丹尼尔气体超声波流量计简介
丹尼尔超声波流量计工作原理
丹尼尔超声波流量计工作原理丹尼尔超声波流量计是一种用来测量流体流速和流量的仪器，它利用超声波通过流体进行测量。
它的工作原理是基于多次超声波脉冲的发送和接收，并根据超声波在流体中的传播速度和方向来计算流速和流量。
在丹尼尔超声波流量计中，通常包括传感器和智能处理器两大部分。
传感器通常包括发射器和接收器，它们安装在管道上并通过超声波来测量流体的速度。
当超声波脉冲由发射器发送到流体中时，它们将在流体中以特定的速度和方向传播。
接收器会接收到这些超声波并将它们发送回智能处理器进行分析。
智能处理器是流量计的核心部分，它通过分析超声波的发送和接收时间来计算流速和流量。
当超声波沿着流体传播时，在流速不同的情况下，其传播时间也会不同。
通过计算超声波发送和接收的时间差，智能处理器可以精确地计算出流体的流速和流量。
丹尼尔超声波流量计的工作原理具有以下几个特点：1. 非接触式测量：由于超声波可以穿透管道壁直接作用于流体，因此不需要与流体直接接触，能够实现非侵入式的测量。
2. 高精度：利用超声波的高频传输特性，丹尼尔超声波流量计可以实现高精度的流速和流量测量，其测量精度能够满足工业生产的需要。
3. 适用范围广：丹尼尔超声波流量计适用于各种类型的流体，包括液体和气体，而且适用于各种管道材质和管径大小。
4. 耐腐蚀性好：由于超声波测量不需要与流体直接接触，因此不会受到流体的腐蚀影响，能够应对各种腐蚀性流体的测量。
虽然丹尼尔超声波流量计具有诸多优点，但也存在一些局限性。
超声波传播受流体性质的影响较大，对于气泡、气体和悬浮颗粒等的存在都会影响测量精度。
安装位置和管道的形状、尺寸等也会对测量结果产生一定影响。
丹尼尔超声波流量计通过发送和接收超声波并利用智能处理器进行分析，可以实现对流体流速和流量的准确测量。
它的工作原理具有非接触式测量、高精度、适用范围广、耐腐蚀性好等特点，是一种在工业生产和流体控制领域中广泛应用的流量测量仪器。
气体超声波流量计介绍
气体超声波流量计介绍气体超声波流量计是一种利用超声波传感器测量气体流量的仪器。
它基于声速在流体中传播的原理，通过测量超声波在气体中传播的时间差，计算出气体的流速和体积流量。
气体超声波流量计广泛应用于石油化工、冶金、能源、环保等行业中的气体流量测量。
首先，发射端发射一束超声波脉冲信号，这个信号会经过气体中的传播路径，到达接收端。
传播路径可以是垂直于气体流动方向的路径，也可以是与气体流动方向平行的路径。
通常情况下，超声波脉冲信号会沿着一个或多个固定角度发射，以确保波束能够穿过气体流动区域。
接下来，超声波在气体中传播时会受到气体流速的影响。
当气体流速较慢时，超声波传播的时间较短；当气体流速较快时，超声波传播的时间较长。
这是因为超声波的传播速度在气体中是一个常数，而超声波脉冲信号在传播过程中受到气体流速的影响而产生时间差。
通过测量超声波传播的时间差，可以计算出气体的流速。
最后，接收端接收到超声波信号后，将信号转换成电信号，并通过计算器对信号进行处理。
计算器会根据超声波传播的时间差和传感器与气体流动方向之间的夹角，计算出气体的体积流量。
一些高级气体超声波流量计还可以测量气体的温度和压力，以便更精确地计算气体的质量流量。
在气体超声波流量计的设计中，有几个关键的因素需要考虑。
传感器的位置和角度是非常重要的，因为它们直接影响到超声波信号的传播路径和接收效果。
此外，气体流速的范围和压力温度的变化也需要考虑在内。
正常情况下，气体流速的范围应在传感器的可测量范围内，并且传感器应能适应不同温度和压力条件下的工作环境。
气体超声波流量计具有许多优点。
首先，它具有非侵入性测量，不会对流体产生任何压降和泄漏风险。
其次，它的测量精确度高，可以达到±1%的精确度。
此外，气体超声波流量计的响应时间快，可以实时监测流量变化。
最后，它的维护成本低，使用寿命长，在良好的工作环境下可以保持准确的测量性能。
然而，气体超声波流量计也存在一些限制。
丹尼尔高级超声波气体流量计安装、维修及诊断说明书
重要提示鉴于这些测量仪器为精密仪器，为了确保操作是在设备铭牌所示范围内，因此当你在安装、使用及维护时，必须遵守丹尼尔指南进行。
当在进行安装、使用及维护丹尼尔产品时，应遵守下列提示并将其纳入你的安全工作计划中。
●在进行安装、操作及维修该产品前，应阅读所有说明。
如该手册并非是正确的，请拨打1-713-467-6000（24小时全天侯销售及维修服务支持），尔后将为您提供所需要的手册。
您可保存该手册以供将来参考之需。
●如您对本手册有任何问题不清楚，请联系你的丹尼尔销售代表获得解释。
●请遵照产品所标示及所附的警告、注意事项及说明。
●应教导你的人员进行正确的安装、操作及维护该产品。
●进行安装设备时应按照正确的说明书所指示的要求及当地规范和国家规范。
将所有产品连通适当电源及施加正确的压力。
●为了确保产品的良好性能，应雇用专业的人员进行安装、操作、更新、编排及维护该产品。
●当某部件需要更换时，应确保进行更换工作的专业人员是使用生产商指定的部件。
未经授权的部件及操作流程会对产品的性能产生影响，并会引发操作中的事故隐患。
看起来很相似的替换部件可能会导致火灾、电路短路或不正常的操作。
●为了预防人员受伤，应确保所有设备的门已关闭、保护性的盖子已归位，除非专业人员正在对其进行维修。
●必须始终阅读及遵守《丹尼尔高级超声波气体流量计安装、维修及诊断说明书》和所有产品警告及说明书●如该产品使用于其它非指定用途，可能会导致财产损坏和/或严重人员伤亡。
●在易燃情况下打开产品防火外壳时，必须切断供电。
操作步骤：1. 应先断电。
丹尼尔测量与控制有限公司丹尼尔高级超声波气体流量计安装、维修及诊断说明书注意丹尼尔测量与控制公司（简称丹尼尔公司）不对本说明书的技术或编辑错误及遗漏所负责。
就本说明书而言，丹尼尔公司不作出无论明示或暗示，包含暗示的可为商品性及其适用的目的之保证；并且在任何情况下，丹尼尔公司不对任何特殊及间接损害，包括但不仅限于产品损失及得益损失等等负责。
丹尼尔气体超声波流量计简介
T－SLOT探头的特点
1，高频率，低功耗，低电 压工作，高效，安全 2，灵敏度高 3，可以在线带压更换，更 换电缆不影响工作及精度 4，适用广泛 5， 结构紧凑，插入表体浅， 不易受污垢影响，寿命长
可以使用以下工具在线带压 拆卸并更换超声波探头
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核心技术 2 ：Mark II 电子数据处理单元
Mark II电子单元的计算功能
计算工况流量 可以直接接入温度和压力信号，进行温压补偿运算， 即不使用流量计算机获得标况流量 按AGA 8号报告计算压缩因子 –能粗略计算出压缩因子 雷诺数的计算 –常用来矫正流态剖面对流量测量的影响 流态的矫正 –常用在单通道或双通道流量计中
长输管线 集气系统 海洋天然气 压气站 气体处理工厂 高压管线 输配管网
普通气体超声波流量计
单声道或双声道 短管安装 主要用于非贸易交接 较高级超声波流量计更经济 新安装现场尤其适用 适用于原料天然气的计量
普通气体超声波流量计
特点和技术参数
精度可达 1% 常见尺寸, 100mm - 600mm (4”-24”) 压力可达 ANSI #2500 推荐流速, 最大100英尺/秒(30m/s), 最小3 英尺/秒(0.9m/s), 可延伸至, 1英尺/秒 (0.3m/s).
平行的四声道测量流速
• 每个声道不通过圆心，减少对流态的夸大 •平行的四个声道互相补偿，有效测量流速
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气体高级超声波流量计
四通道流量计
多通道流量计算
流量计算的步骤
丹尼尔气体超声波流量计安装操作手册译文
丹尼尔气体超声波流量计参考、安装和操作手册（译文本）DANIEL（丹尼尔）测量与控制公司一家设在得克萨斯州休斯敦市的爱默森集团公司的过程管理公司本手册用于多通道高级气体超声波流量计– 3400型单通道普通气体超声波流量计– 3410型双通道普通气体超声波流量计– 3420型部件编号 3-9000-740修改版 E2002年9月中国石油西气东输管道公司翻译DANIEL测量与控制公司丹尼尔气体超声波流量计参考、安装和操作手册注意事项Emerson过程管理公司Daniel子公司将不对本手册中的技术错误或编辑错误或本手册内容的不足承担任何责任。
Daniel公司不会作出明示或暗示的质量担保，包括对与本手册有关的某一目的的商品性和适宜性作出暗示的质量担保；因此在任何情况下，Daniel公司都不会对任何特殊的或损害后果赔偿包括但不限于生产损失、利润损失等承担任何赔偿责任。
在本手册中使用到的产品名称仅仅是为了区分制造厂商或供货商，可能是这些公司的商标或注册商标。
本手册内容只用于参考的目的，尽管为保证信息的准确性已尽了全方位的努力，但对于下文中描述的产品和服务、以及它们的使用和适用性而言，这都不能解释为我们已作出明示或暗示的质量担保或保证。
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DANIEL公司不对任何产品的选择、使用或者维护保养承担责任。
正确选择、使用和维护DANIEL产品的责任完全由购买者和终端用户自己承担。
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质量保证1．有限质量保证：除了下文第二部分包含的限制内容以及在此另外明确规定的事宜以外，Daniel 测量和控制公司.(以下简称“Daniel公司”)保证：固件将执行Daniel 公司提供的程序指令；由Daniel公司制造的产品或提供的服务在正常使用和注意保养的情况下，在保用期到期前将不会出现材料或制造工艺缺陷。
DANIEL超声波流量计在西气东输的应用
DANIEL超声波流量计在西气东输的应用本文介绍了英国DANIEL超声波流量计的工作原理、组成结构，安装和维护的方法，阐述了英国DANIEL超声波流量计在西气东输计量工作应用的重要性。
1. 前言中国天然气资源十分丰富，天然气远景储量47万亿立方米，可开采储量18万亿立方米，年产量约350亿立方米，可供开采约500年左右。
新中国成立以来，我国一直致力于清洁能源天然气的勘探开发，但受各方面因素制约，发展不快。
我国天然气生产的跨越发展始于西气东输工程的实施。
该工程自2000年2月启动，特别是2003年10月投产以来，大大促进了全国天然气的勘探开发和消费。
到2006年，我国累计探明天然气可采储量3。
7万亿立方米，天然气产量从2000年262亿立方米迅速增长到去年595亿立方米，年均增长55亿立方米，是20世纪90年代年均增长11亿立方米的5倍，在天然气高速发展的前提下，计量工作显得更加重要。
专家认为，中国将成为未来世界上天然气需求增长最为迅速的国家之一，西气东输年设计输量120亿立方米，而且输量逐年增加，这样大的输量要求计量更加准确无误，如果出现误差，损失相当严重，这样西气东输采用了计量精度0.5级的英国DANIEL 超声波流量计。
2. DANIEL超声波流量计工作原理及流量方程2.1. 工作原理DANIEL超声波流量计是时间直通式超声流量计，声波由一个探头发射另一个接收，不经管壁反射，声波由上游向下游传输的时间（由于声波被气流推动）小于声波由下游向上游传输的时间（声波被气流反向阻挡），这两个时间之差与气流的速度存在某种对于关系，从上、下游测得的传输时间可以计算出气流的平均速度和声波的速度。
如图一。
2.2. 流量方程2.2.1. 任意一对传感器的流量方程逆流传播时间：（1）顺流传播时间：（2）从（1）、（2）方程中求出：2.2.2. 四声道超声波流量计流量方程美国Daniel公司生产的四声道高级超声波流量计，四组对射传感器呈“X”型分布，使之更有利于涡流或偏流等流态的测量。
丹尼尔气体超声波流量原理简介计
声波的波长
波长等于声波的速度除以声波的频率
随介质的密度降低而变弱
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声波的强度
Fisher-Rosemount Confidential Daniel Product Training
超声波
超声波是高频率的声波
人类可以通过听觉感知到的声波频率范围从20到 20,000 Hz
Fisher-Rosemount Confidential Daniel Product Training
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流体剖面特性
气体在管道的中心线一带流动较快,越接近管壁 流速越慢
单通道和双通道流量计需要流体经过流态矫正
Fisher-Rosemount Confidential Daniel Product Training
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超声波流量计的技术特点
应用实例
一台16”(DN400)的超声流量计可相当于三台 12”(DN300)的孔板流量计流通量的总和
投资:
一台16“多通道超声流量计的投资为$79,700; 三台12“孔板流量计带直管段的总投资为$184,300; 节约投资超过 $104,000
1994: Daniel引入防爆的Mark II电子处理装置
Fisher-Rosemount Confidential Daniel Product Training
Mar 00
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丹尼尔超声波流量计的发展历史
DANIEL超声波流量计原理及应用分析
种类 型 分 别予 以介 绍 。
１１ 单 通 道 超 声 波 流 量 计 ．
如 图 ２ 示 ， 声波 流量 计 的上 下游 传感 器探 头倾 斜 安装 ， 所 超 探 头 中心 对准 。 ２ 头 的中心 水平 距 离为 ， 其 探 中心 直线 距 离为 三 管 ， 后 ， 声 波 的应 用前 景更 加 广泛 。 用 时差 法 制造 的超 声 波流 量计 超 利 道 直径 为 Ｄ， 管轴 线 与 传感 器 声道 之 间的 夹 角为 ０ 。流 体 以速 率 在应 对 复杂 环境 时 有着 其 固有 的优 势 ，因此 得 到 了广 大用 户 的 青 从左 向右流 动 ， 声波传 输速 率 按光 速 ｃ 算 。 超 计 睐， 它不 但 可 以用 于 液 体 、 固 两相 流 的测 量 ， 且 可用 于 气 体 流 液 而
摘
要 ： 重分析 了 Ｄ Ｎ Ｅ 着 Ａ Ｉ Ｌ超声波流量 计的工作原理、 组成 结构、 操作步骤 ， 并介绍 了 Ｄ Ｎ Ｅ Ａ ＩＬ超声波 流量计在矿 井排水系统中的应用 。
关键词 ： Ａ Ｉ Ｌ Ｄ Ｎ Ｅ 超声 波流 量计； 工作原 理； 结构； 应用
０ 引 言 流 量计 作 为 在化 工 、 金 、 油 等众 多 行业 中应 用 的 仪表 ， 冶 石 有 着 不可 替代 的作 用 。２ Ｏ世纪 ８ ０年代 ， 规模 集成 电路技 术发 展 之 大
回路 如 图 １ 示 。 所
量
上 游传 感器
图 ２ 时 间直通式超声流量计 原理 图
由于 超声 波 脉冲 在流 体 中的 传播速 度 受流 体 影响 ，导 致其 顺 流传 播速 度 与逆 流 时不 同 。当超 声波 脉冲 传播 的水 平 分速 度与 流 体流 动方 向一 致 时 ，在 超 声波 声道 长度 内上下游 传 感器 从超 声 波 发射 到接 收 的时 间为 ：
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V(r) = Vo (1-r/ro)1/n
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将流速简化为三个区域
Profile and Area Representation
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每个声道所代表的流速与平均流速的对应关系
天然气计量系统的基本组成
RS232/RS485 色谱的分析数据 温度& 压力数据
与上位机数字通信,包括所有 诊断和报警信息 标况流量,总能量,天然气组分 及管理所需的信息
RS485 或脉冲 接收工况流量
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天然气计量系统的基本组成
1、工况流量测量仪表（如气体超声波流量计）
CF = 矫正系数 WR =管壁粗糙度 Re = 雷诺数
如何确保超声波流量计的精度
精确的几何加工尺寸和精密的传感器定位 仪表的整体化技术贯穿于设计的全部过程中， 整体铸造钢制表体，减少焊缝接口，有效减少 表体热胀冷缩对计量的影响 时间直通式测量原理本身具有较高的精准度， 不受表体内部光滑程度或污垢的影响。 对流体剖面特性及流场,流态的检测,并采用精 确的数学模型进行补偿
平行的四声道测量流速
• 每个声道不通过圆心，减少对流态的夸大 •平行的四个声道互相补偿，有效测量流速
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气体高级超声波流量计
四通道流量计
多通道流量计算
流量计算的步骤
测量每个通道的声波传输时间 计算每个通道的速度 计算平均速度 流速乘以截面积
流量计算准确的关键问题
Individual Path Velocity is Average for that Path
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通过圆心的声道对流态的曲解
•不同流体形态，测得速度却是相同的 •测得的速度夸大了气体流动的平均速度 •由于角度造成的错误
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Flow
X
D
L
t2 =
L c + v(x/L)
流量方程
流量从上述方程中求出
L (t1-t2) v= 2x t1t2 L (t1+t2) c= 2 t1t2
2
v = 流体速度 c = 声速 t1 = 上游传输时间 t2 = 下游传输时间
超声波流量计的计算
多通道即多路流速测量!!
A B C D
L (t1 -t2 ) Vn = 2x (t1 t2 )
丹尼尔超声波流量计的发展历史
1998: DANIEL开发出可在线拆装的超声波探头器并可提 供在线带压拆装工具 2000: 中油西南分公司采用7台DANIEL高级超声波流量计 用于贸易计量，向重庆和四川的大型天然气用户供气。 2001：大庆油田天然气公司采用7台DANIEL 中级超声波 流量计用于储气库和内部管线计量。
在高含硫,带有凝析液天然气中使用超声波流量 计与孔板流量计的比较
精度
– 高级超声波流量计精度:优于0.5%,并可免实流标定 – 普通超声波流量计: 1% – 与孔板和涡轮流量计相比，精度不易受气质和分 层的影响 – 孔板流量计在内部肮脏的情况下,计量数据会呈负 偏差.DANIEL 超声波流量计即使在表体内部有大 量污垢的情况下,仍能保持高精度.
丹尼尔气体超声波流量计简介
气体超声波流量计量系统简介
基本概念
1、超声波计量系统的任务
准确测量经过在气体输送管道中安装的超声波流量计的天然量
2、天然气的特性
可压缩性，根据天然气所受压力、温度和天然气组成的不同，其 可压缩的程度也不同
3、怎样衡量天然气的量
A，体积计量：将经过超声波流量计的、在实际输送状况下的天 然量转换为某一指定状态（标准状态）下的天然量 B，能量计量：将经过超声波流量计的、在实际输送状况下的天然 量转换为该气量燃烧后可以发出的热量
时间直通式测量原理
本安型传感器信号检测回路
脉冲发生器
接收单元
检测单元
120 kHz 超声波信号
( 大大给予调节阀的干扰频率60 kHz)
时钟
100 MHz 晶振
超声波流量计
传输时间 004
.
X
Flow
D
L
传输时间 .007
.003
高级超声波流量计流量方程
任意一对传感器
t1 =
L c - v(x/L)
Benefits of New “J” Mount and Chordset “J”
Easier to assemble Better alignment on re-assembly Smaller design permits more compact meters Chordset less expensive for customer Easier to assemble and disassemble Better moisture protection than previous unit
DANIEL高级超声波流量计
特点和技术规范
声速,温度,气体运行状况的测量是相对独立的 特别适用于高压气体,一般最低工作压力为10(4 ～5 )bar 常见流量计的直径, 100mm - 600mm (4”-36”) 最高压力可达ANSI #2500(约42MPa)
高级超声波气体流量计
应用场合 长输管线 集气系统 海洋天然气 压气站 气体处理工厂 高压管线 输配管网
Mark III Electronics
The Mark III is the new generation in the Daniel Ultrasonic Meter (USM) electronics. The new Mark III will replace the entire Mark II electronics and preamp. The new design will work with all Daniel USMs. The Mark III will mount directly on the meter body just as the Mark II. The housing of the Mark III will be similar to the Mark II. The Mark III will be interchangeable with existing Ultrasonic meters in the field currently using Mark II electronics.
2
Σ Vavg = n=1 Wn Vn
4
பைடு நூலகம்
多通道流量计
几何权重因子
权重因子仅取决于探头的几何分布情况!
A B C D
Wa 0.1382 = Wb= 0.3618 Wc = 0.3618 Wd= 0.1382
多通道流量计
流速测量
流量与流体的流速和截面积有关
流量=流速*截面积
普通型超声波流量计流量方程
用于测量在管道中实际输送状态下的天然气流量
2、温度、压力测量仪表（如温度、压力变送器）
用于测量管道实际输送气体的状态
3、天然气组成分析仪表（如气相色谱分析仪）
分析管道中输送的天然气成份，用于计算天然气的可压缩程度或天然 气的可发热程度
4、计量二次仪表（如流量计算机）
综合上述测量结果，计算出满足贸易交接要求的量值
Tup = c - v(x/L)
Flow
L
X
Tdn =
L c + v(x/L)
L/2
L/2
D
普通超声波流量计的计算
L2 (t1 − t 2 ) v= 2 x t1t 2
单通道流量计
L (t1 + t 2 ) c= 2 t1t 2
流态剖面流态矫正
对单通道和双通道流量计来说
0.242 CF = 1 + WR 0.835 LOG (0.2703 + 0. 8 D Re
流量流速测量的结果对表体几何尺寸的要求 有关流体的全部计算结果取决于对声波传输时间 的测量 传输时间的测量取决电子器件的性能 有效消除旋涡和不对称流的影响。
丹尼尔超声波流量计的核心技术特点
New “J” Mount Components “J”
New “J” Mount Assembly “J”
时间直通式测量原理的精确性
电子时钟的稳定性 连续测量与流体状态相关的声波脉冲 对电子元件和传感器引起的信号滞后给予恰当 的补偿
对不同流态的气体进行动态补偿
流体剖面特性
Power law velocity profile
Gas velocity is a function of position in pipe
Advantages
Single board design for increased reliability.
– – – – – Mark II used 4 boards. Mark II used 4Mhz 8 bit processor. Mark II was 5 seconds. Mark II used two programs. Mark II fired all transducers 4/sec.
丹尼尔超声波流量计的发展历史
八十年代初期, 英国煤气公司开始研发四通道的超声波流量 计 1986: 英国煤气公司授权Daniel公司作为唯一的开发商,进 一步开发该类型流量计的工业领域的应用 1989: 第一台模拟电路超声波流量计顺利出厂,在英国开始 销售并用于商业计量 1993: DANIEL公司采样自动增益控制和数字信号处理技 术改善了流量计的电子单元,提高了信号的保真度和流量计 的精度 1994: DANIEL引入防爆的Mark II电子处理装置 2005: DANIEL将Mark II升级为MarkIII电子处理装置