超声波在天然气流量计中应用
论天然气流量计量中的气体超声波流量计应用
流 量基准 。
的流 量低 于气体超 声波流 量计 的流量拐 点时， 气体 超声波流 量计 的准确度 将降 低， 而 出现 较 大的误 差 。天然 气 的流速 过高 时会 出现超 声波信 号被 吹跑 ， 从 换 能器 检测 不到超 声 波信号 的情 况， 出现 计量 故障 。所 以， 我们 在进 行气 体超 声 波流 量计 的选 型时应 该充分考 虑天然 气在 管道中 的流速， 免出现超 低 限或超 避 高限运行的情况 。
１时差式 气 体超 声波 流量 计的 工作 原理 时差 式气体 超声波 流量 计的是 利用 超声波 在气 体中沿 顺流传 播 的时间和 沿逆流 传播 的时 间差与气 体流 速成 正 比这 一原 理来测 量气 体流量 的 。气 体 的 流速测 量与 介质 的声速 无 关， 只与 长度和 时 间两 个参数 有 关 。气 体超 声流 量 计 测量 原理 是长 度与 时间 两个基 本 量 的结合 ， 导 出量 时 间和长 度 的溯源 性 其 好， 溯源准 确度 高， 超声 波流量 计能 够有 很高 的计量准 确度 。并表 １ 气体超 声波 流量 计 的最 大和 最小 流量
２ １ 噪声 对气体 超声 波流量 计准 确度 影响 ． Ｇ ／ １ ６ ４ ２ ０ 用 气体超 声波 流 量计测 量天 然 气流 量》 中提到 来 Ｂ Ｔ ０ — ０ １《 ８ 自被测 介质 内部 的噪声可 能会对 气体 超声 波流量 计 的测 量准 确度 带来不 利 的 影响 。噪声 的来 源 主要 有 环境 噪 声和 气流 经 过没 有 全 开的 阀 门时节 流 的 噪 声 。我们 采用 气体 超声 波流 量计 上游 阀 门 １ 流控 制流 量大 小 时， 节 节流 的声 音 随着流量 的增大而 增大， 体超声波 流量计 与标准 孔板 流量 计的相对 误差也 气 逐 步增 大， 体超 声波 流 量计 的流 量低 于标准 孔板 流 量计 流量 。当 阀 门 １ 气 全 开 用阀 门２ 制流 量大 小的 时候 ， 控 气体超 声波 流量计 的信 噪 比较 大且 基本保 持 不 变， 体超 声波流 量 计 与标准 孔板流 量 计 的相对 误差基 本保 持不 变 。当采 气 用上 游 阀ｆｌ ］ 节流 的时候 ， 气体超 声波流 量计 的信 噪比 明显 低 于上游 阀 门全 开 的 时候 。这是 因为 ， 当气 体超 声波 流量 计上 游 阀 门节 流 时除 了能产 生我 们能 听到 的声音外 还能产生 人耳无 法听 到高 频超 声波， 当这种 声波 的频率与气 体超 声波流量 计的工作 频率 相近时气 体超声 波流量计 信噪 比降低， 从而 影响流量 计
新型超声波燃气表在燃气运行管理方面的应用
新型超声波燃气表在燃气运行管理方面的应用摘要：在我国进入21世纪快速发展的新时期，经济在迅猛发展，社会在不断进步，随着燃气行业的进步及其信息化建设的发展，信息与业务服务已高度融为一体，燃气用户的用气安全及大数据信息化也成为燃气公司关注的重点，传统的膜式燃气表已无法满足燃气信息化发展的需要。
为实现远程监控用户用气安全及大数据信息化的目的而设计的新型NB超声波燃气表，除了具备高精度、宽量程等优越的计量性能、异常流量切断阀门、智能报警、远程监控等功能，还兼具精美的外观、简洁的生产工艺、优越的用户体验感。
作为新一代的燃气计量器具成为燃气信息化的重要组成部分，是燃气公司对燃气运营实施有效管理的重要工具。
该款超声波智能燃气表及其配套的全生命周期维护系统能够为燃气用户提供更高效、更安全、更优质的服务，是建立智能社区、智慧城市的重要组成部分。
关键词：超声波燃气表；智能计量；远程监控引言近年来，得益于中国经济的发展，环保清洁能源越来越受到高度重视，因而人们对天然气这类环保能源的需求也与日俱增。
与此同时，天然气管道铺设和配套设施建设的日渐成熟也为天然气逐渐成为最普及的清洁能源提供了强有力的支持。
本文将为大家详细介绍天然气的新型计量器具———超声波燃气表的计量特性和工作原理，并与传统的膜式燃气表进行比较、研究，从而进一步分析超声波燃气表的应用领域和发展趋势。
1概述超声波技术在燃气计量领域的应用已有几十年的历史，早期主要应用于工商业贸易结算领域，随着技术的发展，家用超声波燃气表技术获得较大突破，在2010年前后家用超声波燃气表开始在国内进行试应用，随着检定规程及行业标准的出台，家用超声波燃气表在国内的用户量得到迅猛发展，截至2019年，国内超声波燃气表累计用户量已近百万。
超声波燃气表不同于传统的容积式膜式燃气表，它是电子速度式燃气表，采用时差法计量原理，除具有较高的计量精度外，由于其采样周期短，可以更快更准确的识别异常流量并与燃气阀门进行联动，实现智能关闭阀门功能，并且可以物联网功能结合实现自动报警功能，同时该表具可进行介质声速测量，通过声速值变化智能判断用户私拆表或胶管脱落等异常状况，大大提高居民用气的安全性。
超声波在天然气流量计量中的应用
造水 平等诸 多 因素 和历史 条件 限制 ，应用被 局 限在
液 体方 面 ， 到 ８ 直 ０年 代之 后 ， 随着 相 关 研究 、 术 、 技 工艺 和制造 水平 等 方面 的发展 和提 高 ，特别 是 集成 电路 、 字 电路 、 处 理 器 、 速 数字 信 号 处 理技 术 数 微 高
家标 准 ． 使得 多声 道超 声波 流量 计在 国内贸易 口岸 、 西气 东输 沿线 以及 国 内管道 天 然气 大流 量 贸易计 量 方 面 的应 用 与发 展 得 以迅速 扩 大，并 正逐 步取 代 孔 板流 量计 ． 为 贸易计 量 结算 的主要 方式 成 很 多 种 速 度 式 流 量 计 在 线 实 际计 量 中误 差 增
统 ， 存唯 一使 用孔板 计量 的交 接 站 ． 因运 行维 护 现 也 管理 费用 高 。 备将其 改造 成超声 波 计量 系统 ． 划 准 计
２０ ０ ８年 内 投 运
至今 已有 美 国 、 兰 、 同等 １ 荷 英 ２个 国 家政 府 机 构 批准 超声 波流量 计量 作 为贸易 结算 的法 定计 量 器
天然气超声流量计的应用与故障处理
超 声脉 冲传 播速 度 比逆 流时传 播 的速度 要 快 ，这 ２ 种 超声 脉冲传 播 的时 间差 越大 ，则 流量也 越大 的原
流 量 指 示 不 为 零 ， 别给 出 了相 应 的排 查 方 法 。 结合 现 场 应 用 实例 ， 证 了排 查 方 法 的 有 效 性 并 提 出 了使 用 过 程 中的 注意 事 分 验
项 。
关 键 词 天然 气 超 声 流量 计 故 障排 查
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ Ｄｉｃ ｓｉｎ ｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｇ ｐ ｎ ｉ ｌ， ｈ ｉ ｅｉ ｅ ｉ ｓａｌｔ ｎ ｏ ｈ ａ ｏ ｉ ｆ ｗ ｔ ｒａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｅ ａ ａｉｎ ｂ ｆｒ ｓ ｕ ｓｏ ｓｆ ｃ ｓ ｓｏ ｈ ａ ｕ ｉ ｒ ｃｐ ｅ ｔ ｅ ｐｐ ｌ ｎ ｔ ｌ ｉ ｆｕ ｒ ｓ ｎ ｃ ｌ ｍｅｅ ｎ ｈ ｒｐ ｒ ｔ ｅｏ ｅ ｎ ｉ ｎ ａｏ ｏ ｏ ｉ ｉ ｔ ｎ ｐ ｒ ｄ Ｉ ｉ ｒ ｃ ｍｍｅ ｄ ｄ ｔ ａ ｐ ｔ ａ ｌ ｅ ｓ ｏ ｌ ｅ ２ Ｄ ｗｈｌ ｈ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｅ ｓ ｏ ｌ ｅ ５ ｔ ｓ ｒ ｓ ｏｔ ． ｔ ｓ ｅ ｏ ａ ｅ ｎ ｅ ｈ ｔｕ ｓｒ ｍ ｉ ｈ ｕ ｄ ｂ ０ ｉ ｔ ｅ ｄ ｗ ｓ ｅ ｍ ｉ ｈ ｕ ｄ ｂ Ｄ，ａ ｄ ｔ ａ ｅ ｔｏ ｅ ｏ ｅ ｎ ｅ ｒ ｎ ｎ ｈ ｔ ｓ ｆｚ ｒ ｔ ｌ ｈ ｕ ｄ ｂ ａ ｒ ｕ ｅ ｏｅ ｔ ｅ ｕ ｅ ｏ ｗｍｅｅ ｓ Ｍｅ ｎ ｉ ，ｓ ｍｅ ｃ ｒｅ ｐ ｎ ｉ ｇ ｃ ｅ ｋ ｎ ｔ ｏ ｓｆｒ ｎ ｒ ｌｆ ｗ ｏ ａｕ ａ ｆ ｗ ｓ ｏ ｌ ｅ ｃ ｒｉｄ ｏ ｔｂ ｆ ｒ ｈ ｓ ｆ ｏ ｏ ｅ ｌ ｆ ｔｒ ． ａ ｗｈ ｌ ｏ ｏ ｒ ｓ ｏ ｄ ｎ ｈ ｃ ｉ ｇ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｏ ｍａ ｏ ｆｎ ｔ ｒｌ ｅ ｌ ｇ ｓ ｎ ｏ ｄ ｓ ｌｙ ｉ ｌ ａ ｏ ｉ ｏ ａ ， ｏ ｆ ｗ ｉ ａ ｎ ｕ ｔ ｓ ｎ ｃ ｆ ｗｍｅ ｅ ｓ ｏ ｅ ｓｚ ｆｍｅ ｓ ｒ ｇ ｅＴ ｒ，ａ ｄ ｎ ｎ ｚ ｒ ｎ ｉａ ｉｎ ｏ ｏ ｆ ａｕ ａ ｇ ｓ ｉ ｈ ｔｔ ｌ ｐ ｒ ｌ ｔ ｒ， ｖ ｒ ｉ ｏ ａ ｕ ｎ ｌｏ ｓ ｎ ｏ — ｅ ｏ ｉ ｄ ｃ ｔ ｆ ｌｗ ｏ ｔｒ ｌ ａ ｎ ｔ ｅ ｓ ｉ ｅ ｉ ｏ ｆ ｎ ａｃ ｓａ ｅ ａ ｅ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅｙ ｇ ｖ ｎ ｂ ａ ｓ ｏ ｌｗ ｃ ａｔ ｉ ａｌ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗ ｔ ｈ ｐ ｔａ ｐ ｉｄ ｅ ａ ｌ，ｔ ｅ ｅｆｃ ｉｅ ｅ ｓ ｏ ｈ ｃ ｉ ｇ ｔｔ ｒ ｅ ｐ ｃ ｉ ｌ ｉｅ ｙ ｍｅ ｎ ｆｆ ｈ ｒ．Ｆ ｎ ｌ ｖ ｏ ｙ ｏ ｉ ｅ ｉ ｔ ｅ ｓ ｏ ｐ ｌ ｘ ｍｐｅ ｈ ｆ ｔ ｎ ｓ ｆｃ ｅ ｋｎ ｈ ｅ ｅ ｖ ｍｅｈ ｄ ｒ ｅ ｆ ｄ ｆｌ ｗ ｄ ｂ ｏ ｕ ｇ ｓｉｎ ａ ｏ ｔｍａｔ ｒ ｅ ｄ ｎ ｔ ｎ ｉ ｎ ｉ ｈ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｏ ｅ ｔ ｏ ｓａ ｅ ｖ ｒ ｅ ， ｏｌ ｅ ｙ ｓ ｍｅ ｓ ｇ ｅ ｔ ｂ ｕ ｔ ｓｎ ｅ ｉ ｇ ａｔ ｔ ｎ ｔ ｅ ａ ｐ ｉ ｔ ｆ ｈ ｍ． ｉ ｉ ｏ ｏ ｅ ｅ ｏ ｃ ｏ ｔ Ｋｅ ｒ ｓ ａｕ ａ ａ ； ｌ ａ ｏ ｉ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ｎ ｔ ｒ ｌ ｓ ｕ ｔ ｓ ｎ ｃｆ ｗｍｅ ｅｓ ｆｕ ｘ ｍｉ ａｉｎ ｇ ｒ ｌ ｔｒ ； ａ ｈ ｅ ａ ｎ ｔ ｏ
浅谈天然气计量中气体超声波流量计的应用
浅谈天然气计量中气体超声波流量计的应用随着天然气需求的增加，天然气计量已成为关键问题。
为了保证天然气的计量准确性，需要使用能够精确测量天然气流量的仪器设备。
其中，气体超声波流量计，这种利用声波测量气体流量的设备，具有精度高、安装、维护简单等特点，成为天然气计量中不可缺少的一种技术手段。
本文将浅谈天然气计量中气体超声波流量计的应用。
一、气体超声波流量计基本原理在应用于天然气计量中，气体超声波流量计主要根据声速、声程、声压等参数来测量气体流量。
气体在管道中通过时，流速与声速之比称为马赫数。
当流速较小时，马赫数也较小，它的变化可以对应成声波的频率变化。
因此，气体超声波流量计利用声波测量气体流速，进而计算出气体流量。
气体超声波流量计是由发射器和接收器两部分组成。
发射器将高频声波信号发射到气体中，这些信号会受到气体的阻碍、反射等作用，一部分会向下流方向传递，与接收器接收到的信号相比较，计算出气体的流速。
然后，根据管道的截面积和流速计算出气体的流量。
1.液化天然气计量液化天然气（LNG）作为天然气储存和运输的主要形式之一，因其高压、低温等特点，对气体流量测量提出了更高的要求。
而气体超声波流量计解决了其他计量方式受温度、压力影响较大的问题，具有高精度、可靠性和精确度等优点。
因此，气体超声波流量计被广泛应用于液化天然气的计量中。
2.管道输送在天然气输送中，由于管道的特殊形式和不断变化的工况，其流量测量需求都比较高。
在此情况下，气体超声波流量计的应用颇具优势。
它能够实现同一计量设备适应不同管道、不同流量范围的要求，节省设备、维护费用。
3.液体储罐除了在天然气管道输送中，气体超声波流量计也常常被用于液体储罐中气体流量的测量。
储罐中的气体流量测量具有一定难度，但使用气体超声波流量计可最大程度保证测量的精确性和准确性。
1.测量精度高气体超声波流量计的计量精度达到了0.5% ~ 1.0%，远远高于其他计量方式，同时其还能适应不同管径、流量范围等要求，具有很强的可靠性。
超声波流量计远程诊断系统在天然气计量管理中的应用及意义
63超声流量计远程诊断系统可以将现场计量仪表信息实时采集到调控中心，远程实时在线诊断，提前发现微小故障，及时进行处理，提高计量系统的准确性和可靠性，及时开展输差分析、控制，并能有效节省计量专业人员往返现场的成本，提高维护检修效率。
主要表现为五个方面：一是可有效解决计量管理难度较高、人工成本较大的问题；二是可有效解决超声流量计送检难的问题、为开展超声流量计使用中检验工作提供数据支撑；三是可有效解决流量计故障发现、检修滞后及故障处理效率不高的问题；四是公司作为国际管道数字化管理、智慧化管道的计量管理现状要求；五是其他管道公司的计量管理经验再推广。
一、中缅天然气管道（缅甸段）概况中缅天然气管道工程（缅甸段）起自缅甸西海岸兰里岛皎漂市的西南约6.7km的皎漂首站，途经缅甸若开邦、马圭省、曼德勒省、掸邦，从南坎进入中国境内。
缅甸境内线路全长792.5km，管径Φ1016mm，设计压力10MPa。
管道沿线共设有5座计量站场，分别为：皎漂首站、仁安羌分输压气站、当达分输站、曼德勒分输站和南坎计量站，每个计量站配套丹尼尔超声波流量计、色谱分析仪及流量计计算机等设备进行天然气的贸易计量。
二、中缅天然气管道（缅甸段）计量管理为一级管理，即由总部主管专业部门直接进行专业管理，站场人员为辅助管理目前计量专业管理主要面临的问题：第一，天然气管道计量站场分布较广、天然气管线较长，而专业计量管理及维护人员较少，专业人员往返现场频次较高，安全风险增大；第二，随着计量设备使用年限的增长，设备的性能会逐步下降，故障率将会逐步升高，而目前方式下的计量现场巡检和维护时间偏长，专业维护人员偏少，造成了设备故障响应处理周期较长、维护维修效率不高，对输差控制及计量管理带来比较严峻的挑战；第三，缅甸基础设施不完善，交通不便，往返现场费时耗力，管理效率不高。
例如每一次对全线各站计量设备的标定检测都要耗时近2周时间，其中三分之二的时间需要花费在路程上。
天然气超声流量计量系统介绍
天然气超声流量计量系统介绍天然气超声流量计量系统是用于测量天然气流量的一种重要设备。
它采用超声波技术，利用超声波在气体中传播的特性，通过测量声波传播时间的变化来确定天然气流量。
天然气超声流量计量系统具有高精度、高可靠性、无污染等优点，广泛应用于石油、化工、冶金、天然气输送等行业。
天然气超声流量计量系统由传感器、转换器和显示器等主要组成部分。
其中，传感器是测量系统的核心部分，它主要通过超声波探头对天然气流体进行测量。
传感器通常采用插入式结构，通过插入到天然气管道中来进行测量。
超声波探头发射一束超声脉冲，当脉冲遇到流体时，会发生折射、散射、多次反射等现象。
传感器通过接收反射的超声波信号，并根据信号的强度差和时间延迟来计算天然气的流速和体积。
转换器是将传感器接收到的超声波信号转换为电信号，并进行信号放大和处理的设备。
转换器通常具有多种接口和输出方式，可以通过数字和模拟信号输出。
根据实际需求，转换器还可配备温度、压力和湿度等传感器，用以对流体的各项参数进行监测和记录。
显示器是用于显示和记录流量计量数据的设备，它通常采用LCD或LED显示屏，可以实时显示流体的流速、体积、温度等信息。
显示器还可连接到计算机或数据存储设备，实现数据的远程监控和管理。
同时，显示器还具备报警功能，当流速、压力等参数超过设定范围时，会自动发出警报信号。
天然气超声流量计量系统的工作原理是基于多路径多普勒效应。
它通过发送多个超声脉冲，利用多路径的反射，测量得到多个时间差，从而计算出天然气的流速和体积。
系统的测量精度主要取决于超声波的频率、信号处理算法和传感器的质量。
目前，天然气超声流量计量系统已经广泛采用了数字信号处理和高频率超声波技术，可以实现非接触测量、高精度测量和大流量测量。
与传统的测量方法相比，天然气超声流量计量系统具有多项优势。
首先，它可以测量多种流态的天然气，包括压缩态、液态和气态等。
其次，它具有较低的测量误差和较高的测量精度，可以满足工业生产和交易结算的要求。
超声波流量计在青海油田天然气贸易计量中的应用
根据气体易压缩 、 密度差异大、 受温度影响大的 特点 ， 得出天然气流量计量的实用公式是 ： Ｑ ＝ ｈＯ ｒ ｋ ｒｄ Ｆ Ｆ ＦＦ ｎ Ａａ Ｔｅ Ｆｓ ２ ｇ ａ ｚｔ以 ｂ 式中： Ｑ ——标准状态下气体体积流量， ｍ ／ ； Ｎ ｈ Ａ —— 常数 ， 况下为 ０ ０８ ８ ； 标 ．０６ ６ ０ — — 特定流 量系数 ； ｄ Ｄ ｙ ——计量管内壁流量修正系数 ； ６——孔板人 口边缘锐利度修正系数 ； 雷诺数修正系数 ； 气体膨胀系数 ； 孔板 在 ２ ℃下实 测 的开 孔 口径 ， ０ ｍ； 孔板 热膨胀 修正 系数 ； 天然气相对密度修正系数； 超 压缩 系数 ； 流体 流动 温度修 正 系数 ； 孔 板上游 侧绝对 压 力 ， ａ ＭＰ ； ７ — —气 体流 过孔板 时 的差压 ， ａ ｌ ＭＰ 。 孔板 流量计 的主要 优点 ： １ 无可 动部件 ， 固耐用 ， ） 坚 检定 容 易 ； ２ 应用 历史 悠久 ， ） 标准规 定最 全 ， 技术 最成 熟 ；
（ 中国石油集团工程设计有限责任公 司青海分公 司， 甘肃 敦煌 ７ ６０ ） ３ ２ ２ 摘 要： 随着青海油 田涩北气 田的大规模开发 ， 选择何 种类 型的流量计作为 贸易交接计量是买 卖双方最 为关心 的问
题 。详细地介绍 了在 目前 贸易计量 中常用的标准孔板和多声道超声波流 量计的工作 原理 、 结构 、 性能 特点 。现场 应 用情况表明 ， 多声道 超声波流量计具有测量精度高 、 测量范围宽 、 干扰性强 、 抗 无压损 、 可进行双 向测量等特 点 ， 在天 然气 贸易计量 中具有强大 的优势 。 关键词 ： 天然气 ； 多声道 ； 超声波流量计 ； 标准孔板 ； 贸易计量
中图分类号： Ｅ ５ Ｔ ２２
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至今已有美国、荷兰、英国等１２个国家政府机 构批准超声波流量计量作为贸易结算的法定计量器 具，它是继孑Ｌ板流量计、涡轮流量计之后第三类适用
于高压、大口径、高精度的天然气流量计。我国也为 此相应的制定了如：《用气体超声流量计测量天然气 流量》ＧＢ厂１１ １８６０４－－２００１、《天然气压缩因子的计算 第１部分：导论和指南｝ＧＢｆｒｌ７７４７．１—１９９９、《天然气 压缩因子的计算第２部分：用摩尔组成进行计算》 ＧＢ／Ｔ１７７４７．２—１９９９、《天然气压缩因子的计算第３ 部分：用物性值进行计算｝ＧＢ／Ｔ１７７４７．３—１９９９、《天然 气计量系统技术要求）ＣＢｆｒｌ８６０３—２００１等一系列国 家标准，使得多声道超声波流量计在国内贸易口岸、 西气东输沿线以及国内管道天然气大流量贸易计量 方面的应用与发展得以迅速扩大．并正逐步取代孔 板流量计，成为贸易计量结算的主要方式。
广 一 旧
一 ，一
图ｌ 多声道超声波流量计的声道结构
２超声波流量计量介绍
２．１基本概念 超声波是一种机械波．主要有纵波、横波和表面
波三种形式，其它则为这三种波的衍生波，（如蓝姆 波等）。上述３种波在传媒介质中具有不同的传播特
１２
圈２超声渡流量测■原理不薏圈
下面是时间ｔ与平均流速Ｖ相互关系的基本公
式与推导
ｔ·２百扫ｔｄｌ
（１）
ｔｚ＝石静ｔｄ２
（２）
万方数据
ＷＷＷ．ｃｈｉｎａｇａｓ．ｏｒｇ．ｃｎ
城市燃气２００８１１ １（ｖ０１．４０５）
公式中参数说明：
Ｌ．两个对射超声波探头Ａ与Ｂ之间有效声道
的总长度（声程）；
卜超声波的传播方向与流体的流动方向加角：
ｔｌ一顺流时的测量总时间：
ｔ。。一顺流时间测量电路及探头的总延时时间；
如图２所示．一对Ａ和Ｂ超声波换能器相向交 替（或同时）发射或接收超声波．由于声速顺流所需 的传输时间较短．而声速逆流时所需的传输时间较 长。通过测量超声波在介质中的顺流和逆流传播的 时间和时间差．可以间接测量到流体平均流速Ｖ．并 根据平均流速和已确定的流道横截面Ａ的关系．应
用微处理器的处理技术导出流量９。流量公式：Ｏ＝ Ａ＊Ｖ。最终计算出流体的体积。超声波时差法测量流 体流量的技术核心是对时间的测量与处理。
量周期ｔ，与ｔ：两时间极短，一般在毫秒级，短时间内 温度和压力变化不大或基本保持稳定。使时问的时 差法是有效的流量测量方法．因此该项技术方案。在 国内外超声波流量实际测量中得到广泛应用。上述 公式和推导还可以通过数学的方法做出进一步的理
论证明．时差法是正确有效的。
３超声波在民用燃气表中的应用展望
目前．全国在用燃气表数大约１ ６００万台．其中 北京仅在用ＩＣ卡表有１５０万台，国内燃气表年计划 发展量约１００多万台。国内民用燃气表一直以量程 比大．成本低的膜式燃气表占据主导地位。膜式燃气 表的原理和基本结构已有上百年历史．精度从±３％ 提高到±１．５％，重量上有所减轻、体积有所减小、表 体外形有所改观变化。在信息化的今天．查表、收费、 计量、运行维护以及管理等诸多方面，膜式燃气表仅 依靠机械字轮指示器记录气量这一基本功能．已不 能适应或满足市场多种需求．因而出现了在膜式燃 气表（简称基表）的基础上，进行各种各样智能化、信 息化改造的现象，如ＩＣ卡表、有线远传表、无线远传 表等。上海、北京等地又出现了在ＩＣ卡表基础上增 加无线传输功能发展的趋势。目前基表价格一般在 ９０元到１４０元左右．而加装智能化后的价格一般在 ４５０元到５５０元左右．最低的ＩＣ卡燃气表价格能到
精度要求．应当消除掉上述因素对Ｃ的影响和干 扰。设标准声速ＣＯ，Ｉ／－－０流速时受到压力Ｐ和温度
Ｔ影响后，声速有ＡＣｐｔ变化，其声速Ｃｉ＝Ｃｏ＋ＡＣ。，当 该条件下有平均流速Ｖ时．顺流的声速表示为：
Ｃｖｓ＝Ｃｏ＋ａＣｐｔ＋Ｖｃｏｓ０．逆流的声速表示为：Ｃｖｎ＝Ｃｏ＋
ＡＣｐｔ－ＶｃｏｓＯ。 顺流与逆流的声速差表示为：
图３ 本文涉及有关燃气表的配图 流道和声道结构
１４
万方数据
图４民用超声波燃气表电路系统结构总框图 、＾～１，、＾，．ｃｈｉｎａｇａｓ．ｏｒｇ．ＣＡ
城市燃气２００８／１ １（Ｖ０１．４０５）
ＬＮＧ冷能利用技术探讨
重庆大学城市建设与环境工程学院（４０００４Ｓ） 周廷鹤 彭世尼
很多种速度式流量计在线实际计量中误差增 加．一个主要原因是由于流体流态特性的影响．这一 直是此类流量计的一个研究重点。由于现场阻流件 类型的复杂性．流速廓形畸变，旋转流（涡流）以及脉 动流等流体流态特性变化及影响．孔板流量计花费 数十年时间试验．消耗大量人力．其成果仍不能满足 高精度、大量程（孔板流量计目前最好的量程比为 １０：１）、低压损等现场实际要求，其它类型如涡街流 量计等的研究试验仍在大力进行中。近年出现多声 道气体超声流量计．它利用多声道构建层析网络（见 图１）．应用计算机技术进行实时补偿和处理取得良 好效果。这是一种应用软件测量技术解决问题的方 法．它与孔板流量计等采用对阻流件逐个测量的方 法无疑有较好的技术性和经济性。并引起人们的充 分重视．一个重要原因就是通过多声道构建的层析 网络．基本上解决了流体流动特性对流量计影响．具 有１００：１的大量程和±０．５％。±０．７５％的高精度。一 般来讲声道数越多精度越高。在实际应用中，根据精 度要求．选择声道数．一般声道数选择范围在３至５
ｔ２．一流逆时的测量总时间；
垃一逆流时间测量电路及探头的总延时时间；
ＣＬ超声波的声波速度：
卜流体在有效截面积为Ａ的流道中的平均流
速：
Ｖｃｏｓ卜流体在声波传递方向上的分速度： “ＫＯＳ卜超声波顺流声速： Ｃ—Ｖｃｏｓ卜逆流声速。
由上述公式通过代数推导出平均流速Ｖ
忙［上ｔ２－ｔａ２一音］×丽Ｌ
（３）
ｃ‘＿＿等＿弋
ＡＣｖｓｎ＝Ｃｖｓ－Ｃｖｎ＝２ ＶｃｏｓＯ
（６）
上面公式的推导表明．通过对顺流和逆流时间
做差的方法．一方面不仅确实可以完全消除掉温度
和压力变化对声速的影响量ＡＣｐｔ．即时间中的共模 成分即声波速度变化的影响。而不影响流速的测量： 同时顺流与逆流的声速差ＡＣｖｓｎ等于２倍流速的
余弦分量．差分得到有效的放大，使测量的灵敏度提 高．扩大差模成分这正是时差法能够应用于超声检 测的基础与核心。顺流与逆流声速Ｃ一个完整的测
超声波测量气体流量的技术是应用超声波的纵 波在气体中以声速Ｃ定向传播特性进行测量．具体 应用有多种方法，主要分为以下几种：单向测量法、 频差法、超声多普勒法、相关法、相位差法和时差法。 目前国内外工业超声流量计均采用时差法．时差法 在国内有被称为速度差法．核心是对顺流和逆流声 速时间的测量。 ２．２测量流量的时差法原理
１３
万方数据
、＾，、＾，、＾，．ｃｈｉｎａｇａｓ．ｏｒｇ．ｃｎ
城市燃气２００８／１ １（ｖｏＩ．４０５）
３５０元左右。智能化部分与基表相比较，已占总价格 的７０％以上。
目前。欧洲和ｌｅｔ本已经出现了民用超声波燃气 表和水表．如英国ＩＮＶＥＮＳＹＳ有限公司的Ｓｏｎｉｘ ６ 型超声煤气表．德国ＥＬＳＴＥＲ的ＵＳＫ６型超声燃气 表．主要技术参数基本上以膜式表为参比对象。从市 场需求、成本价格接受能力和现代化信息管理要求 等方面综合考虑．针对国外民用燃气表出现的具有
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万方数据
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个声道之间。声道数越多成本价格也越高。同时要考 虑国内检定机构检定设备的流量范围和精度等制约 限制。目前所能检定的最大管径为ＤＮ３００，最小管 径一般在ＤＮｌ５０．所能出具的系统精度等级的能力 为ｌ级。被检定系统精度过高不仅增加投资．同时还 将无法得到检定机构确认。声道数量受管径几何空 间尺寸限制．因此小管径可安装声道数受到限制．精 度相应也受到一定限制。大流量超声波管径选用一 般在ＤＮｌ５０至ＤＮ３００之间。多声道超声波流量计 已成为了一项成熟流量计量检测技术．国内已有不 少厂商在大流量方面．开发出超声波天然气流量计 量的产品．但目前还主要局限于管道天然气大流量 贸易计量方面。在中小流量方面．国际上已开发并拥 有了民用超声燃气表．由于涉及到一些敏感技术等 问题．较难获得具体的相关技术信息资料。国内尚无 其产品和应用．相关产品的介绍也很少．更难见到有 关民用超声燃气表的技术性文章或资料。因此．借鉴 目前工业用大型超声流量计所采用的时差法测量燃 气流量的方法．依据对超声波流量计量的了解和应 用情况．于此尝试着发表本文，对超声波在燃气流量 计量中的应用进行一些介绍，以供大家探讨。
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Ａａ－＝＇ｒ２一下１＝（ｔ２一ｔ１）一（ｔ啦一ｔｄｌ） 流速是时间的函数．通过对时间值的测量可以 计算出平均流速Ｖ。 工业大流量超声波一般双向测量的最大平均流 速范围：±３０ ｍ／ｓ，最小平均流速范围：±０．３ ｍ／ｓ。实
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超声波在天然气流量计量中的应用