南京钢铁股份有限公司 江苏 南京 210031
摘要：超声波流量计属于一种应用在体积流量测试方面的设备。其具有几个方面的特点，设备并不需要插入到任何被测试流体之中，并不会对流体速度产生任何影响，更加不会影响流体压力，可以应用在任何液体之中，包括具有高粘度以及腐蚀性液体之中。非导电性等相关液体流量监测同样始终本流量计。基于上述中此类型优势，超声波流量计的实际发展进程较快，已经成为了当前最为常见的测试流量计类型。希望通过本研究能对未来超声波流量计的应用与发展提供借鉴和帮助。
关键词：超声波流量计；应用
引言
超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术的发展才出现的一种非接触式仪表，适于测量不易接触、观察的流体以及大管径流量。使用超声波流量计，不用在流体中安装测量元件，故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可在不影响生产管线运行的情况下进行，因而是一种理想的节能型流量计。
1影响超声波流量计量准确性的主要因素
1.1噪音
水质输气站场中由于气流速度快，弯头、阀门等各类阻流管件的存在，会产生一定的噪声，在计量装置设计和安装的时候已经充分考虑。但是现场因为工况条件的变化，如流量、压力和温度等，压缩机不同功率下的噪声震动等不能预见的各类因素产生的噪声仍然使超声波流量计在现场使用过程中受到噪声的影响。超声波流量计对降压元件产生的噪声尤其敏感，甚至有些低噪声阀门比调压阀对超声波流量计产生的影响还要大，这是因为采用了低噪声技术的阀门将噪音频率调整至人耳听力不敏感的高频范围（２０ｋＨｚ）以上，该频率范围恰好与超声波流量计超声频率重合，对超声波流量计造成较大影响。
1.2水质杂质
水质流过超声波流量计时，水、硫化铁粉末等杂质逐渐堆积在流量计表体管道内或超声波探头上，都会影响超声波流量计的准确度，附着在超声波探头表面的杂质缩短了超声波在管道内的传输时间，影响了超声波探头的敏感性，同时由于杂质的附着，计量撬的上游直管段表面粗糙度变化或整流板堵塞引起气体流态发生变化，从而影响流量计的准确度和稳定性。实验研究表明：脏污可对某些流量计流量输出带来0.3％或更大的偏差。
1.3气体组分
根据超声波流量计量系统工况流量与标况流量的转换公式可知，在水质贸易计量中需要利用压缩因子将水质的工况流量转换为标况流量，而工况下的压缩因子则需利用气体分析设备，如色谱分析仪等分析结果计算获得。气体组分检测是否准确及时，直接影响着超声波计量系统的计量准确性。在实际生产中，部分场站的气体分析设备未接入流量计算机，失去了气体分析设备的主要作用，同时在未配备气体分析设备的场站也存在着气体组分更新不及时现象，在多气源的计量站，影响更为明显。实验研究发现：由于输气干线组分变化造成超声流量计的标准参比条件下体积流量偏差最高可达0.6％。
2超声波流量计的应用
2.1多普勒法原则下的超声波流量计
多普勒法主要是一种应用了声学多普勒工作原理对流体实施测量的一种特殊方法。多普勒效应强调生源以及目标发生相对运动过程中，产生的频率上的改变情况。通过频率变化正比于运动目标和静止发射设备之间的相对速度完成判断。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆多谱勒式超声波流量计，只能用于测量含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体。在确定超声波流量计的过程中，首先需要结合被测量流体实际情况与特质进行分析，完成初型判断，但是，涉及到所有厂家的多种技术特点，作为工程设计人员还应该进行综合判断，同时，还要考虑项目的统一性，价格因素等，最终选取合适的流量计类型。
2.2气体(时差)超声流量计
气体超声流量计是安装在流动气体管道上，通过检测气体流动时对超声束(或超声脉冲)的作用，以测量气体体积流量的仪表。随着我国长距离大口径输气管道的建设和发展，气体超声波流量计因其计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等优于传统型流量计的特点，逐渐在我国水质管道计量中逐渐普及起来。
超声脉冲穿过管道如同渡船渡过河流。如果气体没有流动，声波将以相同速度向两个方向传播。当管道中的气体流速不为零时，沿气流方向顺流传播的脉冲将加快速度，而逆流传播的脉冲将减慢。因此，相对于没有气流的情况，顺流传播的时间t。将缩短，逆流传播的时间t。会增长，这两个传播时间都由电子部件进行测量。根据这两个传播时间，可以计算测得的流速。
超声波流量计的安装要求如下：
（1）超声波流量计传感单元安装时需在管道停运状态完成，一般设计为两路支线分别切换进行安装；
（2）测量仪表的传感单元尺寸必须与管输内外径相一，其误差应控制在±1%以内，以免安装产生偏差；
（3）为了能够有效避免换能器声波表面受颗粒或空气干扰，超声波流量计传感单元最好选在与水平方向450的范围内安装，尽量避免干扰。此外，在水质含液较多的场合，气体超声波流量计及其计量管段的安装位置不应低于其上下游管道，使得水质中凝析出来的液体能够随气流被带走，不在气体超声波流量计处堆积，造成计量故障；
（4）上下游应保证有必要的直管段，上游直管段最少10D，下游直管段至少为5D；
（5）超声波流量计安装需要前后避开阻力构件如（弯头、阀门、变径处），如在垂直管道安装，其换能器的安装位需在上游弯管的弯轴平面内，以获得弯管流场畸变后较接近的平均值；
（6）换能器安装处和管道壁反射处必须避开接口和焊缝；
在维护方面，由于超声波流量计结构简单，无可动部件，日常维护量几乎为零，从而提高了产品耐用性，降低了人工成本。
2.3保证压力、温度测量的准确性
（1）选择合适的测量范围,避免仪表的实际工作范围处于量程的10%以下,从而造成测量误差处在仪表的扩展误差限内。
（2）计量系统投运前,应对压力和温度测量值进行现场核查。如使用手操器核查流量计算机内的压力变送器和温度变送器示值误差是否符合精度等级要求。某些使用温度铂电阻作为温度测量仪表的计量系统,其流量计算机有温度校准功能,可使用标准电阻箱输入标准电阻,对温度进行校准。
（3）对于室外工作的变送器宜设置遮阳棚,以免环境温度接近其设计工作温度的上限,造成较大的测量误差。
2.4插进式安装
插进式超声波流量计介于上述二者中间。在安装上可以不断流，利用专门工具在有水的管道上打孔，把换能器插进管道内，完成安装。由于换能器在管道内，其信号的发射、接受只经过被测介质，而不经过管壁和衬里，所以其测量不受管质和管衬材料限制。插入式传感器较适用DN>100mm的管道上，但是管道外要有足够安装空间。
结束语
综上所述，超声波流量计的设计工艺水平进一步提升，产品的实际销量也在逐步增加，促使这项产品的发展势头迅猛。工业发展速度加快促使流量计的优势得以充分体现，并被应用在相关行业之中。为此，在工程设计环节之中，超声波流量计所具有的正确使用方法则显得十分重要，希望通过本研究能够对超声波流量计的应用起到一定的借鉴和帮助。
参考文献
[1]丁晓锋.气体超声波流量计在水质测量中的应用[J].石油化工自动化,2014,(03):46-48.
[2]王梅.便携式超声波流量计在循环水管道上的应用[J].数字技术与应用,2012,(06):113+115.
[3]刘金魁,王肇鹏.超声波流量计的特点及在电厂流量测量上的应用[J].山东电力技术,2010,(04):68-73.
[4]杨红玲.超声波流量计在大型灌区测水量水中与流速仪的比较应用研究[D].山东农业大学,2008.
论文作者:宋皎
论文发表刊物:《防护工程》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/24
标签：超声波流量计论文; 气体论文; 流量计论文; 测量论文; 流量论文; 管道论文; 流体论文; 《防护工程》2017年第17期论文;