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時(shí)間：2022-07-23 14:41:59
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隨著電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和聲楔材料等技術(shù)的發(fā)展，利用超聲波脈沖測(cè)量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快?；诓煌恚m用于不同場(chǎng)合的各種形式的超聲波流量計(jì)已相繼出現(xiàn)，其測(cè)量準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，也使其成為化工行業(yè)測(cè)量流速的首選工具。
1.超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理
超聲流量計(jì)是通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)時(shí)對(duì)超聲束的作用，以測(cè)量體積流量的儀表。超聲波流量?jī)x的傳感器是將傳感器直接捆綁在被測(cè)管道的外表面，從而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的一種安裝方式，解決了其它原理的流量?jī)x在安裝時(shí)必須斷管、停產(chǎn)的難題，是超聲波流量?jī)x的基本安裝方式，具有與管徑無(wú)關(guān)、安裝簡(jiǎn)單、無(wú)需停產(chǎn)、無(wú)壓力損失等特點(diǎn)。超聲波流量計(jì)常用的測(cè)量方法為傳播速度差法，其基本原理都是測(cè)量超聲波脈沖順?biāo)骱湍嫠鲿r(shí)速度之差來(lái)反映流體的流速，從而測(cè)出流量。它利用聲波在流體中傳播時(shí)因流體流動(dòng)方向不同而傳播速度不同的特點(diǎn),測(cè)量它的順流傳播時(shí)間t1和逆流傳播時(shí)間t2的差值,從而計(jì)算流體流動(dòng)的速度和流量。設(shè)流體中聲速為c，流體流動(dòng)速度為v，把一組換能器P1、P2與管渠軸線安裝成?茲角，換能器的距離為L(zhǎng)。從P1到P2順流發(fā)射時(shí)，聲波傳播時(shí)間t1為：t1=L/(c+vcos?茲)從P2到P1逆流發(fā)射時(shí)，聲波的傳播時(shí)間t2為：t2=L/(c+vcos?茲)
超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)流體中，吸收器吸收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。傳感器具有：方便安裝的外縛式、可靠工作的插入式、高可靠高精度的標(biāo)準(zhǔn)管段式、超高精度的標(biāo)準(zhǔn)型?仔管段式。超聲波流量計(jì)的重要特點(diǎn)是：流體中不插入任何元件，對(duì)流速無(wú)影響，也沒(méi)有壓力喪失；能用于任何液體，特別是具有高黏度、強(qiáng)腐化，非導(dǎo)電性等性能的液體的流量測(cè)量。
2.超聲波流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況
在相距為L(zhǎng)的兩處放置兩組超聲波產(chǎn)生器和吸收器（T1，R1）和（T2，R2）。當(dāng)T1順?lè)较颍琓2逆方向發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波分辨達(dá)到吸收器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，因此兩者的時(shí)間差為t=t2-t1=2Lu/cc由此可知，當(dāng)聲波在流體中的流傳速度c已知時(shí)，只要測(cè)出時(shí)間差t即可求出流速u，進(jìn)而可求出流量Q。
3.超聲波流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)管理
3.1是傳播時(shí)間法只能用于清潔液體和氣體，不能測(cè)量懸浮顆粒和氣泡超過(guò)某一范圍的液體，外夾裝換能器不能用于襯里或結(jié)垢太厚的管道。一般均安裝于水平、傾斜或垂直管道，垂直管道最好選擇自下而上流動(dòng)的場(chǎng)所，以防止測(cè)量點(diǎn)出現(xiàn)非滿管流。
3.2是流體運(yùn)行流速不能過(guò)低，過(guò)低的流速會(huì)使離散體分布不均勻。若測(cè)量管水平安裝，氣體會(huì)浮升在頂部流動(dòng)，顆粒會(huì)沉淀于底部。最低流速通常為0.1-0.6m／s。
2超聲波流量計(jì)選型的注意事項(xiàng)
超聲波流量計(jì)選型工作較為復(fù)雜，關(guān)注的內(nèi)容包括：被測(cè)的介質(zhì)類別、儀表的性能和參數(shù)、換能器的類型、功能及適用的范圍、聲道的設(shè)置、前后的直管段長(zhǎng)度的要求等等。選型應(yīng)當(dāng)注意以下幾個(gè)方面：一是要了解被測(cè)對(duì)象的現(xiàn)場(chǎng)情況和物理的特性；二是其信號(hào)的處理單元必須適合戶外、爆炸、危險(xiǎn)性等類型的場(chǎng)所進(jìn)行安裝，防爆和防護(hù)的等級(jí)必須符合現(xiàn)場(chǎng)的要求。二是換能器的前后應(yīng)有一定長(zhǎng)度的直管段，從而確保流體流速的分布，通過(guò)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(nèi)，不可以安裝閥、泵等擾動(dòng)設(shè)備。三是換能器要安裝于傾斜及水平的管道上的時(shí)候，不能裝于上部或者底部，避免管道中的氣體或者雜質(zhì)進(jìn)到測(cè)量的聲道當(dāng)中。四是換能器安裝必須使超聲波的傳播路徑經(jīng)過(guò)管道的中心。四是要區(qū)分被測(cè)對(duì)象進(jìn)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(jì)在石化行業(yè)計(jì)量中的應(yīng)用
3.1用時(shí)差法超聲波流量計(jì)來(lái)測(cè)量成品油超聲波流量計(jì)可以進(jìn)行多聲道進(jìn)行測(cè)量；能通過(guò)報(bào)警功能和智能檢定軟件診斷來(lái)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行的狀態(tài)；能對(duì)各聲道自動(dòng)增益進(jìn)行調(diào)節(jié)；能夠測(cè)量出各聲道流速的分布、進(jìn)行第一聲道聲速的計(jì)算，從而校正旋渦流、橫向流及不對(duì)稱流；在被測(cè)的液體密度和粘度發(fā)生變化的時(shí)候，能通過(guò)聲速的測(cè)量來(lái)反推油品密度和粘度，從而利用超聲波流量計(jì)替替代密度計(jì)，解決處理混油段技術(shù)。
3.2標(biāo)準(zhǔn)體積管實(shí)流標(biāo)定超聲波流量技術(shù)雙向標(biāo)準(zhǔn)體積管屬于標(biāo)準(zhǔn)容積式的機(jī)械設(shè)備類型，在U型的標(biāo)準(zhǔn)管段的進(jìn)口和出口裝著檢測(cè)開(kāi)關(guān)兩（或四）個(gè)，排液球或活塞一個(gè)。觸動(dòng)首個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，排液球進(jìn)到標(biāo)準(zhǔn)段；排液球觸動(dòng)第二個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，則離開(kāi)了標(biāo)準(zhǔn)段。超聲波流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量的原理說(shuō)明，其脈沖與真實(shí)的流速（或流量）會(huì)有固定的延時(shí)。然而管道中流體的擾動(dòng)很復(fù)雜，會(huì)包括多次擾動(dòng)的渦流及非軸向的速度成分。超聲波流量計(jì)沿一或多個(gè)采樣的聲道，通過(guò)發(fā)射器與接收器的正反向的時(shí)差，可以檢測(cè)、推導(dǎo)、計(jì)算出流體的流速。
相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)技術(shù)新型天然氣超聲波計(jì)量技術(shù)具有更高的準(zhǔn)確度，但是這種計(jì)量技術(shù)的計(jì)量結(jié)果也會(huì)受到一定因素的影響，為了保證獲得準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果本文將對(duì)影響計(jì)量結(jié)果的因素進(jìn)行分析，并且探討實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題。
一、天然氣流量計(jì)量中氣體超聲波流量計(jì)的應(yīng)用
天然氣流量計(jì)量主要是通過(guò)多參數(shù)測(cè)量實(shí)現(xiàn)的，并且還需要設(shè)置相應(yīng)的流量比對(duì)裝置以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。為了進(jìn)一步保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性，將一套標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)與氣體超聲波流量計(jì)進(jìn)行串聯(lián)運(yùn)行。選用的氣體超聲波流量計(jì)為四聲道，具有300mm內(nèi)徑，流量范圍是240~6405m3/h。
（一）氣體超聲波流量計(jì)準(zhǔn)確度與超聲的關(guān)系
表1閥門1控制流量、閥門2全開(kāi)時(shí)氣體超聲波流量計(jì)的運(yùn)行氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度會(huì)受到被測(cè)介質(zhì)內(nèi)部噪聲的影響。如果采用氣體超聲波流量計(jì)這種方法來(lái)控制流量的大小，那么其節(jié)流的聲音與流量的增加是成正比的關(guān)系，標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)與氣體超聲波流量計(jì)之間的相對(duì)誤差就會(huì)加大，這就會(huì)發(fā)生這兩種流量計(jì)所計(jì)算出來(lái)的流量嚴(yán)重不相符。當(dāng)閥門1全部打開(kāi)的時(shí)候，在閥門2控制流量大小的情況下，氣體超聲波流量計(jì)的信噪會(huì)相對(duì)比較大，標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)和氣體超聲波流量計(jì)之間則會(huì)具有相對(duì)固定的誤差。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1和表2。根據(jù)表1和表2可知，如果由上游閥門1節(jié)流，氣體超聲波流量計(jì)信噪就會(huì)比上游閥門全開(kāi)時(shí)低，這是因?yàn)楫?dāng)上游閥門在進(jìn)行節(jié)流的過(guò)程中，人類無(wú)法聽(tīng)到的高頻聲波和人類可以聽(tīng)到的聲音將會(huì)同時(shí)產(chǎn)生，如果聲波頻率與氣體超聲波流量計(jì)量的工作頻率無(wú)限度相似的時(shí)候，那么就會(huì)造成氣體超聲波流量計(jì)信噪比的減小，這樣流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度就會(huì)受到影響。
（二）氣體超聲波流量計(jì)與流態(tài)的關(guān)系
根據(jù)GB/T18604-2001《用氣體超聲博流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》中的相關(guān)規(guī)定，氣體超聲波流量計(jì)的上游直管段至少具有10D、下游直管段至少具有5D，其目的就是確保符合對(duì)稱紊流速度分布要求的天然氣流態(tài)可以進(jìn)入流量計(jì)。空間彎頭和計(jì)量管路中閥門對(duì)天然氣的速度分布會(huì)有直接影響，從而使測(cè)量的準(zhǔn)確度有所降低。氣體超聲波流量計(jì)的升到分布示意圖如圖3，四個(gè)聲道沿管道橫截面由上至下分布。管道中氣體的平均流速可以通過(guò)氣體超聲波流量計(jì)加權(quán)平均各個(gè)聲道測(cè)得的流速獲得。在閥門1節(jié)流、閥門1全開(kāi)測(cè)得的氣體流態(tài)在管道中分布情況如表3和表4所示。根據(jù)圖1、表4、表5可知，在閥門1節(jié)流的情況下，通過(guò)超聲波A、D聲道流速大于B、C通道流速可知，天然氣在管道中的流速分布不均勻程度會(huì)隨著流量增大而增大。隨著流量的增大管道內(nèi)氣體的分布逐漸代替分布，換句話說(shuō)，管道中心氣體的流速小于管道壁的氣體流速，當(dāng)全部打開(kāi)上游氣流的閥門的時(shí)候，不會(huì)阻擋氣流，管道內(nèi)的氣體流速不會(huì)隨著流量的增加而產(chǎn)生較大的變化。當(dāng)閘閥沒(méi)有完全開(kāi)啟的時(shí)候，天然氣的經(jīng)過(guò)會(huì)受到閥門閘板的阻擋，產(chǎn)生不對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)氣流，這實(shí)際上是漩渦流的發(fā)展前兆。
（三）氣體超聲波流量計(jì)與氣質(zhì)的關(guān)系
氣體超聲波流量計(jì)在我國(guó)發(fā)展較晚，所以還沒(méi)有在真正全面認(rèn)識(shí)其實(shí)際工作性能。一般情況下來(lái)講，在進(jìn)行氣體超聲波流量計(jì)的過(guò)程中，對(duì)其氣質(zhì)條件并沒(méi)有嚴(yán)格的要求，工業(yè)環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)氣體的大多數(shù)清潔均質(zhì)液體或不含大濃度懸浮粒子的流量測(cè)量。在用氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量天然氣的過(guò)程中，如果天然氣當(dāng)中含有大量的粉塵、霧狀液滴和飽和水蒸氣的時(shí)候，就應(yīng)該充分考慮到氣質(zhì)條件可能帶來(lái)的影響。最初，筆者發(fā)現(xiàn)相較于標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)這種方法而言，氣體超聲波流量計(jì)的流量測(cè)量結(jié)果相對(duì)偏高。通過(guò)對(duì)氣體超聲波流量計(jì)進(jìn)行診斷的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，處于非工作狀態(tài)下的D聲道很容易被飽和天然氣所凝析出來(lái)的液體淹沒(méi)，從而影響了換能器的正常運(yùn)作。當(dāng)排除積存在管道內(nèi)的液體的時(shí)候，超聲波流量計(jì)就可以恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。在一個(gè)聲道發(fā)生故障時(shí)多聲道氣體超聲波流量計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)算，進(jìn)而造成流量計(jì)的流量輸出略高于正常情況。能夠影響氣體超聲波流量計(jì)工作性能的還包括天然氣中的粉塵，例如當(dāng)上游某個(gè)氣體處理廠沒(méi)有正常開(kāi)機(jī)時(shí)，分子篩中的粉塵會(huì)隨著氣體超聲波流量計(jì)的工作流程而帶入進(jìn)來(lái)，這樣就很容易在底部的換能器處造成粉塵堆積的現(xiàn)象，影響氣體超聲波流量計(jì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
二、應(yīng)用氣體超聲波流量計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)重視的問(wèn)題
（一）科學(xué)選型
一般情況下，型號(hào)不同的流量計(jì)，其測(cè)量的范圍也是不同的，實(shí)際生產(chǎn)生活中涉及到的超聲波流量計(jì)的測(cè)量范圍都較為寬廣，最大流量通常是最小流量的三十倍。利用測(cè)量天然氣的流速確定天然氣流量是氣體超聲流量計(jì)的工作原理，2.7~27m/s是其理想的工作范圍，氣體超聲波流量計(jì)要想保證檢測(cè)準(zhǔn)確度就應(yīng)當(dāng)將工作流速控制在這個(gè)范圍內(nèi)。如果天然氣流量比氣體超聲波流量計(jì)的流量拐點(diǎn)低時(shí)，就會(huì)在一定程度上降低氣體超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確性，造成增大誤差的后果。而在天然氣流速過(guò)高的情況下，超聲波信號(hào)無(wú)法被換能器檢查到，進(jìn)而造成計(jì)量故障問(wèn)題。因此，進(jìn)行超聲波氣體流量計(jì)選型時(shí)，應(yīng)當(dāng)正確掌握管道中天然氣的流速，防止超底限或超高限運(yùn)行情況的產(chǎn)生。選擇氣體超聲波流量計(jì)時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)是否存在聲波干擾源進(jìn)行充分考慮，其中主要指的是消音設(shè)備、大壓差減壓設(shè)備、高速度等能夠產(chǎn)生超聲波信號(hào)的設(shè)備。人們耳朵能夠聽(tīng)見(jiàn)的聲波通過(guò)消音設(shè)備能夠轉(zhuǎn)化為聽(tīng)不到的聲波，一旦氣體超聲波流量計(jì)工作頻率接近消音設(shè)備的超聲波頻率或減壓設(shè)備的超高頻噪聲，那么超聲波流量計(jì)就會(huì)無(wú)法正常工作。所以應(yīng)當(dāng)盡量避免在能夠產(chǎn)生影響流量計(jì)聲波場(chǎng)合，安裝和選用氣體超聲波流量計(jì)[1]。
（二）嚴(yán)格安裝
設(shè)置氣體超聲波流量計(jì)上下游直管段的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分執(zhí)行相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，其中上游直管段和下游直管段應(yīng)當(dāng)分別大于10D和5D，并且還應(yīng)當(dāng)安裝流動(dòng)調(diào)整器解決安裝條件受測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)限制的問(wèn)題。同時(shí)安裝氣體超聲流量計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)保持水平方向，這樣就能夠有效測(cè)量含液較多的天然氣，還要嚴(yán)格根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行氣體超聲波流量計(jì)和計(jì)量管段的安裝，以保證氣流就能夠?qū)⑻烊粴饽龀鰜?lái)的液體帶走，防止超聲波流量計(jì)存在液體堆積問(wèn)題。如果固體粉塵含量較大額天然氣，就應(yīng)當(dāng)將在上游直管段加設(shè)過(guò)濾器，避免因換能器表面堆積沉積物而產(chǎn)生故障[2]。
（三）科學(xué)維護(hù)
在使用氣體超聲波流量計(jì)的過(guò)程中，需要進(jìn)行維護(hù)的情況少之又少，但如果計(jì)量氣體氣質(zhì)較差那么就需要對(duì)氣體超聲波流量計(jì)的換能器進(jìn)行及時(shí)清洗，并對(duì)換能器表面是否存在水溝和雜質(zhì)進(jìn)行檢查。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)關(guān)注有無(wú)泄漏存在于氣體超聲波流量計(jì)的各連接件中，鏈接線路是否正常以及檢測(cè)零流量是否準(zhǔn)確等等。
（四）定期診斷測(cè)試
一旦氣體超聲波流量計(jì)產(chǎn)生流量突變的情況，就應(yīng)當(dāng)運(yùn)用其他與氣體超聲波流量計(jì)串聯(lián)運(yùn)行的流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)校核，確定顯示天然氣流量變化的真正原因。對(duì)于沒(méi)有其他流量計(jì)作比對(duì)的情況，就應(yīng)當(dāng)通過(guò)氣體超聲波流量計(jì)的診斷軟件對(duì)各個(gè)換能器的工作參數(shù)進(jìn)行全面檢查，進(jìn)而了解異常參數(shù)值是否存在。對(duì)于使用超聲波流量計(jì)較多的情況，應(yīng)當(dāng)將便攜外夾式超聲波流量計(jì)作為首選，這樣能夠隨時(shí)校核固定安裝的超聲波流量計(jì)[3]。
結(jié)束語(yǔ)：
新型天然氣超聲波流量計(jì)量技術(shù)作為一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，已經(jīng)得到人們的廣泛認(rèn)可和運(yùn)用。但是在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中仍然要充分考慮影響計(jì)量過(guò)程的相關(guān)因素，并通過(guò)采取相應(yīng)的措施獲得最準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果。
參考文獻(xiàn)：
[1]申思,申云廷.超聲波在天然氣流量計(jì)量中的應(yīng)用[J].城市燃?xì)?2014,(09):11-15.
Abstract: In the natural gas project, the general to used the time ultrasonic flowmeter. Noise, the fluid flow pattern and gas the temperament are the impact of factors to measure the ultrasonic flowmeter. Ultrasonic flowmeter should be noted that the correct selection and reasonable installation. Key words: ultrasonic; natural gas; velocity
中圖分類號(hào)：O657.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
1引言
超聲波流量計(jì)用于流體的流速測(cè)量有許多優(yōu)點(diǎn)。和傳統(tǒng)的機(jī)械式流量?jī)x表、電磁式流量?jī)x表相比，超聲波流量計(jì)的計(jì)量精度高、對(duì)管徑的適應(yīng)性強(qiáng)、非接觸流體、使用方便、易于數(shù)字化管理等等。近年來(lái)，由于電子技術(shù)的發(fā)展，電子元?dú)饧某杀敬蠓认陆?，使得超聲波流量?jī)x表的制造成本大大降低，超聲波流量計(jì)也開(kāi)始普及起來(lái)。
超聲波流量計(jì)有多種分類方法，根絕測(cè)量原理的不同，可以分為多普勒式和時(shí)差式。
多普勒式一般用于測(cè)量含有適量能反射超聲波信號(hào)的顆粒或氣泡的流體，如工廠排放液、未處理的污水、雜志含量穩(wěn)定的工廠過(guò)程液等。它對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求比較苛刻，即不能是潔凈水，同時(shí)雜技含量要相對(duì)穩(wěn)定，才可以正常測(cè)量，而且不同廠家的儀表性能及對(duì)被測(cè)廠家的要求也不一樣。選擇此類超聲波流量計(jì)即要對(duì)被測(cè)介質(zhì)心中有數(shù)，也要對(duì)所選用的超聲波流量計(jì)的性能、精度和對(duì)被測(cè)介質(zhì)的要求有深入的了解。一般適用于液體環(huán)境。
天然氣工程中，一般采用時(shí)差式超聲波流量計(jì)。
時(shí)差式超聲波流量計(jì)的原理
時(shí)差式超聲波流量計(jì)其工作原理如圖1所示。他是利用一對(duì)超聲波換能器相向交替（或同時(shí)）收發(fā)超聲波，通過(guò)觀測(cè)超聲波在介質(zhì)中的順溜和逆流傳播時(shí)間差來(lái)間接測(cè)量流體的流速，在通過(guò)流速來(lái)計(jì)算流量的一種間接測(cè)量方法。
圖1 時(shí)差法超聲波流量測(cè)量原理示意圖
圖1中有兩個(gè)超聲波換能器：順流換能器和逆流換能器，兩只換能器分別安裝在流體管線的兩側(cè)并相距一定距離，管線的內(nèi)直徑為D，超聲波行走的路徑長(zhǎng)度為L(zhǎng),超聲波順流時(shí)間為td,逆流時(shí)間為tu,超聲波的傳播方向與流體的流動(dòng)方向加角為θ。由于流體流動(dòng)的原因，是超聲波順流傳播L長(zhǎng)度的距離所用的時(shí)間比逆流傳播所用的時(shí)間短，其時(shí)間差可用下式表示：
其中：c是超聲波在非流動(dòng)介質(zhì)中的聲速，V是流體介質(zhì)的流動(dòng)速度，tu和td之間的差為：
式中X是兩個(gè)換能器在管線方向上的間距。
為了簡(jiǎn)化，我們假設(shè)，流體的流速和超聲波在介質(zhì)中的速度相比是個(gè)小量。即：
上式可簡(jiǎn)化為：
也就是流體的流速為：
由此可見(jiàn)，流體的流速與超聲波順流和逆流傳播的時(shí)間差成正比。
流量Q可以表示為：
氣體超聲波流量計(jì)的測(cè)量影響因素
（1）噪聲對(duì)氣體超聲波流量計(jì)準(zhǔn)確度影響。來(lái)自被測(cè)介質(zhì)內(nèi)部的噪聲可能會(huì)對(duì)氣體超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度帶來(lái)不利的影響。噪聲的來(lái)源主要有環(huán)境噪聲和氣流經(jīng)過(guò)沒(méi)有全開(kāi)的閥門時(shí)節(jié)流的噪聲。采用氣體超聲波流量計(jì)上游閥門節(jié)流控制流量大小時(shí)，節(jié)流的聲音隨著流量的增大而增大，氣體超聲波流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的相對(duì)誤差也逐步增大，氣體超聲波流量計(jì)的流量低于標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)流量。當(dāng)上游閥門全開(kāi)，用下游閥門控制流量大小的時(shí)候，氣體超聲波流量計(jì)的信噪比較大且基本保持不變。
（2）流態(tài)對(duì)氣體超聲波流量計(jì)的影響。氣體超聲波流量計(jì)上游直管段最少為10D，下游直管段至少為5D，以保證進(jìn)入流量計(jì)的天然氣流態(tài)是對(duì)稱的充分發(fā)展的紊流速度分布。根據(jù)測(cè)量管徑及精度要求的不同，超聲波一般分兩聲道、四聲道、八聲道集中模式。一般沿管道橫截面由上到下平行分布四個(gè)聲道：A聲道、B聲道、C聲道、D聲道。氣體超聲波流量計(jì)通過(guò)對(duì)各個(gè)聲道測(cè)得的流速進(jìn)行加權(quán)平均得到管道中氣體的平均流速。
當(dāng)上游閥門節(jié)流時(shí)，隨著流量的增大，天然氣在管道中的流速分布越來(lái)越不均勻，反應(yīng)在超聲波A、D聲道的流速大于B、C通道的流速。隨著流量的增大管道內(nèi)氣體的流速由凸形分布逐漸變成凹形分布，即沿管壁的氣體流速由低于管道中心氣體流速變成高于管道中心氣體流速。當(dāng)上游閥門全開(kāi)時(shí)，沒(méi)有對(duì)氣流產(chǎn)生阻擋，隨著流量的增大，管道內(nèi)氣體的流速分布變化不大，始終保持正常分布，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的流態(tài)。當(dāng)天然氣經(jīng)過(guò)沒(méi)有完全開(kāi)啟的閘閥時(shí)，天然氣由于閥門閘板的阻擋產(chǎn)生與管道中心軸不對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)氣流，經(jīng)過(guò)發(fā)展成為漩渦流。
（3）氣質(zhì)對(duì)氣體超聲波流量計(jì)的影響。天然氣中的凝液和粉塵對(duì)氣體超聲波流量計(jì)的工作性能有影響。凝液或粉塵在氣體超聲波流量計(jì)最底部的換能器和表體的結(jié)合處堆積，導(dǎo)致氣體超聲波流量計(jì)的工作不正常，影響流量計(jì)正常工作。多聲道的氣體超聲波流量計(jì)能夠在一個(gè)聲道故障時(shí)根據(jù)其它聲道測(cè)得的流量進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)算，這個(gè)補(bǔ)償過(guò)程使流量計(jì)的流量輸出比正常時(shí)略有偏高。
氣體超聲波流量計(jì)應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題
氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量天然氣流量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明氣體超聲波流量計(jì)的確有很多優(yōu)點(diǎn)，但在使用中應(yīng)該注意以下問(wèn)題：
（1）正確選型。任何流量計(jì)有它自身的測(cè)量范圍，氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量范圍很寬，一般說(shuō)來(lái)最小流量和最大流量比為1：30，大口徑流量計(jì)最大可以做到1：100。氣體超聲波流量計(jì)主要是利用測(cè)量天然氣的流速來(lái)測(cè)量天然氣的流量。其理想的工作流速范圍為（2。7～27）m/s。所以，在進(jìn)行氣體超聲波流量計(jì)的選型時(shí)應(yīng)該充分考慮天然氣在管道中的流速，避免出現(xiàn)超低限或超高限運(yùn)行的情況。
選用氣體超聲波流量計(jì)作為計(jì)量裝置時(shí)還應(yīng)考慮是否存在聲波干擾源，主要指能產(chǎn)生超聲波信號(hào)的各種設(shè)備，如高速度、大差壓的減壓設(shè)備和消音設(shè)備等。安裝氣體超聲波流量計(jì)的時(shí)候應(yīng)該避開(kāi)存在對(duì)流量計(jì)產(chǎn)生影響的聲波的場(chǎng)合，亦可采取相應(yīng)措施減小或消除噪聲。
（2）合理的安裝。氣體超聲波流量計(jì)上下游直管段應(yīng)該滿足要求，對(duì)于安裝條件受測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)限制的場(chǎng)合應(yīng)該加裝流動(dòng)調(diào)整器。
氣體超聲波流量計(jì)安裝方式應(yīng)該水平安裝。此外，在天然氣含液較多的場(chǎng)合，氣體超聲波流量計(jì)及其計(jì)量管段的安裝位置不應(yīng)低于其上下游管道，使得天然氣中凝析出來(lái)的液體能夠隨氣流被帶走，而不在氣體超聲波流量計(jì)處堆積，造成計(jì)量故障。對(duì)于含有大量固體粉塵的天然氣應(yīng)該在氣體超聲波流量計(jì)上游直管段外加裝過(guò)濾器，否則氣體超聲波流量計(jì)會(huì)因?yàn)閾Q能器表面沉積物的堆積出現(xiàn)故障。
結(jié)束語(yǔ)
氣體超聲波流量計(jì)作為計(jì)量性能優(yōu)異的儀表，使用越來(lái)越廣泛，而且技術(shù)更新很快，只有充分掌握氣體超聲波流量計(jì)的工作原理和性能，才能更好地了解它，使用它，讓它更好地服務(wù)于天然氣計(jì)量。
參考文獻(xiàn)
中圖分類號(hào)：
TB
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：16723198（2013）21019102
1概述
近年來(lái)，隨著液體超聲波流量計(jì)計(jì)量與測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，使得液體超聲波流量計(jì)在流量計(jì)量與測(cè)量的領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，并且在很多應(yīng)用工況中，逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的容積式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，成為貿(mào)易交接和過(guò)程測(cè)量的新寵。美國(guó)Emerson公司的Daniel產(chǎn)品，德國(guó)Krohne，法國(guó)Faure Herman，美國(guó)Cameron等公司生產(chǎn)的多聲道管段式液體超聲波流量計(jì)已在國(guó)內(nèi)外的成品油和原油的交接計(jì)量站中有多次成功的應(yīng)用，例如，在中海油的渤中LVDA27-2作業(yè)區(qū)，中海油伊拉克米桑油田區(qū)塊外輸計(jì)量，中海油-新田石油合作平臺(tái)LF7-2的外輸計(jì)量撬中均已成功投用。從技術(shù)的角度出發(fā)，由于多聲道管道式液體超聲波流量計(jì)在大口徑管道，大流量計(jì)計(jì)量中有著突出的優(yōu)勢(shì)，無(wú)附加壓力損失，無(wú)可移動(dòng)部件的構(gòu)造及完善的自診斷功能，便利的在線維護(hù)性的優(yōu)勢(shì)都超過(guò)了傳統(tǒng)的容積式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，并有著較其他液體流量計(jì)更寬的量程比，所以逐步成為應(yīng)用于液體烴貿(mào)易交接的計(jì)量?jī)x表。
2液體超聲波流量計(jì)工作原理及檢定難點(diǎn)
液體超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理是根據(jù)時(shí)差法，即當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)帶上流體的信息，即使往返的聲波信號(hào)的傳播時(shí)間產(chǎn)生微小的變化，時(shí)間的變化正比于流速。多聲道液體超聲波流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量不同聲道上的傳播時(shí)間差來(lái)時(shí)間測(cè)量與計(jì)算的。
根據(jù)API 5.8章節(jié)中可知，超聲波流量計(jì)不同于傳統(tǒng)的容積式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，其是靠電子芯片間接測(cè)量而對(duì)外發(fā)出計(jì)算脈沖的，此即為人工“制造”出與流量相關(guān)的脈沖（頻率），由于流量脈沖和串行信號(hào)是通過(guò)計(jì)算獲得，因此輸出信號(hào)會(huì)落后于流體的特性，而且經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的處理，脈沖信號(hào)很可能落后于串行數(shù)據(jù)的信號(hào)。
超聲波流量計(jì)在其內(nèi)部幾條聲道上進(jìn)行高頻率的時(shí)間差測(cè)量，由于流體流動(dòng)存在的不穩(wěn)定性，任何微小的流量擾動(dòng)和脈動(dòng)都會(huì)被流量計(jì)所檢測(cè)到，從而導(dǎo)致流量計(jì)產(chǎn)生不均勻的脈沖輸出（如圖1），而這些信息是其他傳統(tǒng)的機(jī)械性流量計(jì)而反應(yīng)不出來(lái)的。
而活塞式體積管由于最大尺寸的容積仍遠(yuǎn)小于API的容積推薦值，另外還有活塞式體積管在運(yùn)行過(guò)程中的發(fā)射和回收可以引起流量的明顯擾動(dòng)，因此活塞式體積管不能直接用于標(biāo)定液體超聲波流量計(jì)。
綜上所述，由于超聲波流量計(jì)本身的原理及特點(diǎn)存在不均勻的脈沖輸出，所以導(dǎo)致標(biāo)定的體積管容積值巨大，大型的體積管在制造，使用，運(yùn)輸安裝方面存在很多不便之處，尤其是海洋石油受平臺(tái)及油輪上空間及重量的局限性，都嚴(yán)重制約著超聲波流量計(jì)在中海油的發(fā)展及應(yīng)用。
3液體超聲波流量計(jì)的檢定
由上所述，根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)可用球形體積管根據(jù)規(guī)范推薦的容積來(lái)選擇直接標(biāo)定液體超聲波流量計(jì)。但是由于海上條件的限制，不是每個(gè)項(xiàng)目及應(yīng)用都有足夠的空間來(lái)滿足球形體積管，所以要在中海油的業(yè)務(wù)中尋求更新和發(fā)展，必須要有辦法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
目前國(guó)際上的應(yīng)用證明等精度傳遞理論即“活塞式體積管+標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法”可以解決超聲波流量計(jì)需要體積管容積大的問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)考慮到量程范圍，推薦用渦輪流量計(jì)。
在流量計(jì)量領(lǐng)域中有等精度傳遞理論，及流量量值傳遞時(shí)只需要滿足計(jì)量學(xué)相關(guān)性基本原則，流量計(jì)在使用時(shí)和檢定時(shí)流量點(diǎn)相同，介質(zhì)相同和使用介質(zhì)的物理特性相同，流量計(jì)檢定和使用時(shí)幾何特性相同，流量計(jì)在檢定和使用過(guò)程中的操作過(guò)程相同，那么流量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的流量單位制將會(huì)等同精度傳遞給工作流量計(jì)。
“小容積體積管+標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)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(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，在規(guī)定的流量點(diǎn)下，逐點(diǎn)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量（測(cè)量次數(shù)不少于5次），再進(jìn)行溫度，壓力修正后，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)表在每個(gè)檢定點(diǎn)下的平均儀表系數(shù)和對(duì)應(yīng)的重復(fù)性。標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)檢定得到的重復(fù)性已優(yōu)于0.02%為宜。
（2）在相同的檢定流量計(jì)和檢定條件下，在規(guī)定的時(shí)間段和規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù)（通常大于10000個(gè)）內(nèi)同時(shí)記錄標(biāo)準(zhǔn)表流量計(jì)和超聲波流量計(jì)的脈沖數(shù)以及當(dāng)時(shí)各處的溫度，壓力數(shù)據(jù)，此時(shí)體積管停止運(yùn)行。
（3）通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)表的脈沖數(shù)及儀表系數(shù)及當(dāng)時(shí)的溫度，壓力，計(jì)算出流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)表的流體體積。
（4）通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)表的流體體積及超聲波流量計(jì)處的溫度，壓力可以得出超聲波流量計(jì)在每一個(gè)檢定點(diǎn)下的平均儀表系數(shù)和對(duì)應(yīng)的重復(fù)性。
目前“小容積體積管+標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法”是液體超聲波流量計(jì)的主要檢定方法，國(guó)外主要的技術(shù)機(jī)構(gòu)都采用本方法，并且主流的流量計(jì)算機(jī)，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(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的檢定方法符合JJG1030-2007超聲波流量計(jì)檢定規(guī)程中關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)在線檢定的技術(shù)要求，可以對(duì)使用中的超聲波流量計(jì)的進(jìn)行檢定和檢驗(yàn)。
4液體超聲波流量計(jì)在中海油貿(mào)易交接的應(yīng)用
中海石油旅大32-2/27-2油田項(xiàng)目中第一次應(yīng)用液體超聲波流量計(jì)作為貿(mào)易交接的應(yīng)用。該油田在其旅大32-2PSP平臺(tái)上配備了兩套美國(guó)艾默生公司Daniel液體超聲波流量計(jì)，采用一臺(tái)18in活塞式體積管（容積值約120L）及一臺(tái)渦輪流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)表。應(yīng)用本文提出的方法進(jìn)行標(biāo)定后得到新的流量計(jì)系數(shù)。外輸作業(yè)結(jié)束后，通過(guò)對(duì)比流量計(jì)及油罐的數(shù)據(jù)得到較好的一致性，兩者之間偏差小于0.02%。目前該項(xiàng)目已經(jīng)投用兩年多，得到客戶的肯定和好評(píng)。
隨后中海油伊拉克項(xiàng)目采用了三套DN150的液體超聲波流量計(jì)，同樣配用18in活塞式體積管及一臺(tái)渦輪流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)表，目前已經(jīng)為中海油與伊拉克油田方提供貿(mào)易計(jì)量的服務(wù)。
此外，液體超聲波流量計(jì)+球形體積管方式應(yīng)用于中海石油-新田石油合作平臺(tái)LF7-2原油的外輸計(jì)量中。
對(duì)于中海油近五年來(lái)首個(gè)FPSO，恩平油田群24-2船，已經(jīng)確認(rèn)為液體超聲波流量計(jì)（三用一備DN250）+球形體積管（30寸雙相球形體積管）的外輸計(jì)量方案。2014年將投產(chǎn)使用。
5結(jié)論
作為貿(mào)易計(jì)量?jī)x表，準(zhǔn)確性，重復(fù)性是流量計(jì)的重要參數(shù)指標(biāo)，為了保證液體超聲波流量計(jì)的這些指標(biāo)，就應(yīng)該遵守計(jì)量法規(guī)的可行的在線檢定技術(shù)和方法。貿(mào)易計(jì)量?jī)x表的標(biāo)定是流量量值傳遞及溯源連中最重要的環(huán)節(jié)，國(guó)家計(jì)量檢定方法對(duì)流量計(jì)的發(fā)展及應(yīng)用有著重大的意義和推進(jìn)作用。超聲波流量計(jì)計(jì)量液態(tài)烴發(fā)展較晚，相對(duì)其他傳統(tǒng)的流量計(jì)而言，國(guó)際上相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也較少。美國(guó)石油協(xié)會(huì)API于2002年10月制定的采用時(shí)差法超聲波流量計(jì)測(cè)量液態(tài)烴的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)草案，2005年1月轉(zhuǎn)為正式標(biāo)準(zhǔn)API MPMS 5.8：2005《用時(shí)差法超聲波流量計(jì)計(jì)量液態(tài)烴》.我國(guó)沒(méi)有液體超聲波流量計(jì)計(jì)量液態(tài)烴的專項(xiàng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，僅在2007年了用于檢定超聲波流量計(jì)的檢定規(guī)程《JJG1030-2007超聲波流量計(jì)的檢定規(guī)程》，該規(guī)程是一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)，尤側(cè)重于氣體超聲波流量計(jì)的檢定，對(duì)計(jì)量液體超聲波流量計(jì)的標(biāo)定的特殊性沒(méi)有涉及。
中圖分類號(hào)：S210.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）15-0398-01
節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)是我國(guó)的基本國(guó)策，也是我國(guó)當(dāng)前重要的發(fā)展戰(zhàn)略。能源計(jì)量是節(jié)能減排的重要基礎(chǔ)和保障，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要技術(shù)措施和基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計(jì)全國(guó)17000家左右的重點(diǎn)用能單位能源消費(fèi)占了全國(guó)能源消費(fèi)的60%以上。重點(diǎn)用能單位就是年綜合能源消費(fèi)總量一萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上的用能單位以及國(guó)務(wù)院有關(guān)部門或省、自治區(qū)、直轄市人民政府、節(jié)能管理部門指定的年綜合能源消費(fèi)總量五千噸以上不滿一萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的用能單位。抓好重點(diǎn)用能單位的節(jié)能，是實(shí)現(xiàn)“十二五”期間節(jié)能減排目標(biāo)的重要支撐和保證。為此，國(guó)家質(zhì)檢總局組織制定了JJF1356-2012重要用能單位能源計(jì)量審查規(guī)范，對(duì)審查內(nèi)容、審查要求、審查方法及結(jié)果做了詳細(xì)的規(guī)定。
根據(jù)審查規(guī)范第6.1.1.2項(xiàng)規(guī)定重點(diǎn)用能單位應(yīng)再配備必要的便攜式能源計(jì)量器具，以滿足自檢自查要求。便攜式能源計(jì)量器具是指方便拆卸的，在拆卸及測(cè)量過(guò)程中不影響被測(cè)介質(zhì)正常狀態(tài)的能源測(cè)量?jī)x表，這類儀表多數(shù)是通過(guò)非接觸測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的的。第6.3.3項(xiàng)中第三條規(guī)定對(duì)無(wú)法拆卸的、無(wú)檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范的非強(qiáng)制檢定計(jì)量器具，應(yīng)采取可行、有效的措施（如：自校、比對(duì)、定期更換等）確保其量值準(zhǔn)確可靠。結(jié)合我廠實(shí)際情況我們配備了0.5級(jí)便攜式超聲波流量計(jì)。下面我們探討一下便攜式超聲波流量計(jì)在我廠能源計(jì)量方面的應(yīng)用。
做為一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)的工廠，計(jì)量器具的拆除會(huì)導(dǎo)致車間停產(chǎn)，所以要進(jìn)行自校。所謂自校是指用能單位用便攜式能源計(jì)量表與在線能源計(jì)量器具進(jìn)行比較測(cè)量。
一、用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行在線水計(jì)量流量計(jì)自校方法
在使用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校對(duì)時(shí)一般包括零點(diǎn)校驗(yàn)、常用示值和累積流量校驗(yàn)。通常先進(jìn)行零點(diǎn)校驗(yàn)，在零點(diǎn)正常情況后，進(jìn)行其他點(diǎn)的示值校驗(yàn)，如果零點(diǎn)不正常，應(yīng)查找原因，經(jīng)處理使之正常后再進(jìn)行其他點(diǎn)的示值校驗(yàn)。
1、流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的零點(diǎn)校驗(yàn)
①保證流過(guò)流量計(jì)的流體流量確實(shí)為零，這是流量計(jì)校零的基礎(chǔ)，一般現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)間長(zhǎng)的切斷閥關(guān)閉后能做到無(wú)泄漏者不多，所以校對(duì)零點(diǎn)時(shí)一定要確認(rèn)這點(diǎn)，才能避免弄巧成拙。
②在流量計(jì)測(cè)量管道中必須充滿被測(cè)的水。不滿管會(huì)造成流量計(jì)示值的錯(cuò)誤。
③安裝換能器時(shí)，管道外表面應(yīng)去保溫層、去漆，銹跡應(yīng)砂平，涂勻耦合劑，不能有空隙，以免聲波在固、氣界面上發(fā)生折射，無(wú)法傳到被測(cè)流體。
④換能器安裝在水平管道上時(shí)，為避開(kāi)管道頂部可能存在的氣泡和底部可能沉積的泥沙或其他固形物，應(yīng)盡可能安裝在與水平成45度角的位置。
⑤換能器不能安裝在管道焊縫處以及有電磁干擾的地方。
⑥將便攜式超聲波流量計(jì)電源打開(kāi)，將測(cè)量的管道周長(zhǎng)、壁厚、測(cè)量試管道材質(zhì)，有無(wú)襯里、介質(zhì)為常溫水等參數(shù)輸入流量變送器中，流量變送器會(huì)自動(dòng)計(jì)算出安裝距離。
⑦按照計(jì)算出的安裝距離進(jìn)行換能器安裝，安裝好后檢查流量計(jì)檢測(cè)信號(hào)，信號(hào)正常后開(kāi)始檢驗(yàn)。
⑧讀取被校驗(yàn)儀表和超聲波流量計(jì)示值，確定是否為零。
2、流量測(cè)量系統(tǒng)的示值流量校驗(yàn)
零點(diǎn)校驗(yàn)后，將閥門打開(kāi)至常用流量，待流量穩(wěn)定后，讀取被校驗(yàn)儀表和超聲波流量計(jì)示值，讀取5次進(jìn)行誤差計(jì)算。
3、流量測(cè)量系統(tǒng)的累積流量校驗(yàn)
對(duì)于能源計(jì)量來(lái)說(shuō)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集是定時(shí)定點(diǎn)的采集，通過(guò)日用或月用量進(jìn)行考核。這就要求流量測(cè)量系統(tǒng)的累積流量值一定要準(zhǔn)確可靠。水計(jì)量我們采用的多為機(jī)械水表和電磁流量計(jì)。下面介紹一下校驗(yàn)方法：
①示值校驗(yàn)后，將超聲波流量計(jì)的累積流量設(shè)置顯示界面上清零。
②將被檢水表或電磁流量計(jì)累積表數(shù)記下，同時(shí)啟動(dòng)超聲波累積計(jì)量。
③依據(jù)水平螺翼式水表檢定規(guī)程，檢定使用中水表，檢定用水量不少于水表最小分度值的200倍，計(jì)算通水量，計(jì)時(shí)開(kāi)始。
④到達(dá)時(shí)間后，計(jì)算被校驗(yàn)表的累積用量和超聲波流量計(jì)累積用量，計(jì)算誤差，不合格再做一遍，再不合格，調(diào)試或更換。
二、用便攜式超聲波流量計(jì)確定重點(diǎn)用能設(shè)備
根據(jù)審查規(guī)范第6.1.2.1規(guī)定，重點(diǎn)用能單位能源計(jì)量器具配備應(yīng)符合GB17167-2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》的要求，具體要求見(jiàn)附錄A。其中附錄A中A.4.3.4規(guī)定單臺(tái)設(shè)備能源消耗量大于或等于表二中一種或多種能源消耗量限定值的為主要用能設(shè)備，主要用能設(shè)備應(yīng)按要求加裝能源計(jì)量器具。根據(jù)要求用水量單臺(tái)設(shè)備超過(guò)每小時(shí)1噸的應(yīng)加裝流量計(jì)。如何確定那些設(shè)備用水量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)呢？我們選擇用超聲波流量計(jì)實(shí)測(cè)。在設(shè)備連續(xù)運(yùn)行時(shí)用超聲波流量計(jì)不定時(shí)測(cè)試3次確定，不達(dá)標(biāo)的不用安裝計(jì)量?jī)x表。
據(jù)統(tǒng)計(jì)凡是配備了便攜式節(jié)能檢測(cè)儀表的用能單位，則具有一定的節(jié)能檢測(cè)能力，配置便攜式節(jié)能檢測(cè)儀表對(duì)于提高用能單位節(jié)能檢測(cè)合格率，不斷提高用能單位節(jié)能管理水平是十分必要的，有利于降低配表成本，也能夠滿足能源利用報(bào)告制度的要求。所以說(shuō)配置便攜式能源檢測(cè)儀表是十分必要的，這就要求我們要針對(duì)能源計(jì)量?jī)x表的綜合性、難易拆卸性，引進(jìn)研制更多更好的便攜式儀表以及研究更多的在線檢定方法，保證能源計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，為節(jié)能減排工作提供強(qiáng)有力的支持，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
超聲波流量計(jì)是當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化以及檢測(cè)技術(shù)中常用的計(jì)量?jī)x表，通常采用232/485通信接口或者4～20mA模擬信號(hào)接口輸出。這種輸出方式在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)滿足了工業(yè)上數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。但隨著當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化的迅速發(fā)展尤其是各類檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，常規(guī)的輸出方式的弊病已經(jīng)越來(lái)越明顯，流量計(jì)的遠(yuǎn)程通信成為一種趨勢(shì)?，F(xiàn)在常用的解決方案是通過(guò)RTU接收儀表的數(shù)據(jù)，再實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳。
一、超聲波流量計(jì)的基本結(jié)構(gòu)
計(jì)量?jī)x表的設(shè)計(jì)通常分為一次儀表與二次儀表兩部分，這種超聲波流量計(jì)的基本構(gòu)架設(shè)計(jì)也遵從這種方式，采用一次儀表與二次儀表分開(kāi)設(shè)計(jì)。超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
一次儀表主要實(shí)現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換為超聲波，同時(shí)實(shí)現(xiàn)超聲波信號(hào)的檢測(cè)與處理，
二次儀表主要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)超聲波信號(hào)傳播時(shí)間，計(jì)算出相應(yīng)流速，并對(duì)相應(yīng)的結(jié)果進(jìn)行判斷與驗(yàn)證，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理與輸出?？梢哉f(shuō)，二次儀表是計(jì)量?jī)x表的大腦，所有的邏輯運(yùn)算與數(shù)據(jù)處理都在二次儀表中進(jìn)行。
超聲波流量計(jì)總體由一次儀表與二次儀表構(gòu)成[1]，一次儀表包括壓電換能器及其相關(guān)電路，包括：
（1）超聲波信號(hào)收發(fā)部分：完成超聲波信號(hào)的發(fā)射與接收，實(shí)現(xiàn)換能器對(duì)能量形式的轉(zhuǎn)換；
（2）超聲波信號(hào)處理部分：實(shí)現(xiàn)對(duì)收發(fā)信號(hào)的處理，使電路信號(hào)能夠與控制芯片信號(hào)較好的配合
二次儀表主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、信號(hào)處理等功能，其主要包括：
（1）最小系統(tǒng)：ARM芯片能夠工作的最基本系統(tǒng)條件，包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等
（2）數(shù)字信號(hào)處理部分：包括已調(diào)理信號(hào)的處理、數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)器等
（3）驅(qū)動(dòng)服務(wù)：完成人機(jī)互動(dòng)、數(shù)據(jù)通信等功能
二、遠(yuǎn)程通信模塊的基本結(jié)構(gòu)
現(xiàn)在常用的RTU采用485協(xié)議與儀表進(jìn)行通訊，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)模塊包括ZIGBEE模塊、GPRS模塊、3G模塊以及最新的4G模塊等。
較為合理的遠(yuǎn)程通信方式可以考慮采用ZigeBee技術(shù)組成小范圍的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)解決有線通信走線復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)傳感器的互聯(lián)互訪。再通過(guò)某一至兩個(gè)GPRS節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信，這樣的結(jié)構(gòu)既可以節(jié)省485通信線路走廊，也可以節(jié)約GPRS節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
總之，整個(gè)通信流程中，ZigBee與GPRS通信技術(shù)相互配合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，能夠，采用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)近距離通信，GPRS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，兩種方式可以實(shí)現(xiàn)大范圍、遠(yuǎn)距離的傳感器組網(wǎng)數(shù)據(jù)通信。
三、遠(yuǎn)程超聲波流量計(jì)遠(yuǎn)程模塊的設(shè)計(jì)
3.1遠(yuǎn)程模塊硬件結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)將常規(guī)超聲波流量計(jì)與RTU的設(shè)計(jì)相結(jié)合，采用ARM作為處理核心。由于ARM具備的多任務(wù)處理的能力，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理與傳輸。這種方案在傳統(tǒng)超聲波流量計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，只需要增加了傳感器的遠(yuǎn)傳模塊就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。傳感器基于Zigbee組網(wǎng)并通過(guò)GPRS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能，使傳感器成為真正意義上的遠(yuǎn)程流量計(jì)。
遠(yuǎn)程超聲波流量計(jì)的基本結(jié)構(gòu)與常規(guī)流量計(jì)并沒(méi)有太大區(qū)別，但他的設(shè)計(jì)增加了網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。其硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。
以LPC2210作為控制器為例，通過(guò)SPI接口實(shí)現(xiàn)與MC13192 Zigbee模塊的數(shù)據(jù)傳輸，再通過(guò)UART1串口實(shí)現(xiàn)與SIM800 GPRS的數(shù)據(jù)傳輸。
3.2軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
無(wú)線收發(fā)功能主要是由GPRS模塊和Zigbee模塊配合實(shí)現(xiàn)的無(wú)線收發(fā)模塊的應(yīng)用程序各主要任務(wù)如表1所示：
通過(guò)優(yōu)先級(jí)的不同，依次完成各任務(wù)。
四、總結(jié)
通過(guò)將二次儀表的設(shè)計(jì)與RTU相結(jié)合，流量計(jì)的可嵌入性得到極大的提升，極大的降低了工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)、流量監(jiān)控系統(tǒng)等運(yùn)用場(chǎng)所中的安裝成本與設(shè)計(jì)難度，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，具有較好的研發(fā)前景。
參 考 文 獻(xiàn)
引言
超聲波流量計(jì)是一種可以利用非接觸的方法來(lái)測(cè)量流體流量的儀表。它既可以測(cè)量其他儀表不能檢測(cè)的非導(dǎo)電介質(zhì)、放射性、易爆和強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的流量，也可以用于不易觀察和直接接觸的介質(zhì)流量的測(cè)量。它的測(cè)量準(zhǔn)確度較高，可以不受被測(cè)介質(zhì)的各種參數(shù)的干擾，尤其可以解決測(cè)量大管徑的液體流量問(wèn)題。因此超聲波流量計(jì)被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、油田、水務(wù)公司、冶金、發(fā)電等行業(yè)，而熟悉和掌握超聲波流量計(jì)的安裝及常見(jiàn)故障問(wèn)題處理是解決流量測(cè)量準(zhǔn)確這一問(wèn)題的關(guān)鍵所在。
1 超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理
超聲波流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量流體流動(dòng)對(duì)超聲波產(chǎn)生的信號(hào)影響來(lái)對(duì)流體流量進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量原理是利用“時(shí)差法”來(lái)測(cè)量的。
而時(shí)差法的測(cè)量原理為：一個(gè)超聲波探頭發(fā)射聲波信號(hào)穿過(guò)流體介質(zhì)、管壁到另一側(cè)的管壁后，被管壁的另一忍酵方郵盞叫藕牛與此同時(shí)，第二個(gè)探頭也發(fā)射聲波信號(hào)被前一個(gè)探頭接收到，由于受到流體介質(zhì)間流速的影響，兩者之間存在一定的時(shí)間差Δt，根據(jù)公式推算出時(shí)間差Δt和流速V之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系V=（C2/2L）×Δt，進(jìn)而可以得到相關(guān)的管道內(nèi)的流量值Q。
2 超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)
2.1 使用面廣
在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量。超聲波流量計(jì)也可用于氣體流量測(cè)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(jì)可測(cè)量雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測(cè)量。
2.2 價(jià)格適中
因各類超聲波流量計(jì)均可管外安裝、非接觸測(cè)流，流量?jī)x表成本基本上與被測(cè)管道口徑大小無(wú)關(guān)。從而比起其他類型的流量計(jì)，超聲波流量計(jì)隨著口徑增大造價(jià)大幅度減少，所以，口徑越大，優(yōu)點(diǎn)越顯著。另外一般流量計(jì)隨著測(cè)量管徑的增大會(huì)帶來(lái)制造和運(yùn)輸上的困難，從而抬高成本和造價(jià)，而超聲波流量計(jì)在成本和造價(jià)方面均可避免。
2.3 維修和安裝方便
安裝時(shí)不需要閥門，法蘭、旁通管路等，無(wú)論是安裝還是維修，都不需要切斷流體，不會(huì)影響管道內(nèi)流體的正常流通。因此，維修和安裝方便。
2.4 解決測(cè)量各種介質(zhì)流量的難題
超聲波流量測(cè)量的準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、密度、壓力和粘度等參數(shù)的影響。由于超聲波流量計(jì)是非接觸式流量?jī)x表，所以，除了用于測(cè)量水、石油等一般介質(zhì)外，還能對(duì)非導(dǎo)電介質(zhì)、放射性、易爆和強(qiáng)腐蝕介質(zhì)進(jìn)行流量測(cè)量。
3 超聲波流量計(jì)探頭的分類及主要安裝方法
3.1 超聲波流量計(jì)探頭的種類
常用的超聲波流量計(jì)探頭按安裝方式有如下三種：
（1）管段式探頭，安裝時(shí)需要切開(kāi)選定的直管段，采用法蘭連接。產(chǎn)品已經(jīng)過(guò)生產(chǎn)廠家標(biāo)定，好處是探頭可以在使用企業(yè)不用停產(chǎn)的情況下進(jìn)行維修，其特點(diǎn)是測(cè)量的準(zhǔn)確度高。（2）插入式探頭，安裝時(shí)需用鉆孔工具在使用企業(yè)不停產(chǎn)狀態(tài)下將探頭插入管線中。特點(diǎn)是能在水中帶氣體或水管內(nèi)壁結(jié)垢情況下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的測(cè)量。（3）外夾式探頭，安裝時(shí)需將管外壁的預(yù)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(jìn)行水流量測(cè)量，也適合便攜式流量計(jì)。不好的地方是易造成耦合劑的處理不當(dāng)引起信號(hào)接收狀態(tài)異常而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。
3.2 超聲波流量計(jì)探頭的安裝方法
超聲波流量計(jì)傳感器的安裝方法直接關(guān)系到水流量測(cè)量的運(yùn)行可靠性、可信度和準(zhǔn)確性。
超聲波流量計(jì)探頭的安裝位置一般選擇兩個(gè)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(jì)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(jià)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(zhì)較差不潔凈、輸水管道管徑較大、管道內(nèi)壁有水垢或使用“V”方法安裝信號(hào)失真較嚴(yán)重的情況。一般“Z”方法安裝的可測(cè)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(shí)須注意管道軸線與上下游兩探頭在同一平面內(nèi)，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(biāo)準(zhǔn)的安裝方法，可測(cè)量外管徑范圍為25mm～400mm。安裝探頭時(shí)須注意上下游兩探頭水平方向?qū)R，使其管道軸線與中心連線水平一致。
3.3 超聲波流量計(jì)探頭安裝的后續(xù)檢查
（1）通過(guò)流量計(jì)表頭核查上下游端探頭的信號(hào)質(zhì)量和信號(hào)強(qiáng)度是否滿足要求，判斷探頭能否接收到流量計(jì)表頭工作所需的超聲波信號(hào)。（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(jié)合面的接觸是否光滑，結(jié)合是否緊密。
4 超聲波流量計(jì)使用中的常見(jiàn)故障與處理方法
4.1 故障表現(xiàn)：外夾式超聲波流量計(jì)探頭的信號(hào)過(guò)低
（1）故障分析：輸水的管道結(jié)垢較厚、管道外徑過(guò)大超過(guò)允許范圍、管道中介質(zhì)不滿管或探頭選用的安裝方法不合適。（2）處理方法：管道結(jié)垢較厚可選用插入式的探頭安裝，對(duì)于外管徑過(guò)大和管道中介質(zhì)不滿管可以重新選擇探頭的安裝方法。
4.2 故障表現(xiàn)：流量計(jì)儀表在安裝現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)磁場(chǎng)干擾下無(wú)法正常使用
（1）故障分析：有可能是探頭周圍有強(qiáng)磁場(chǎng)干擾、有大功率變頻器、接地線的安裝不合適或流量計(jì)的供電電源波動(dòng)較大。（2）處理方法：將流量?jī)x表安裝在遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)和大功率變頻器的場(chǎng)地，將流量計(jì)表頭正確方法接地，給流量計(jì)換裝穩(wěn)定的電源供電。
4.3 故障表現(xiàn)：流量計(jì)的瞬時(shí)流量數(shù)據(jù)波動(dòng)較大
（1）故障分析：可能由于探頭的安裝位置和管道內(nèi)氣體的影響使信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)較大，從而使流量數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。（2）處理方法：首先重新調(diào)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(nèi)，其次保證探頭的安裝間距準(zhǔn)確無(wú)誤。如管道內(nèi)有氣體影響管道內(nèi)本身流體波動(dòng)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(xiàn)：插入式探頭在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)主機(jī)信號(hào)降低現(xiàn)象
（1）故障分析：可能管道內(nèi)或者探頭表面產(chǎn)生水垢、探頭安裝位置改變或者發(fā)生偏移、探頭長(zhǎng)時(shí)間日曬導(dǎo)致信號(hào)衰減。（2）處理方法：重新安裝和調(diào)整流量計(jì)探頭的位置，清潔探頭和管壁上的水垢，若探頭信號(hào)已經(jīng)衰減可重新更換新的探頭。
4.5 故障表現(xiàn)：流量計(jì)在開(kāi)機(jī)的情況下無(wú)法顯示數(shù)據(jù)
（1）故障分析：流量計(jì)表頭的保險(xiǎn)絲已經(jīng)燒斷或者使用方提供的電源與流量?jī)x表所需要的額定值不符。（2）處理方法：在儀表上檢查保險(xiǎn)絲是否已經(jīng)燒斷，并檢查使用方提供的電源參數(shù)是否與流量?jī)x表所規(guī)定的額定值相符合。
4.6 故障表現(xiàn)：流量?jī)x表開(kāi)機(jī)后只有背光顯示卻無(wú)任何數(shù)據(jù)顯示
（1）故障分析：此類情況一般為流量?jī)x表本身的內(nèi)部程序芯片異常所致。（2）處理方法：聯(lián)系流量計(jì)生產(chǎn)廠家現(xiàn)場(chǎng)檢查故障并處理，如無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)修理則需寄回廠家檢查并維修。
中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004-373X(2009)04-053-03
Time Difference Ultrasonic Flowmeter and Its Simple Arithmetic
SU Manhong,WU Zhimin,YE Weiyuan
(Shenzhen Polytechnic College,Shenzhen,518055,China)
Abstract：Aiming at the high precision time measurement and large amount computing of time difference ultrasonic flowmeter,an ultrasonic flowmeter system based on FPGA,DSP and MCU is designed.The hardware controlled by the FPGA to ensure accurate timing.The auto delay-window of signal receive technique is adopted,by extracting useful measurement signal,the needed data is reduced and anti-jamming capabilit is enhanced,and the measuring speed has been greatly accelerated by simplified algorithms.It is proved by simulator with Matlab and experiment that the system is feasible.
Keywords：time difference ultrasonic flowmeter;delay window;arithmetic simplify;anti-jamming capability
流體流量計(jì)的用途十分廣泛,在工業(yè)上,如石油、化工、水電等部門,流量計(jì)已經(jīng)成為對(duì)液體流量檢測(cè)必不可少的設(shè)備。超聲波流量測(cè)量技術(shù)是一種利用超聲波信號(hào)在流體中傳播時(shí)所載流體的流速信息來(lái)測(cè)量流體流量的測(cè)量技術(shù)，作為一種新型的非接觸式流量計(jì)，它具有安裝簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量范圍寬等特點(diǎn)，時(shí)差法超聲波流量計(jì)測(cè)量流量是目前廣泛應(yīng)用的一種方法。近幾年來(lái)，隨著FPGA和DSP的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的改進(jìn)使產(chǎn)品的測(cè)量精度得到了不斷提高。
時(shí)差式超聲波流量計(jì)需要采用兩個(gè)超聲波探頭來(lái)進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送和接收，通過(guò)測(cè)量超聲波自傳感器沿順、逆流方向傳播時(shí)的時(shí)間差計(jì)算流體流動(dòng)速度［1］，由于該時(shí)間差很小，往往達(dá)到納秒量級(jí)甚至更低，測(cè)量超聲波傳播時(shí)間的精度是流量計(jì)測(cè)量精度的關(guān)鍵，也是設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)研究的問(wèn)題［2］。針對(duì)上面的要求，在此設(shè)計(jì)了一種基于FPGA和DSP的高精度超聲波流量計(jì)系統(tǒng)，利用FPGA和DSP分別實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)序控制和快速的數(shù)字信號(hào)處理［3，4］，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。為提高測(cè)量精度，該系統(tǒng)在信號(hào)處理上主要采用插值和相關(guān)法，由于檢測(cè)和處理超聲波信號(hào)的運(yùn)算量大，對(duì)系統(tǒng)硬件要求很高，該系統(tǒng)結(jié)合滑動(dòng)窗口對(duì)相關(guān)算法進(jìn)行了簡(jiǎn)化，提高了系統(tǒng)的性能。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，其是由FPGA，DSP，MCU、切換電路、A/D轉(zhuǎn)換、自動(dòng)增益控制、外部RAM和LCD顯示等幾部分構(gòu)成的。DSP為數(shù)字處理核心，用于FIR濾波、相關(guān)運(yùn)算等大量數(shù)據(jù)處理［5］，整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)序由FPGA控制，確保了時(shí)序的準(zhǔn)確性［6］。
圖1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖
超聲波換能器A，B在FPGA的控制下，輪流工作在發(fā)射和接收狀態(tài)，用以測(cè)量順流、逆流時(shí)超聲波傳播的時(shí)間差，其諧振頻率為1 MHz。接收信號(hào)經(jīng)過(guò)選頻放大濾除了部分干擾信號(hào)，再由自動(dòng)增益控制AGC放大后送往A/D轉(zhuǎn)換器，以每次25 ns的轉(zhuǎn)換速度實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，并存儲(chǔ)到外部RAM中，整個(gè)過(guò)程都在FPGA的控制下進(jìn)行，確保了時(shí)序的準(zhǔn)確性。為了進(jìn)一步提高運(yùn)行的速度，DSP首先將外部RAM中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到內(nèi)部RAM中，再進(jìn)行55階FIR濾波，經(jīng)過(guò)FIR濾波后的信號(hào)，其采樣速率較低，測(cè)量精度不夠高，為了提高精度，這里進(jìn)行了插值運(yùn)算，插值后的兩組信號(hào)再經(jīng)過(guò)相關(guān)運(yùn)算處理［7］，便得出流體順流和逆流的時(shí)間差，從而求出流體的流速［8，9］。
2 滑動(dòng)窗口接收技術(shù)
滑動(dòng)窗口是在接收信號(hào)到達(dá)的前后才有效的一個(gè)時(shí)間窗口，窗口之外的信號(hào)一概不予處理，這樣可以減小噪聲的干擾并降低運(yùn)算量。為保證檢測(cè)信號(hào)的有效性，必須先去掉接收端的干擾， 采用窗口和脈寬檢測(cè)是兩個(gè)行之有效的方法。測(cè)量窗口的初始位置是根據(jù)人機(jī)對(duì)話輸入的參數(shù)設(shè)置的，并通過(guò)有效信號(hào)的檢測(cè)位置不斷調(diào)整窗口到合適的位置。窗口的設(shè)置限定了信號(hào)的接收范圍， 在一定程度上消除了噪聲的干擾，同時(shí)也減少了要處理的信號(hào)樣本數(shù)，降低了運(yùn)算量。
滑動(dòng)窗口的設(shè)置方法為：?jiǎn)纹瑱C(jī)根據(jù)人機(jī)對(duì)話輸入的參數(shù)（管徑、壁厚及流體），計(jì)算出信號(hào)自發(fā)射探頭到接收探頭所需傳播時(shí)間的近似值，根據(jù)該近似值控制數(shù)據(jù)采樣的開(kāi)始時(shí)間，每組數(shù)據(jù)采集15 000個(gè)點(diǎn)，由于采集的數(shù)據(jù)足夠多，完全可以保證有用數(shù)據(jù)能夠被采集到。經(jīng)過(guò)AGC電路的調(diào)整，當(dāng)采集到的信號(hào)幅度滿足要求時(shí)便對(duì)它們分別進(jìn)行FIR濾波，再根據(jù)幅值找出有用信號(hào)的最大值點(diǎn)并進(jìn)行信號(hào)有效性判斷，信號(hào)確定為有效后再進(jìn)行滑動(dòng)窗口調(diào)整，將有用信號(hào)移動(dòng)到有效窗口。由于換能器探頭的諧振頻率為1 MHz，采樣頻率為40 MHz，探頭發(fā)射信號(hào)為5個(gè)周期，考慮到探頭的余波，為了更好地采集接收信號(hào)，窗口寬度設(shè)定為800個(gè)信號(hào)點(diǎn)，即20個(gè)信號(hào)周期。圖2所示為窗口調(diào)整前部分內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，從上面可以看到兩組信號(hào)，前者幅度小，是超聲波沿管壁直接傳遞而形成的，其傳播速度快，傳播時(shí)間短，后者是超聲波沿正常路徑傳輸?shù)慕Y(jié)果，幅度較大，也是需要的有用數(shù)據(jù)。圖3是窗口調(diào)整后內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，可以看到，有效數(shù)據(jù)已被移動(dòng)到最左側(cè)的有效窗口中，后面的插值及相關(guān)運(yùn)算都是只對(duì)該段數(shù)據(jù)進(jìn)行。
3 插值及相關(guān)算法的簡(jiǎn)化
在超聲波發(fā)生電路中，由同一觸發(fā)脈沖觸發(fā)2個(gè)相同的換能器產(chǎn)生超聲波，測(cè)量中2路采集信號(hào)具有很大的相似性，因此能對(duì)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理。在超聲波流量計(jì)中，對(duì)時(shí)間測(cè)量精度的要求很高，為了提高分辨率，可以采取一般的采樣方法，然后通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理中常用的插值算法，由軟件提高系統(tǒng)的采樣頻率，從而提高時(shí)間的分辨率。
圖2 窗口調(diào)整前部分內(nèi)存中的數(shù)據(jù)
圖3 有效數(shù)據(jù)被移動(dòng)到左側(cè)
換能器的諧振頻率為1 MHz，采樣頻率為40 MHz，采樣的時(shí)間分辨率為25 ns，對(duì)于超聲波流量計(jì)，這樣的分辨率是不夠的，還必須提高信號(hào)的采樣頻率，即進(jìn)行插值處理。如果采取先補(bǔ)“0”再濾波的方法，必須增加濾波器的階數(shù)，同時(shí)由于插值后樣本增加，濾波運(yùn)算所需要的時(shí)間會(huì)大大增加。因此該系統(tǒng)采用線性插值的方法，在相鄰2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間插入19個(gè)點(diǎn)，這些點(diǎn)與插入前的相鄰點(diǎn)在同一直線上，這樣時(shí)間分辨率可以達(dá)到1.25 ns。
該系統(tǒng)時(shí)間差的測(cè)量是通過(guò)比較兩組超聲波信號(hào)的皮爾遜積差相關(guān)系數(shù)的值來(lái)確定的，相關(guān)系數(shù)的計(jì)算方法如下［10］：
設(shè)xi和yi分別代表兩組信號(hào)的采樣值，i=1,2,…,n。n為采樣數(shù)量，設(shè)x,yХ直鷂兩組采樣信號(hào)的平均值有，
x=∑xi/n,y=∑yi/n
Еx,σyХ直鷂2組采樣信號(hào)的均方差有：
σx=∑(xi－x)2/(n－1),
σy=∑(yi－y)2/(n－1)
rС莆相關(guān)系數(shù)，其公式為：
r=∑(xi－x)(yi－y)∑(xi－x)2∑(yi－y)2
上式經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后得到公式：
r=n∑xiyi－(∑xi)(∑yi)n∑x2i－(∑xi)2n∑y2i－(∑yi)2
相關(guān)系數(shù)r的重要特征為：0
因有效窗口兩端數(shù)據(jù)的變化很小（如圖3所示），在小范圍內(nèi)改變兩組數(shù)據(jù)的相位關(guān)系后，可以認(rèn)為相關(guān)系數(shù)公式中的分母項(xiàng)的值是不變的，其不隨兩組采樣信號(hào)的移相變化而變化。因此，在判斷相關(guān)系數(shù)最大值時(shí)，只需計(jì)算相關(guān)系數(shù)公式中的分子式項(xiàng)n∑xiyi－(∑xi)(∑yi)У鬧擔(dān)然后判斷它的最大值即可，這樣可以大大地減少系統(tǒng)的運(yùn)算量，提高系統(tǒng)的反應(yīng)的速度。
4 相關(guān)算法及其簡(jiǎn)化算法的仿真與比較
為了檢驗(yàn)相關(guān)算法簡(jiǎn)化后對(duì)結(jié)果帶來(lái)的影響，把采集到窗口中的兩組數(shù)據(jù)經(jīng)濾波與插值后，通過(guò)Matlab分別對(duì)完整的相關(guān)算法及簡(jiǎn)化算法進(jìn)行仿真分析［11］，仿真波形如圖4所示。
圖4 相關(guān)算法及其簡(jiǎn)化算法在Matlab中的仿真
其中上部為簡(jiǎn)化算法的仿真結(jié)果，下部為完整相關(guān)算法的仿真結(jié)果。圖5為一部分仿真數(shù)據(jù)。從圖中可以看出，完整相關(guān)算法的相關(guān)系數(shù)據(jù)介于+1~-1之間，最大值（接近于1）出現(xiàn)在5 001的位置。相比之下，簡(jiǎn)化算法的值大若干數(shù)量級(jí)，這是簡(jiǎn)化算法略去分母的結(jié)果，但這對(duì)計(jì)算沒(méi)有影響，只要得到最大值出現(xiàn)的時(shí)間，重要的是簡(jiǎn)化算法的最大值也出現(xiàn)在5 001的位置，并且其波形與完整的相關(guān)算法幾乎一樣。由此可見(jiàn)，相關(guān)算法的簡(jiǎn)化并沒(méi)有對(duì)這里的計(jì)算帶來(lái)誤差。
為進(jìn)一步證實(shí)系統(tǒng)的可用性，將該系統(tǒng)與寶麗聲DCT7088超聲波流量計(jì)進(jìn)行了對(duì)比測(cè)量，被測(cè)管道為外徑為45 mm的鋼管，壁厚3.5 mm，管道中的水由循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)，通過(guò)變頻器控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速來(lái)得到不同的流速，測(cè)量結(jié)果如圖6所示，二者測(cè)量結(jié)果已經(jīng)十分逼近。
圖5 相關(guān)算法及其簡(jiǎn)化算法的部分仿真數(shù)據(jù)
圖6 實(shí)測(cè)流量對(duì)比曲線
5 結(jié) 語(yǔ)
這里以FPGA，DSP和MCU作為核心器件設(shè)計(jì)了一種時(shí)差式超聲波流量計(jì)，結(jié)合自動(dòng)延遲窗口技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了用于計(jì)算時(shí)間差的相關(guān)算法，提高了系統(tǒng)的性能。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試及計(jì)算機(jī)仿真，表明該系統(tǒng)方案切實(shí)可行。
參 考 文 獻(xiàn)
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一、時(shí)差式氣體超聲波流量計(jì)的工作原理
氣體超聲波流量計(jì)的是利用超聲波在流體中沿順流傳播的時(shí)間和沿逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來(lái)測(cè)量流體流量的。工作原理見(jiàn)圖1。
圖1中，氣體超聲波流量計(jì)的換能器A和換能器B裝在管道兩側(cè)，超聲波的聲程長(zhǎng)度為L(zhǎng)，超聲波傳播的方向與流體在管道中的流動(dòng)方向夾角為θ，超聲波在流體中的順流傳播時(shí)間為tD，逆流傳播時(shí)間為tU。
（1）
（2）
式中：
c――超聲波在靜止流體中的聲速，
V――流體介質(zhì)的流動(dòng)速度。
聯(lián)立解方程（1）和方程（2）可得：
（3）
式中：
X――換能器A和換能器B在水平方向上的距離。
從式（3）中可以看出，氣體的流速測(cè)量與介質(zhì)的聲速無(wú)關(guān)，只與長(zhǎng)度和時(shí)間兩個(gè)參數(shù)有關(guān)。
二、氣體超聲波流量計(jì)計(jì)量出現(xiàn)誤差的原因
（一）噪聲對(duì)氣體超聲波流量計(jì)準(zhǔn)確度影響。
噪聲的來(lái)源主要有環(huán)境噪聲和氣流經(jīng)過(guò)沒(méi)有全開(kāi)的閥門時(shí)節(jié)流的噪聲。我們采用氣體超聲波流量計(jì)上游閥門1節(jié)流控制流量大小時(shí)，節(jié)流的聲音隨著流量的增大而增大，氣體超聲波流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的相對(duì)誤差也逐步增大，氣體超聲波流量計(jì)的流量低于標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)流量。當(dāng)閥門1全開(kāi)，用閥門2控制流量大小的時(shí)候，氣體超聲波流量計(jì)的信噪比較大且基本保持不變，氣體超聲波流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的相對(duì)誤差基本保持不變。當(dāng)采用上游閥門1節(jié)流的時(shí)候，氣體超聲波流量計(jì)的信噪比明顯低于上游閥門全開(kāi)的時(shí)候。這是因?yàn)?，?dāng)氣體超聲波流量計(jì)上游閥門節(jié)流時(shí)除了能產(chǎn)生我們能聽(tīng)到的聲音外還能產(chǎn)生人耳無(wú)法聽(tīng)到高頻超聲波，當(dāng)這種聲波的頻率與氣體超聲波流量計(jì)的工作頻率相近的時(shí)對(duì)氣體超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確度產(chǎn)生的影響。
（二）流態(tài)對(duì)氣體超聲波流量計(jì)的影響。
GB/T 18604-2001《用氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》要求氣體超聲波流量計(jì)上游直管段最少為10D，下游直管段至少為5D，保證進(jìn)入流量計(jì)的天然氣流態(tài)是對(duì)稱的充分發(fā)展的紊流速度分布而計(jì)量管路中的閥門等阻流件會(huì)對(duì)天然氣的速度分布產(chǎn)生影響，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。當(dāng)閥門1節(jié)流時(shí)，隨著流量的增大，天然氣在管道中的流速分布越來(lái)越不均勻，反應(yīng)在超聲波通道的流速大于通道的流速。符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的流態(tài)。因?yàn)楫?dāng)天然氣經(jīng)過(guò)沒(méi)有完全開(kāi)啟的閘閥時(shí)，天然氣由于閥門閘板的阻擋產(chǎn)生與管道中心軸不對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)氣流，經(jīng)過(guò)發(fā)展成為漩渦流。
（三）氣質(zhì)對(duì)氣體超聲波流量計(jì)的影響。
氣體超聲波流量計(jì)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)全新的流量計(jì)，我們以前只是從理論上對(duì)其有一定的了解，而對(duì)它的實(shí)際工作性能并不了解。我們知道氣體超聲波流量計(jì)對(duì)氣質(zhì)條件要求不嚴(yán)格。用于工業(yè)環(huán)境下連續(xù)測(cè)量不含大濃度懸浮粒子或氣體的大多數(shù)清潔均質(zhì)液體的流量。對(duì)于含有液體和少量粉塵的氣體在使用中應(yīng)該注意。
在使用過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)氣體超聲波流量計(jì)的流量和標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)相比偏高。使用CUI軟件進(jìn)行氣體超聲波流量計(jì)的診斷時(shí)發(fā)現(xiàn)氣體超聲波流量計(jì)的D通道不工作，檢查后發(fā)現(xiàn)，氣體超聲波流量計(jì)的D通道被天然氣中凝析出的液體淹沒(méi)了，導(dǎo)致?lián)Q能器工作不正常。經(jīng)排除積存在管道中的液體后氣體超聲波流量計(jì)工作正常。多聲道的氣體超聲波流量計(jì)能夠在一個(gè)聲道不工作的時(shí)候根據(jù)其他聲道測(cè)得的流量自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，這個(gè)補(bǔ)償過(guò)程使流量計(jì)的流量輸出比正常時(shí)略有偏高。
天然氣中的粉塵也對(duì)氣體超聲波流量計(jì)的工作性能有影響。我們?cè)谑褂脷怏w超聲波流量計(jì)的過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)一次氣體超聲波流量計(jì)的換能器由于粉塵堆積而導(dǎo)致氣體超聲波流量計(jì)工作不正常的情況。原因是由于我們的一個(gè)氣源由于上游的處理廠開(kāi)機(jī)不正常，分子篩中的粉塵被帶人氣體超聲波流量計(jì)的工作流程中，在氣體超聲波流量計(jì)最底部的換能器和表體的結(jié)合處堆積，導(dǎo)致氣體超聲波流量計(jì)的工作不正常。
三、氣體超聲波流量計(jì)應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題
根據(jù)我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)使用氣體超聲波流量計(jì)進(jìn)行天然氣計(jì)量中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)分析，氣體超聲波流量計(jì)的確有很多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)氣體超聲波流量計(jì)在應(yīng)用中應(yīng)該注意以下這些問(wèn)題：
（一）正確選型
任何流量計(jì)有它自身的測(cè)量范圍，氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量范圍很寬，一般說(shuō)來(lái)最小流量和最大流量比為1：30。氣體超聲波流量計(jì)主要是利用測(cè)量天然氣的流速來(lái)測(cè)量天然氣的流量。其理想的工作流速范圍為（2.7～27）m/s，在這個(gè)工作范圍內(nèi)，氣體超聲波流量計(jì)才能保證其檢定時(shí)的準(zhǔn)確度。天然氣的流量低于氣體超聲波流量計(jì)的流量拐點(diǎn)時(shí)，氣體超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確度將降低，從而出現(xiàn)較大的誤差。天然氣的流速過(guò)高時(shí)會(huì)出現(xiàn)超聲波信號(hào)被吹跑，換能器檢測(cè)不到超聲波信號(hào)的情況，出現(xiàn)計(jì)量故障。所以，我們?cè)谶M(jìn)行氣體超聲波流量計(jì)的選型是應(yīng)該充分考慮天然氣在管道中的流速，避免出現(xiàn)超低限和超高限運(yùn)行的情況。
選用氣體超聲波流量計(jì)作為計(jì)量裝置時(shí)還應(yīng)考慮是否存在聲波干擾源，主要指能產(chǎn)生超聲波信號(hào)的各種設(shè)備，如消音設(shè)備。消音設(shè)備常常是將人們耳朵能夠聽(tīng)見(jiàn)的的聲波轉(zhuǎn)換成為人耳不能聽(tīng)到的超聲波，如果消音設(shè)備的超聲波頻率與氣體超聲波流量計(jì)的工作頻率接近時(shí)將造成超聲波流量計(jì)工作不正常，甚至完全不工作，因此，我們選用、安裝氣體超聲波流量計(jì)的時(shí)候應(yīng)該避開(kāi)存在對(duì)流量計(jì)產(chǎn)生影響的聲波的場(chǎng)合。
（二）合理的安裝
氣體超聲波流量計(jì)安裝方式應(yīng)該水平安裝，此外，在天然氣含液較多的場(chǎng)合，氣體超聲波流量計(jì)及其計(jì)量管段的安裝位置不應(yīng)低于其上下游管道，使得天然氣中凝析出來(lái)的液體能夠隨氣流被帶走，而不在氣體超聲波流量計(jì)處堆積，造成計(jì)量故障，對(duì)于含有大量固體粉塵的天然氣應(yīng)該給氣體超聲波流量計(jì)上游直管段外加裝過(guò)濾器，否則氣體超聲波流量計(jì)會(huì)因?yàn)閾Q能器表面沉積物的堆積影響流量計(jì)的正常工作。
（三）定期維護(hù)
氣體超聲波流量計(jì)使用過(guò)程中需要的維護(hù)很少，但在氣質(zhì)條件較差的計(jì)量場(chǎng)合，應(yīng)定期清洗氣體超聲波流量計(jì)的換能器，檢查有無(wú)雜質(zhì)和水垢等附著換能器表面。氣體超聲波流量計(jì)的各連接件是否泄漏，定期檢查線路連接是否正常等。
（四）及時(shí)診斷測(cè)試
中圖分類號(hào)：TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）06-0016-01
1 引言
近些年隨著數(shù)字技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)不同原理、不同構(gòu)造，可以應(yīng)用于不同工業(yè)生產(chǎn)的超聲波流量計(jì)已經(jīng)出現(xiàn)，這些超聲波流量計(jì)具有安裝簡(jiǎn)便、運(yùn)行過(guò)程比較穩(wěn)定，在工業(yè)生產(chǎn)中常用超聲波流量計(jì)測(cè)量流量。
2 超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理及特點(diǎn)
超聲波流量計(jì)是一種非接觸式的測(cè)量?jī)x表，適用于測(cè)量不容易接觸的流體和大管徑的流量。超聲波流量計(jì)是由電子線路、超聲波換能器、流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波換能器是將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)的流體中，接收器所接到的超聲波信號(hào)，通過(guò)電子線路進(jìn)行放大，將轉(zhuǎn)換的表示流量的電信號(hào)，提供給流量顯示和累積儀表進(jìn)行顯示和計(jì)算，通過(guò)上述原理來(lái)實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。
超聲波流量計(jì)的測(cè)量方法有多普勒效應(yīng)法、傳播速度差法、波束偏移法等。多普勒效應(yīng)法的測(cè)量原理是運(yùn)用聲波中的多普勒效應(yīng)，來(lái)測(cè)量得到逆流和順流的頻率差而得出的流體的流速，最終得出流量。傳播速度差法的測(cè)量原理是測(cè)量超聲波脈沖的逆流和順流的速度差而得出的流體的流速，最終得出流量。波束偏移法的測(cè)量原理是通過(guò)運(yùn)用超聲波波束垂直于流體流動(dòng)的方向進(jìn)行入射時(shí)，因?yàn)榱黧w的流動(dòng)導(dǎo)致超聲波波束發(fā)生偏移的情況，從而通過(guò)偏移量的大小來(lái)計(jì)算被測(cè)流體的流速。
超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：
（1）需要測(cè)量的液體只要能夠傳播聲波，就可以在管道外面對(duì)其測(cè)量，這種測(cè)量方法不用對(duì)管道進(jìn)行改動(dòng)、可以不用直接接觸被測(cè)流體、沒(méi)有壓力損失、不受流體磨損和腐蝕的影響。
（2）能夠直接測(cè)出被測(cè)流體的累積流量以及瞬時(shí)流量。
（3）構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝、維護(hù)比較方便。
（4）可測(cè)范圍廣，可以測(cè)量同一臺(tái)儀表的不同口徑的管道流量，靈敏度高，能夠測(cè)量流速的微小改變。
（5）不僅能夠測(cè)量流量以及流速，還可以對(duì)流體的其他參數(shù)如濃度、成分等進(jìn)行測(cè)量。
3 超聲波流量計(jì)的安裝維護(hù)及應(yīng)用
由于超聲波流量計(jì)安裝簡(jiǎn)便、可測(cè)范圍廣、在使用中比較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用可以延伸到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水電、水利等部門，可以較準(zhǔn)確的測(cè)量流量，應(yīng)用范圍廣。
2.1 超聲波流量計(jì)的分類
（1）多普勒式超聲波流量計(jì)
多普勒式超聲波流量計(jì)適用于測(cè)量能夠反射超聲波信號(hào)的氣泡或者顆粒的流體，一般可測(cè)量未處理過(guò)的污水、工廠的排放液等。超聲波流量計(jì)對(duì)于被測(cè)介質(zhì)一般要求雜質(zhì)含量相對(duì)穩(wěn)定的，才可以測(cè)量。而且不同廠家的儀表性能對(duì)于被測(cè)介質(zhì)的要求也是不同的。
（2）時(shí)差法超聲波流量計(jì)
時(shí)差法超聲波流量計(jì)是目前應(yīng)用最為廣泛的超聲波流量計(jì)，它一般被用來(lái)測(cè)量比較干凈的液體流量，常用在工業(yè)用水和自來(lái)水廠。
（3）管道式超聲波流量計(jì)
管道式超聲波流量計(jì)它的測(cè)量精度是最高的，而且不受管道襯里和材質(zhì)的限制，一般適用在對(duì)于流量測(cè)量精度要求很高的場(chǎng)合。管道式超聲波流量計(jì)的缺點(diǎn)是在安裝過(guò)程中，一定要切斷管道，而且當(dāng)管徑增大時(shí)，其成本也在增加。一般情況下，都采用中小口徑的管道式超聲波流量計(jì)，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
2.2 超聲波流量計(jì)的安裝
超聲波流量計(jì)的正確安裝與合理選型均關(guān)系到超聲波流量計(jì)能否正常測(cè)量流量。超聲波流量計(jì)的換能器位置一般選擇在遠(yuǎn)離管道閥門、彎頭的位置，可以選擇在垂直管段或者水平管段。在超聲波流量計(jì)的換能器安裝時(shí)，盡可能地避免電焊機(jī)、變頻調(diào)速器等可能污染電源的場(chǎng)合。超聲波流量計(jì)與上、下游直管段的距離十分關(guān)鍵，一般選擇上游直管段為10D（D表示管道直徑），下游直管段為 5D。
超聲波流量計(jì)的換能器的安裝方式有一定的要求，如多普勒效應(yīng)超聲波流量計(jì)一般采用對(duì)貼式的安裝方式，其最合適的位置不能選在管道的上、下游位置，可選擇在管道的水平位置。不同的安裝方式，超聲波流量計(jì)的換能器的信號(hào)強(qiáng)度是不同的，其測(cè)量的穩(wěn)定性也是不一樣的。
2.3 超聲波流量計(jì)的維護(hù)
超聲波流量計(jì)的維護(hù)工作相比于其他類型的流量計(jì)，維護(hù)的工作量要少一些，一般超聲波流量計(jì)的維護(hù)主要是定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的巡檢，查看超聲波流量計(jì)的換能器是否有松動(dòng)，與管道之間是否是粘合的良好。對(duì)于管道式的超聲波流量計(jì)，一般要查看管道與超聲波流量計(jì)之間的法蘭有沒(méi)有連接好，在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的腐蝕性氣體、溫度等對(duì)電子元件的影響。對(duì)于插入式的超聲波流量計(jì)，要注意定期清潔探頭上所沉積的水垢、雜質(zhì)等，而且還要檢查在密封口處有沒(méi)有泄漏的現(xiàn)象。對(duì)于外貼式的超聲波流量計(jì)，要查看換能器是否松動(dòng)，鋼帶連接有沒(méi)有緊固，以及與管道之間的粘合劑是否是良好的。
4 結(jié)語(yǔ)
采用超聲波流量計(jì)測(cè)量流量，具有實(shí)時(shí)性好、測(cè)量的精確度高等特點(diǎn)。隨著超聲波流量計(jì)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的流量的測(cè)量提供了很大的方便，超聲波流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)和計(jì)量方面都發(fā)揮著重要的作用。
參考文獻(xiàn)
