超声波流量计工作原理是什么
官方网址https://www.360docs.net/doc/413879553.html, 超声波流量计工作原理是什么超声波流量计利用了低电压、多脉冲时差原理，采用高精度和超稳定的双平衡信号差分发射、差分接收数字检测技术来测量顺流和逆流方向的声波传输时间，根据时差计算出流速。超声波流量计具有稳定性好、零点漂移小、测量精度高、量程比宽、抗干扰性强等特点。其中插入式和外夹式超声波流量计以其安装方便，测量精度高的优点被广泛应用于各个行业。
外夹式超声波流量计
超声波流量计工作原理：
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，其传播时间的变化正比于液体的流速。零流量时，两个传感器发射和接收声波所需的时间完全相同（唯一可实际测量零流量的技术），液体流动时，逆流方向的声波传输时间大于顺流方向的声波传输时间。
其关系符合下面表达式：
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其中：
V 介质流速
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
通过上式计算出流速V，再通过我们输入到变送器上的管道数据D计算出流量。流量公式为：
Q=πV
Q 瞬时流量
π圆周率
D 管道内径
V 流速
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超声波流量计的基本原理及类型
超声波流量计的基本原理及类型 超声波流量计的基本原理及类型 刘欣荣 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种 非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比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不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。 众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。 另外，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。
超声波流量计工作原理及常见问题概述
超声波流量计工作原理及常见问题概述 一、工作原理 1、概述 超声流量计是一个测量仪表，它利用声学原理来测定流过管道的流体的流速。在气体的测量现场主要的检测元件包括一对或几对超声传感器。这些传感器都安装在管壁上，每一组传感器的表面都彼此具有规定的几何关系。 由一个传感器发射的超声脉冲由同一组内另一个传感器接收，反过来也如此。Q.Sonic-3 采用了一个单反射声道的方案，在对面的管壁处声脉冲有一次反射。此方案使声道的总长度增加，从而能改善分辨率（灵敏度）并拓宽流量计的范围度，如图2-1所示。 图2-1 信号反射路径 2 、流速的测量 超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器，就像一个渡船的船夫在横渡一条河。当气体不流动时，声脉冲以相同的速度（声速，C）在两个方向上传播。如果管道中的气体有一定流速V（该流速不等于零），则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。这样，顺流传输时间tD 会短些，而逆流传输时间tU会长些。这里所说的长些或短些都是与气体不流动时的传输时间相比而言；这样就有： L tD = ——————— -------------- (2.1) C + V ? cos 和 L tU = ——————— -------------- (2.2) C — V ? cos 式中，L代表两个传感器之间声道的直线长度，可按下式确定L： L D —— = ———— -------------- (2.3) 2 sin ^ 采用电子学手段来测量此传输时间。根据时间倒数的差，可按下式计算流速V ^ L 1 1 V = ————(—————)-------(2.4)
超声波流量计说明书
各类超声波流量计说明书 超声波流量计种类有很多，有便携式，手持式，一体式，分体式等，以下是几种超声波流量计的具体技术参数说明。 便携式超声波流量计： 一、概述: TCS-600P型便携式超声波流量计采用国际上最先进的大规模集成电路和先进的SMD贴装焊接工艺生产而成。精确度高、重复性好，内置一体式智能打印机可实时、定时打印;具有全中文显示、功能强大、一致性好、操作简单、携带方便、电池工作时间长等特点。适用于各种工业现场的在线标定和巡检测量。 二、基本技术参数: ※测量精度：优于1% ※重复性：优于0.2% ※测量周期：500ms(每秒2次，每个周期采取128组数据) ※电池：内置镍镉充电电池可以连续工作24小时 ※安装方式:外敷安装，操作简单、方便 ※显示：2行汉字同屏显示瞬时流量、累计流量、信号状态 ※信号输出：隔离RS485通信协议、MODBUS协议，兼容国内其它厂家同类产品通讯协议 ※打印输出：内置热敏一体式打印机，实现及时或定时打印 ※其它功能：自诊断，提示当前工作状态是否正常
※采用智能充电方式，直接接入AC 220V，充足后自动停止，显示绿灯三、外型尺寸及标准配置: 手持式超声波流量计： 一、概述: TcS-600B型手持式超声波流量计采用国际上最先进的大规模集成电路和先进的SMD贴装焊接工艺生产而成。精确度高、重复性好，具有全中文显示、功能强大、一致性好、操作简单、携带方便、电池工作时间长等特点。适用于各种工业现场的在线标定和巡检测量。 二、基本技术参数
※测量精度：优于1% ※重复性：优于0.2% ※测量周期：500ms(每秒2次，每个周期采取128组数据) ※电池：内置镍镉充电电池可以连续工作15小时 ※安装方式:外敷安装，操作简单、方便 ※显示：4行汉字同屏显示瞬时流量、累计流量、信号状态 ※其它功能：内置数据记录器可记录时间、累计流量、信号状态、工作时间等 自诊断，提示当前工作状态是否正常 ※信号输出：标准数据口RS232用于联网检测或导出记录数据 ※采用智能充电方式，直接接入AC220V，充足后自动停止，显示绿灯三、外型尺寸及标准配置: 固定式超声波流量计，分体式超声波流量计： 一、概述： TCS-600F型固定分体式超声波流量计利用了低电压、多脉冲发射接收原理，采用双平衡信号差分发射、接收专利技术和硬件参数无关化设计方法;通过选用国际上最新、最先进的大规模集成电路和先进的SMD贴装焊接工艺生产而成。
(完整word版)超声波流量计原理分类及详细说明
超声波流量计原理分类及详细说明 一、超声波流量计工作原理: 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器，就像一个渡船的船夫在横渡一条河。当气体不流动时，声脉冲以相同的速度（声速，C）在两个方向上传播。如果管道中的气体有一定流速V（该流速不等于零），则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。这样，顺流传输时间tD 会短些，而逆流传输时间tU会长些。这里所说的长些或短些都是与气体不流动时的传输时间相比而言；根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种。 根据对信号检测的原理，目前超声波流量计大致可分传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法)波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。其中以噪声法原理及结构最简单，便于测量和携带，价格便宜但准确度较低，适于在流量测量准确度要求不高的场合使用。 由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同，传播速度差拨又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。 波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大。 多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。 相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。但相关器价格贵，线路比较复杂。在微处理机普及应用后，这个缺点可以克服。 噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的 原理，通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单，设备价格便宜，但准确度低。 以上几种方法各有特点，应根据被测流体性质．流速分布情况、管路安装地点以及对测量准确度的要求等因素进行选择。一般说来由于工业生产中工质的温度常不能保持恒定，故多采用频差法及时差法。只有在管径很大时才采用直接时差法。对换能器安装方法的选择原则一般是：当流体沿管轴平行流动时，选用Z 法；当流动方向与管铀不平行或管路安装地点使换能器安装间隔受到限制时，采用V法或X法。当流场分布不均匀而表前直管段又较短时，也可采用多声道(例如双声道或四声道)来克服流速扰动带来的流量测量误差。多普勒法适于测量两相流，可避免常规仪表由悬浮粒或气泡造成的堵塞、磨损、附着而不能运行的弊病，因而得以迅速发展。随着工业的发展及节能工作的开展，煤油混合(COM)、
GE超声波流量计按键操作说明
. 超声波流量计检修规程GE 进入主菜单，屏幕会显示ESC、ENTER、：进入菜单5秒内依次按ESCglobal（通道）或enter进入编程菜单，会显示channel program（编程），按（公共）可通过左右键选择需要进入的菜单菜单，通过左右键至画面显示channel单位设置：通过以上操作进入进入，可选择需要的单位。system，按enter进入主菜单，用左右键至显示、、ENTERESC管道参数设置：ESC进入，左右channel菜单，按enterprogram，按enter进入，用左右键至显示（探头型号），enter进入，显 示transducer number键至画面显示pipe，按（管道外径），输入管道外enter，显示pipe OD通过上下、左右键输入**，按，按pipe wall thickness，输入管道壁厚***mm径***mm，按enter，显示，)*内径，显示path length P(P值：即两个探头之间的直线距离，P=√2enter***mm，按enter，显示输入Axial length L（L值：两探头在流体方向上的轴向离，L=内径），输入***mm，按enter，显示fluid type（流体类型），通过左右键选择流体，按enter，至显示reynolds correction，按左右键选择active，按enter，至显示calibration factor（校正因子），按enter返回channel菜单。以上设置好运行正常后一般不用更改。 4-20mA输入设置：ESC、ENTER、ESC进入主菜单，用左右键至显示program， 按enter进入，用左右键至显示global菜单，按enter进入，左右键至显示I/O（输入/输出），按enter进入，用左右键至显示option，按enter进入，显示slot0，按enter进入，用左右键选择4-20mA，按enter，显示measurement parameter，用左右键选择volume（瞬时流量），按enter，输入4mA和20mA对应量程。 屏幕显示设置：ESC、ENTER、ESC进入主菜单，用左右键至显示program，按enter进入，用左右键至显示global菜单，按enter进入，左右键至显示LCD，按enter进入，显示#of LCD parameter（显示参数数量），一般选择4个参数，按enter，通过左右键来分别选择4个想显示在住界面的参数，一般都选择瞬时流量volume、累积流量total+、声速soundspeed、信号强度signal strength up或signal strength down（两个值基本相同）。 6、维护及故障处理 GE XMT868I维护量非常低，常规维护为6-12月一次：检查探头端面，添加耦 合剂，具体时间间隔根据现场情况定。 故障代码：E0：无故障 E1：信号太低（检查参数设置，检查连接电缆，检查探头是否清洁） E2：声速错误（检查安装情况，检查参数设置） .
天然气超声波流量计操作规程.docx
天然气超声波流量计 操作维护规程 中国石油西部管道兰州输气分公司年月 签字职务日期 编制人： 审核人： 批准人：
目录 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 4 操作内容 (2) 5 风险提示 (5) 6 应急处置 (5) 7 附件 (5)
1 范围 本标准规定了涩宁兰超声波流量计的现场操作方法。 本标准适用于涩宁兰气体超声流量计。 2 规范性引用文件 2.1《中华人民共和国国家标准天然气计量系统技术要求》 GB/T 18603一2001 2.2《用气体超声波流量计测量天然气流量》 GB/T 18604-2001 3 术语和定义 3.1气体超声流量计ultrassonic gas flow meter 安装在流动气体的管道上，并用超声原理测量气体流量的流量计。以下简称流量计。 3.2超声换能器ultrassonic transducer 把声能转化成电信号和反过来把电信号转化成声能的元件。 3.3信号处理单元signal processing unit 是流量计的一部分，由电子元件和微处理器系统组成。 3.4零流量测试zero-flow measure 在无流动介质的情况下，检查流量计的读数是否为零或在流量计本身规定的允许范围内。 3.5分界流量transition gas flow rate 低于该流量要采用扩展误差限的流量值。 3.6实流校准系数flow calibration factor 将流量计进行实流校准测试，并将测试结果按照一定修正方法得出的流量计系数。 3.7最大瞬时压力maximum incidental pressures 在短时间内，计量系统能够承受安全装置极限内的最大工作压力。 3.8流量计算机flow computer 计算和指示标准参比条件下的流量等参数的装置。 3.9转换装置conversion device 由一台流量计算机和各个传感器组成的装置。用于以压力、温度和气体组成或以密度或以发热量为参数进行标准参比条件下体积流量和质量流量及能量流量的转换。 4运行操作内容 4.1超声波流量计运行前的准备 4.1.1流量计的安装应符合设计和说明书的要求;天然气的流量、压力、温度范围符合流量计铭牌的规定； 4.1.2流量计、温度变送器、压力变送器具有有效的检定/校准证书; 4.1.3流量计前后阀门，调压阀、放空阀应关严； 4.1.4流量计法兰连接处应无泄漏，各个探头应牢固连接，探头连接信号线路应无松脱；4.1.5流量计信号处理单元(SPU)单元供电应正常； 4.1.6流量计配套的温度变送器、压力变送器供电应正常，压力变送器阀门应全开； 4.1.7流量计算机工作应正常； 4.1.8在线分析仪上传数据应正常。 4.2超声波流量计运行操作与监护 4.2.1缓慢打开流量计入口阀(或管路平衡阀)，为超声波流量计管路充压，观察流量计、附属设备及连接管线有无渗漏； 4.2.2压力平衡后，缓慢打开流量计出口阀门，观察流量计显示单元，判断流量计是否正常运行，如无异常，调节流量计下游流量调节阀，使流量计在所需的流量范围内运行；
双声道超声波流量计说明书
NO：10-01005 LF-UF200型管段式 双声道超声波流量计 使用说明书 大连罗孚精工仪表有限公司
1 概述 (3) 1.1 LF-UF200产品简介 (3) 1.2 LF-UF200参数 (3) 2 UF200安装 (4) 2.1 安装准备 (4) 2.2 接线说明 (4) 3 PT-SCAN软件操作 (5) 3.1 PT-SCAN 软件安装 (5) 3.2 PT-SCAN 主功能菜单 (6) 3.3 安装配置功能（SETUP） (7) 3.4 流量输出设置功能（FLOW CONFIG） (9) 3.5 流量计校准功能（CALIBRATION） (10) 3.6 监控功能（MONITOR） (12) 3.7 嵌入式软件升级 (13) 4 LF-UF200面板操作 (14) 4.1-UF200面板构成 (14) 4.2 密码输入 (16) 4.3 参数设置 (16) 4.3.1 F-cFG(流量配置) (17) 4.3.2 SEtUP(快速配置) (17) 4.3.3 StAtE(运行状态) (18) 4.4 快速使用指南 (18) 4.4.1 使用键盘 (18) 4.4.2 使用PT-SCAN软件 (19) 4.5 LF-UF200输出校正 (19) 5 UF200通讯 (20) 5.1 LF-UF200通讯协议 (20) 5.2 MODBUS通讯地址表 (21) 6 UF200仪表维护及检修 (23) 6.1 正常维护 (23) 6.2 异常情况诊断和排除 (23) 6.3 技术支持与售后服务 (24) 6.4 LF-UF200的保修说明 (24) 附录 (25) A 常用液体性质表 (25) B 水温声速表 (30)
超声波流量计安装操作规程
官方网址https://www.360docs.net/doc/413879553.html, 超声波流量计安装操作规程 超声波流量计安装操作规程是怎样的呢？成都永浩机电工程技术有限公司做了以下说明，供大家参考： 一、参数设置 （1）测量管道外周长，计算外径。 外径测量 （2）给主机通电，供电范围10～36VDC，接表上的DC+和DC-端子。 （3）按“menu”键，输入11，按“Enter”键，再用键盘输入管道外径，输入完成按“Enter”键。 （4）按“∨”键，按“Enter”键再用键盘输入管道管壁厚度，输入完成按“Enter”键。 （5）按“∨”键，按“Enter”键通过按“∨”选择管道材质（0,1,2后面的单词分别代表碳钢、不锈钢、PVC材质），输入完成按“Enter”键。 （6）按“∨”键，按“Enter”键，通过按“∨”选择传感器类型，这里选“1”，插入式传感器，输入完成按“Enter”键。 （7）按“∨”键，按“Enter”键，通过按“∨”选择安装方式，一般选
官方网址https://www.360docs.net/doc/413879553.html, “V”或“Z”法安装，输入完成按“Enter”键。 （8）按“∨”键显示安装距离，安装距离可认为是两传感器之间那节管道的长度。 二、安装步骤（能焊接的管道） （1）根据仪表主机计算出来的安装距离确定两个探头的安装点，做好标记。 （2）把流量计配套焊接底座焊接到管道上。 （3）焊接底座冷却后，在底座螺纹上缠上足够生料带，把流量计配套球阀拧到焊接底座上。 （4）把专业开孔器通过螺纹拧到球阀上，打开球阀。 （5）把开孔器前端伸到管壁上，打开电钻开孔。 （6）开孔完成后，把开孔器前端退出球阀，关闭球阀。 （7）松开锁紧螺母，将传感器缩进连接螺母内。 （8）将连接螺母缠上生料带，拧紧在球阀上。 （9）打开球阀，将传感器前端推入管道。 （10）转动传感器，使上游传感器杆上的定向点对向上游（下游传感器杆上的定向点对向下游） （11）重复（2）-（10）步，安装另一个传感器。 （12）安装完成，将线接好，接线方式如下图。
超声波流量计原理、类型及应用
超声波流量计原理、类型及应用 超声波流量计 一、超声波流量计的基本原理及类型 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比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不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。 众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。 另外，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所
超声波流量计安装注意事项
超声波流量计安装 注意事项 1 2020年4月19日
超声波流量计安装注意事项 1.探头安装在管道两侧； 2.安装距离：90MM; 3.管道打磨； 4.涂上耦合剂 2 2020年4月19日
（一）详细了解现场情况 超声波流量计在安装之前应了解现场情况，包括： 1、安装传感器处距主机距离为多少； 2、管道材质、管壁厚度及管径；碳钢，壁厚：6管径：dn250(内) 3、管道年限；开始 4、流体类型、是否含有杂质、气泡以及是否满管； 3 2020年4月19日
5、流体温度； 6、安装现场是否有干扰源（如变频、强磁场等）； 7、主机安放处四季温度； 8、使用的电源电压是否稳定； 9、是否需要远传信号及种类； 根据以上提供的现场情况，厂家可针对现场情况进行配置，必要情况下也可特制机型。 4 2020年4月19日
（二）选择安装位置 选择安装管段对测试精度影响很大，所选管段应避开干扰和涡流这两种对测量精度影响较大的情况，一般选择管段应满足下列条件： 1、避免在水泵、大功率电台、变频，即有强磁场和震动干扰处安装机器； 2、选择管材应均匀致密，易于超声波传输的管段； 3、要有足够长的直管段，安装点上游直管段必须要大于10D（注：D＝直径），下游要大于5D； 5 2020年4月19日
4、安装点上游距水泵应有30D距离； 5、流体应充满管道； 6、管道周围要有足够的空间便于现场人员操作，地下管道需做测试井，测试井如下： （三）确定探头安装方式 超声波流量计一般有两种探头安装方式，即Z法和V法。 可是，当D《200MM而现场情况为下列条件之一者，也可采用Z法安装： 6 2020年4月19日
超声波流量计说明书
ZDL922 -x@7[~A>y V f} H V :9`.Sz g 超声波流量计正确使用规范 1、零流量的检查 当管道液体静止，而且周围无强磁场干扰、无强烈震动的情况下，表头显示为零，此时自动设置零点，消除零点飘移，运行时须做小信号切除，通常可流量小于满程流量的5%，自动切除。同时零点也可通过菜单进行调整。 2、仪表面板键盘操作 启动仪表运行前，首先要对参数进行有效设置，例如，使用单位制、安装方式、管道直径、管道壁厚、管道材料、管道粗糙度、流体类型、两探头间距、流速单位、小速度、大速度等。只有所有参数输入正确，仪表方可正确显示实际流量值 3、流量计的定期校验 为了保证流量计的准确度，要进行定期的校验，通常采用更高精度的便携式超声波流量计进行直接对比，利用所测数据进行计算:误差=(测量值-标准值)/标准值，利用计算的相对误差，修正系数，使得测量误差满足±2%的误差，即可满足计量要求。该操作简单方便，可有效提高计量的准确度。 使用过程中需注意事项： 1、当管道内流体方向是由下向上的时候，可以使用超声波流量计测量。如果液体流向是自上向下的，这个管道是不适合用超声波流量计测量流量数。 2、如测量的管径低于DN15，选择进口超声波流量计，目前国产 超声波流量计对于小管径测量，测量精度很难达到技术要求。当测量的介质为常温时，可选择国产超声波流量计，温度在120 ℃到200 ℃时，应选择进口超声波流量计。 3、测量管道比较老旧的工况，尽量使用单声层(Z法)方法安装探头，不要使用双声道和多声道(V、W法)。单声道更容易接收信号，不容易产生错误信号，能够保证高精度测量。 4、超声波流量计的传感器安装处和管壁反射处必须避开接口和焊缝。同时也要避免在水泵、大功率变频等即有强磁场和震动干扰处安装传感器，安装点上游距水泵应有30D以上的距离，保证流体充满管道。要有足够长的直管段，安装点上游直管段必须要大于等于10D(注：D=管段直径)，下游要大于5D。 5、超声波流量计的传感器安装处的管道衬里或污垢层不能太厚，否则会影响声音传播速度，进而影响测量精度。衬里、锈层与管壁间不能有间隙。对于锈蚀严重的管道，可先处理掉表面的锈层，保证声波正常传播。传感器工作面与管壁之间保持有足够的耦合剂，不能有空气和固体颗粒，以保证耦合良好。 6、测量前，要对管道的外周长(用卷尺)、壁厚(用测厚仪)、管道外壁的温度(表面温度测量仪)等进行测量，能够更利于超声波流量计的参数设定，使测量数据更加准确。当遇到管道有油漆或涂层的管道时候，可以先用角磨机或打磨机等设备处理管道表面图层，然后再用砂纸磨平，这样保证超声波流量计的流量传感器安装点光滑、平整，有利于探头与管道良性接触。 自 动 化 仪 表 之 超 声 波 流 量 计 的 认 识 电气与控制工程学院 测控技术与仪器0902班 姓名：雷军 学号：0906070225 超声波流量计原理 摘要 本文阐述了超声波流量计常用的时差法、多普勒法的测流原理，以及超声波流量计的分类。通过实际测流应用并与流速仪所测的流量结果做了对比分析，得出超声波流量计无论在测流准确度还是在测流精度上都比其它的测流设备高，而且具有其它测流设备所不具备的实时在线和数据远传的优越性能。 一、引言 近几年来，随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展，利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快。基于不同原理，适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现，其应用领域涉及到工农业、水利、水电等部门，正日趋成为测流工作的首选工具。 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比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不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。 众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m 宽的河流都可适用。 另外，超声波测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、 毕业设计说明书超声波流量计的设计 目录 1 绪论 (1) 1.1 超声波流量测量技术发展概述 (1) 1.2 常用流量计类型和性能比较 (2) 1.3 超声波流量计的特点和用途 (3) 1.4 超声波流量计 (3) 1.4.1 多普勒超生波流量计 (4) 1.4.2 时差法超生波流量计 (4) 2 超声波流量计原理 (5) 2.1 超声波简介 (5) 2.1.1 超声波的频率 (5) 2.1.2 超声波的发生 (5) 2.2 研究超声波流量计测水量需用：时差法 (5) 3 时差法超声波流量计的总体设计 (7) 3.1 流量计设计参数 (7) 3.2 换能器的安装 (7) 3.3 测量原理 (8) 3.3.1 声学原理 (8) 3.3.2 测时原理 (9) 3.4 系统硬件框图 (11) 4 时差法超声波流量计的硬件设计 (13) 4.1 超声波换能器的选择 (13) 4.2 超声波发射/接收电路 (13) 4.2.1 超声波发射电路 (14) 4.2.2 超声波接收电路 (15) 4.2.3 采样保持电路 (18) 4.2.4 电压比较电路的设计 (20) 4.2.5 切换控制电路 (21) 4.3 信号采集及控制电路 (21) 4.3.1 从单片机的选取 (21) 4.3.2 电路设计 (22) 4.4 信号处理及人机接口电路 (22) 4.4.1 主单片机系统方案 (22) 4.4.2 数据存储电路 (24) 4.4.3 键盘电路 (24) 4.4.4 时钟电路 (25) 4.4.5 液晶显示电路 (26) 4.4.6 与从单片机通信接口 (27) 4.4.7 与PC机通讯接口 (28) 4.5 硬件抗干扰设计 (29) 4.5.1 干扰的来源 (29) 4.5.2 抗干扰措施 (30) 5 时差法超声波流量计的软件设计 (31) 5.1 主单片机软件设计 (31) 5.2 从单片机部分软件设计 (32) 5.2.1 从单片机软件流程图 (32) 5.3 单片机软件抗干扰措施 (33) 5.3.1 数据采集误差的软件对策 (33) 5.3.2 控制状态失常的软件对策 (33) 6 系统误差分析 (34) 6.1 系统误差分析 (34) 6.1.1 误差基本理论 (34) 6.1.2 误差产生因素 (35) 7 结论 (40) 参考文献 (41) 致谢 (43) 1.引言 研究利用超声波测量流体流量已经有数十年的历史了。1928年，法国人0.Rutten研制成功了世界上第一台超声流量计。但为了使超声波流量计有一定的精度，时差法超声波流量计要求对时间的测量至少有10mS，这在当时是很难做到的。1955年，应用声循环法的MAXSON 流量计在美国研制成功，用于航空燃料油流量的测量。50年代末期，超声波流量计由理论研究阶段进入工业应用时期。但由于电子线路太复杂而未占有牢固的地位[1]。 进入20世纪的70年代以后，由于集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事，再加上高性能、工作非常稳定的锁相技术(PLL)的出现与应用，使得超声波流量计的可靠性得到了初步的保证，同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法超声流量计。锁相频差法测量周期短，响应速度快，而且几乎完全消除了声速对测量精度的影响，因而这种方法成为测量大管径大流量超声流量计的主要方案，缺点是测量小管径小流量时精度得不到保证。同一时期，前苏联科技工作者对管道内流体的流速分布规律作了大量深入细致的研究，指出管道内流体流动存在两种状态：层流状态和紊流状态，并给出了层流状态下的理论计算公式，为超声波流量计进一步提高测量精度打下了坚实的理论基础。至此，超声波流量计的研究和应用才蓬勃发展起来，超声流量计的种类也越来越多，相继出现了波束偏移法、多普勒法、相关法及噪声法等。其中波束偏移法是利用超声波在流体中传播时因流体流动产生的波束的偏移量的大小来测量流量，这种方法灵敏度低，只能用来测量大管径大流量;多普勒法利用不纯净流体中散射体的多普勒频移来测量流量，特别适用于 不纯净流体的流量测量；相关法利用相关技术来测量流量，测量精度高，适用范围广，但相关流量计线路复杂，价格昂贵，一般只在要求较高的场合使用；噪声法则通过检测流体中的噪声来测量流量，这种方法线路简单，价格便宜，但精度低，只能在要求不高的场合使用。 到了80年代中后期，单片机技术的应用使超声流量计向高性能、智能化的方向发展。由于使用了单片机作中央处理单元，系统不仅可以进行复杂的数学运算和数据处理、进一步提高了超声波流量计的测量精度，而且还能设计出友好的人机界面，使系统具有参数设置、自动检错排错功能以及其他一些辅助功能，大大方便了用户的操作和使用。单片机在超声流量计中的应用，是超声流量计开始真正进入工业测量领域。 2课题研究背景 2.1超声波流量计的现状 近10年来，基于高速数字信号的处理技术与微处理器技术的进步，基于新型探头材料与工艺的研究，基于声道配置及流动力学的研究，超声流量测量技术取得了长足的进步，显示了它强劲的技术优势，形成了迅猛发展的势头，其潜在的巨大的生命力是显而易见的。 超声流量测量技术的基本原理是利用超声波在流.体中传播时所载流体的流速信息来测量流体流量的。超声波流量计一般.由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波换能器将电能转换为超声波能量，将其发射并穿过被测流体，接收换能器接收到超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号，供显示和积算，这样就实现了流量的检测显示。 在国外，以美国Controlotron公司和Ploysonics公司为代表的产 § 1.3 工作原理 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，其传播时间的变化正比于液体的流速。零流量时，两个传感器发射和接收声波所需的时间完全相同（唯一可实际测量零流量的技术），液体流动时，逆流方向的声波传输时间大于顺流方向的声波传输时间。 § 1.4典型用途 携带式超声波流量计/能量表用于测量各种能够传导超声波的单一均匀的液体的流量及热量。 携带式超声波流量计采用非接触测量方式，测量范围大，没有活动机械部件，不受系统的压力和恶劣环境的影响，已成功应用于水、纯水、海水、污水、化工液体、江河水、燃料油等流体的计量工作中。标准传感器的上限温度为110oC ，超过此温度请与厂家或供应商联系。 携带式超声波能量表广泛应用于制冷、供热、换热器、冷冻机、锅炉等行业系统能量消耗行的计量。 2．主机操作快速入门 § 2.1 如何开关机 按 On 键3秒打开流量计的电源，按 Off 键3秒关闭流量计的电源。 § 2.4 键盘及常用菜单的快捷操作 § 2.4.1 16键键盘 0 － 9 和 . 键用于输入数字或菜单号； ?键用于左退格或删除左面字符； 一菜单， 在输入数字时，相当于正、负号键； MENU 键（简称为M键）用于访问菜单， 先键入此键后再键入两位数字键，即可进入 数字对应的菜单窗口； ENT 键, 为回车键，也可称为确认键， 用于“确认”已输入数字或所选择内容。另 一个功能是在输入参数前按此键用于进入“修改”状态。 超声波流量计/热量表采用了窗口化软件设计，访问窗口的快捷方法是在任何状态下，键入MENU 键，再接着键入两位数的窗口地址码。例如欲输入或查看管道外径参数，窗口地址为11，键入MENU 1 1 即可。 访问窗口的另一种方法是移动访问，使用按键▲/+ 和▼/- 及 ENT 键，例如当前窗口为66，键入▲/+ 即进入窗口65，再键 入▲/+ 进入窗口64；键入▼/- 后，又回到窗口65，再键入▼ 超声波流量计简易操作 超声波流量计9x系列，首次安装需要注意四点（操作密码为仪表型号：如91）： 一、 了解现场的工艺情况：前后直管段是否符合要求，前5D后5D、管道材质、壁 厚、涂层等、管道尺寸、管道内压力、介质温度。 二、 根据现场实际和工艺情况，计算出需要的安装方式—声程选择、安装距离、线 长等参数 三、 现场实际安装，根据计算结果，确定安装位置。注意：探头与管道接触面需要 打磨处管道材质的金属本色。安装时候探头的耦合剂必须有，作用：确保探头和管道紧密结合，排出空气。 四、 安装完成后，确定电源和信号线接线正确无误。仪表上电，快速设定菜单下首 先设置“传感器安装快速设置”菜单设置参数：夹持式、管道材质等； 然后再设置“快速设定调试”菜单参数设定 一般情况下，输出方式选择4-20mA HART NAMUR，4mA对应量程下限，一般为0，20mA对应量程的上限。其中有一个参数是比较重要的： 失效模式是指在发生故障报警的时候，输出的方式：最大、最小、保持当前值、实际电流值。出厂默认是最小电流，我们需要选择实际电流值。为了测试仪表通讯是否正常，我们需要做一下模拟输出，该功能会根据设置值给出一个电流信号。该功能能默认是关闭的，我们做测试的时候将该参数打开，使用完毕后必须将模拟输出关闭。 需要注意的是，在选择电流输出方式的时候，频率脉冲输出功能必须关闭。否则当量程超过仪表频率脉冲输出方式默认量程后，仪表可能会出现报警#355—358，报警内容含义是指频率输出超限，这个报警不会影响电流输出方式的电流值，流量减小后该报警会自动消失。 至此，一台超声波流量计就安装调试完毕了。在管道不满的情况下，表头会出现F881报警信息提示信号太低，这个问题在管道内充满介质后会自动消失。 超声波流量计操作规程 1 范围 本规程适应于西部管道所有超声波流量计。 2 规范性引用文件 本规程根据技术规格书和设备技术资料，对超声波流量计的安装、操作和维护进行了说明。 3 概述 UFM 3030超声波流量计是精密的仪器，流量测量不受传异性、粘度、温度、密度和压力的影响。可用于液体的线性、双向液体流量测量。可以通过标准模拟或脉冲/频率输出将流量测量值输出。通过用户的操作员界面（人机界面），可以将装置设置用于一系列范围很广的应用。除了实际容量流量测量，还可以对装置进行配置，用于执行流量计算（加、减和总和）。同样也可以对液体超声波速度的测量与输出进行配置。 4 仪表电气接线 4.1 电源连接 UFM 3030超声波流量计的电源接线端子如图示，分别为备用接线端子、电源接线端子及保护接线端子，仪表必须连接独立的接地。 电源端子接线图 各端子功能说明： 端子10 L/L1 功能 备用接地连接 火线电源 规格 不用于保护性接地 交流电源 100 V ac 100V ac 流量计的电气信号输入和输出的端子由6个连接组成，对于信号输入与输出的配线，采用非屏蔽的双绞线。 电气输入和输出信号可以在有源或无源模式下连接。在有源模式下，从V＋端子提供直流电源电压。在无源模式下，从外部电源提供电压。 注意！切勿同时在同一端子使用有源和无源模式。 如果使用了HATR通信时，勿在有源模式下连接脉冲/频率输出P。 接线端子图示： 对于标准仪器 对于配备有通信模块的仪器 各接线端子功能说明： 端子功能规格 ⊥常用接地－ A1模拟输入1，用于通过菜单选项 3.2.2.和3.2.3.进行温度测量配置0（4）至20 mA Ri = 58.2 ohm 保险丝＝50 mA A2模拟输入2，用于通过菜单选项 3.2. 4.和3.2. 5.进行温度或压力测量配置0（4）至20 mA Ri = 58.2 ohm 保险丝＝50 mA P脉冲/频率输出。可以通过菜单选项 3.5.0.设置功能。最大电流：150 mA 最大电压：32Vdc，24Vac 最大频率：2 kHz I/C混合的电流输出（I）和数字 输入（C） 电流输出（I）包含HART通信 可以通过菜单选项3.4.0.和3.6.0.设置功能。电流输出（I）：I ≤ 22 mA 额定负载≤680 ohm，最大电压=15Vdc 数字输入（C）：低＝0-5VDC，高＝15-32VDC。当电流输出激活后将被关闭。 V＋转换器的直流电源，用于输入和输出的有效线满负载时为22VDC。最大24VDC。 I ≤ 100 mA。 D＋通信连接＋用于现场总线通信 D－通信连接－用于现场总线通信 P/I/C混合的电流输出（I）数字输出 （C）和脉冲输出（P）。参见 单独的I/C端子和P端子功能。 参见单独的I/C端子和P端子的规格。 4 面板显示与按键键操作 流量计提供了方便的按键操作，使用提供的特殊扳手取下电气部分的前盖（玻璃盖），即可触及前面板及其操作键。 4.1 仪表显示面板显示说明超声波流量计正确使用规范
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