體應用方面在高壓天然氣領(lǐng)域已有使用良好的經(jīng)驗;

3. 多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠(chǎng)排放液、臟流程液;通常不適用于非常清潔的液體。

5注意事項

超聲波流量計正確選型才能保證超聲波流量計更好的使用。選用什么種類(lèi)的超聲波流量計應根據被測流體介質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)來(lái)決定?使超聲波流量計的通徑、流量范圍、襯里材料、電極材料和輸出電流等?都能適應被測流體的性質(zhì)和流量測量的要求。

1、精密功能檢查

精度等級和功能根據測量要求和使用場(chǎng)合選擇儀表精 度等級，做到經(jīng)濟合算。比如用于貿易結算、產(chǎn)品交接和能源計量的場(chǎng)合，應該選擇精度等級高些，如1.0級、0.5級，或者更高等級; 用于過(guò)程控制的場(chǎng)合，根據控制要求選擇不 同精度等級;有些僅僅是檢測一下過(guò)程流量，無(wú)需做精確控制和計量的場(chǎng)合，可以選擇精度等級稍低的，如1.5級、2.5級，甚至 4.0級，這時(shí)可以選用價(jià)格低廉的插入式超聲波流量計。

2、可測量的介質(zhì)

測量介質(zhì)流速、儀表量程與口徑 測量一般的介質(zhì)時(shí)，超聲波流量計的滿(mǎn)度 流量可以在測量介質(zhì)流速0.5—12m/s范圍內 選用，范圍比較寬。選擇儀表規格(口徑)不一 定與工藝管道相同，應視測量流量范圍是否 在流速范圍內確定，即當管道流速偏低，不能滿(mǎn)足流量?jì)x表要求時(shí)或者在此流速下測量準 確度不能保證時(shí)，需要縮小儀表口徑，從而提 高管內流速，得到滿(mǎn)意測量結果。

應用領(lǐng)域

6參數介紹

管段式傳感器參數

7外型尺寸

管段式傳感器外型尺寸

8測量原理

當超聲波束在液體中傳播時(shí)，液體的流動(dòng)將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時(shí)間的變化正比于液體的流速，其關(guān)系符合下列表達式

其中

θ為聲束與液體流動(dòng)方向的夾角

M 為聲束在液體的直線(xiàn)傳播次數

D 為管道內徑

Tup 為聲束在正方向上的傳播時(shí)間

Tdown為聲束在逆方向上的傳播時(shí)間

ΔT=Tup –Tdown

設靜止流體中的聲速為c，流體流動(dòng)的速度為u，傳播距離為L(cháng)，當聲波與流體流動(dòng)方向一致時(shí)（即順流方向），其傳播速度為c+u；反之，傳播速度為c-u.在相距為L(cháng)的兩處分別放置兩組超聲波和接收器（T1,R1）和（T2,R2）。當T1順?lè )较?，T2逆方向發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波分別到達接收器R1和R2所需要的時(shí)間為t1和t2,則

t1=L/(c+u)； t2=L/(c-u)

由于在工業(yè)管道中，流體的流速比聲速小的多，即c>>u,因此兩者的時(shí)間差為 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，當聲波在流體中的傳播速度c已知時(shí)，只要測出時(shí)間差▽t即可求出流速u(mài)，進(jìn)而可求出流量Q。利用這個(gè)原理進(jìn)行流量測量的方法稱(chēng)為時(shí)差法。此外還可用相差法、頻差法等

 超聲波流量計

如果超聲波發(fā)射器發(fā)射連續超聲脈沖或周期較長(cháng)的脈沖列，則在順流和逆流發(fā)射時(shí)所接收到的信號之間便要產(chǎn)生相位差▽O,即▽O=w▽t=2wLu/cc

式中，w為超聲波角頻率。當測得▽O時(shí)即可求出u,進(jìn)而求得流量Q。此法用測量相位差▽O代替了測量微小的時(shí)差▽t，有利于提高測量精度。但存在者聲速c對測量結果的影響。

為了消除聲速c的影響，常采用頻差法。由前可知，上、下游接收器接受到的超聲波的頻率之差為▽f可用下式表示 ▽f=[（c+u）/L]-[(c-u)/L]=2u/L

由此可知，只要測得▽f就可求得流量Q，并且此法與聲速無(wú)關(guān)超聲波技術(shù)及其應用一、沒(méi)測量水位概況

水電站多采用浮子式液位計或投入式液位計來(lái)進(jìn)行水位測量。其缺點(diǎn)為：測量精度低，不可靠，經(jīng)常出現浮子卡死不動(dòng)和傳感器堵塞導致測不準；維護工作量大，安裝、調試不便，采集到的僅是模擬告警信號，不能直接進(jìn)入電廠(chǎng)計算機監控系統。對無(wú)人值班電廠(chǎng)不實(shí)用。

通過(guò)對攔污柵水位測量系統進(jìn)行了反復對比，優(yōu)化得出最后的方案設計，采用超聲波液位計對柵前、柵后水位進(jìn)行實(shí)時(shí)準確監測，超聲波液位計用PLC對采集量進(jìn)行處理。并且把實(shí)時(shí)水位和壓差數據送到中控室，超聲波液位計顯示和越限報警。超聲波液位計同時(shí)采用RS422，又把實(shí)時(shí)數據送到大壩集中控制室工控機，處理成計算機通信報文，最終將采集量送到電廠(chǎng)計算機監控系統上位機。

該項目實(shí)施后不僅滿(mǎn)足欄污柵柵前、柵后水位及壓差的多點(diǎn)實(shí)時(shí)監測，及報警功能，而且結束了攔污柵測量系統獨立工作，無(wú)法與電廠(chǎng)計算機監控系統通訊的局面。實(shí)現與閘門(mén)系統的監視功能、控制功能以及故障時(shí)ON-CALL尋呼系統功能的集成。滿(mǎn)足了無(wú)人值班電站的需要。該技術(shù)在云南省電力系統還是。

1. 超聲波液位計測量水位的原理以及安裝要求

超聲波液位計工作時(shí)，高頻脈沖聲波由換能器（探頭）發(fā)出，遇被測物體（水面）表面被反射，折回的反射回波被同一換能器（探頭）接收，轉換成電信號。脈沖發(fā)送和接收之間的時(shí)間（聲波的與換能器到物體表面的距離成正比，聲波傳輸的距離S與聲速C和傳輸時(shí)間T之間的關(guān)系可以用公式表示：S=　CⅩT/2

例如：聲速C=344m/s，傳輸時(shí)間為50ms，即可算出傳輸的距離為17.2m，測定距離為8.6m。

三．可編程超聲波式攔污柵水位測量系統在田壩電站應用產(chǎn)生的效果

用超聲波液位計測量大壩水位在當今國內尚不普遍，技術(shù)上尚無(wú)經(jīng)驗可以借鑒。在這樣的情況下，我們充分利用PLC與超聲波液位計這一領(lǐng)域的*技術(shù)，按照長(cháng)遠考慮，一次到位，避免重復改造，重復投資的這一原則，對該項目進(jìn)行自行設計，全面順利地完成了這一課題。在該領(lǐng)域取得了較有價(jià)值的經(jīng)驗。為目前我國國內水電站實(shí)現對大壩水位監測系統提供了一個(gè)可以借鑒的范例。

9原理

超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息。因此通過(guò)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(guān)法等不同類(lèi)型的超聲波流量計。超聲波流量計是近十幾年來(lái)隨著(zhù)集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開(kāi)始應用的一種

非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀(guān)察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯(lián)動(dòng)可進(jìn)行敞開(kāi)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(huì )改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線(xiàn)運行因而是一種理想的節能型流量計。

，工業(yè)流量測量普遍存在著(zhù)大管徑、大流量測量困難的問(wèn)題，這是因為一般流量計隨著(zhù)測量管徑的增大會(huì )帶來(lái)制造和運輸上的困難，造價(jià)提高、能損加大、安裝不僅這些缺點(diǎn)，超聲波流量計均可避免。因為各類(lèi)超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價(jià)基本上與被測管道口徑大小無(wú)關(guān)，而其它類(lèi)型的流量計隨著(zhù)口徑增加，造價(jià)大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計比相同功能其它類(lèi)型流量計的功能價(jià)格比越*。被認為是較好的大管徑，多普勒法超聲波流量計可測雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。在發(fā)電廠(chǎng)中，用測量水輪機進(jìn)水量、汽輪機循環(huán)水量等大管徑流量，比過(guò)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，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?jì)x表，故可解決其它類(lèi)型儀表所難以測量的強、非導電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測量問(wèn)題。另外，鑒于非接觸測量特點(diǎn)，再配以合理的電子線(xiàn)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(yōu)點(diǎn)因此它越來(lái)越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)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(zhì)，不同場(chǎng)合和不同管道條件的流量測量。

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