超声波流量计的探头
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：LtD = ——————— -------------- (2.1)C + V • cos和LtU = ——————— -------------- (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 1V = ————(—————)-------(2.4)2cos tD tU一般说来，沿管道横截面的流速并不是一个固定不变的常量。
在流过很长圆管的定常无涡流的流体中，流速仅是径向位置的函数。
通常称此函数为充分发展的速度分布（剖面），可以用如下的半经验幂律公式来近似它：1V(r)=Vmax(1———) n -------------（2.5）R式中，r是在半径上的位置，R是管道的半径，n是雷诺数Re和管内壁粗糙度的函数。
超声波流量计原理详细说明
三、优点：超声波流量计非接触式仪表，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不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。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。
一、超声波流ห้องสมุดไป่ตู้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。
五：前四步骤完成后可确认使用何种传感器安装
六：开始向表体输入参数以确定安装距离。
七：非常重要：精确测量出安装距离。
（1） 外夹式可选安装传感器大概距离，然后不断调试活动传感器以达到信号和传输比
最好的匹配
（2） 插入使用专用工具测量管道上安装点距离，这个距离很重要，它直接影响表的
手持流量计操作说明(超声波)
超声波手持流量计操作说明
1、按M(MENU简称M健)11窗口输入管道外直径
2、在M12窗口输入管道壁厚（内径流量计自动计算出来）
3、在M14窗口选择材质类型
4、在M20窗口选择流体类型:水
5、在M23窗口选择探头类型：
6、在M24窗口选择安装方法：用Z法
7、在M26窗口选择1固化参数并总使用（设完参数最后到此窗口按两下确认健ENT健即可）
8、看一下M25窗口传感器安装距离
这是Z法安装方法传感器在管道两侧和传感器安装方式（注意常感器位置：不是管道上下是两侧）
9、传感器安装距离在管道上用卷尺量出安装距离后，把传感器在管道安装部位打磨一下面极面积大一些，以便后面传感器可以调整。
10、把传感器用电缆连接红接正黑接负
11、用硅胶涂在传感器上用绑带绑在安装点上，
12、看一下流量计M90窗口看一下信号强度Q（越高越好）
13、在M91窗口看一下传输比100%正负3。
超声波流量计操作说明
超声波明渠流量计
一、产品简介
明渠流量计积算仪是一款通用工业智能仪表，具有工业通用 4-20mA，0-20mA，1-5V，0-5V 等线性信号输入方式，及 RS485 串口输入功能（可选）。本仪表集成两路信号输入控制模块，可同 时分别控制每路信号，也可以对两路做相关运算，并显示和输出结果。配合本公司的超声波液位 计使用，可组成液位差控制系统。本仪表集成明渠流量积算仪功能，可作为明渠流量计使用。创 新数据源设计，使应用更具灵活性。
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第 2 行显示 第 2 行显示数据源（表 5-1）
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本文作者： 深圳得加利水处理科技有限公司
超声波明渠流量计
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第 3 行显示 第 3 行显示数据源（表 5-1）
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第 4 行显示 第 4 行显示数据源（表 5-1）
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省电模式 0 常开，1 白天，2 无按键（关背光）
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菜单密码 进入菜单的密码
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IN 数学运算 数学运算公式(表 8-1)
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时间设置 系统时间设置
0
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时钟调速 时钟调速（间隔多少秒增或减一秒）
-9999999~9999999
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自动打印 自动打印时间间隔分钟数（0 为不自动打印） 0~9999999
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第 1 行显示 第 1 行显示数据源（表 5-1）
菜单翻页，长按退出菜单
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移位 输 入
加数 状 态
减数
断电后，按住 通电还原出厂设置。数字加数顺序是从 0～9 . － 循环， 减数相反。 本机菜单分为输入菜单、输出菜单、流量菜单、系统设置、历史数据五组。详见下表：
超声波流量计的分类
淮安嘉可自动化仪表有限公司
超声波流量计的分类
超声波流量计分为管段式和外夹式。
管段式超声波流量计又分为内嵌式和插入式，内嵌式是超声探头镶嵌在流量计本身的管壁上，流量检测比较稳定，探头调试安装后不能随意拆卸；插入式超声波流量计是安装在被测管道上，探头经过在管道上打孔后安装在合适的孔内进行流量测量。
外夹式（手持式）超声波流量计有单独的显示，探头可以多组，携带方便，可以直接对有液体流动的管道进行测量。
目前在检测在线流量计过程中，多使用外夹式超声波流量计。
但从很多实际检测情况反映，外夹式超声波检测精度不够高，而且外夹式在超声波流量计安装和检测过程中还有很多需要注意的问题。
超声波流量计的测量原理介绍
超声波流量计的测量原理介绍日常检查的目的是保证或证明电磁流量计是在受控状态下运行。
日常检查的方式一般有在线检查和离线检查两种，重要是验证电磁流量计的流量测量值是否符合并保持预期的日常检查的目的是保证或证明电磁流量计是在受控状态下运行。
日常检查的方式一般有在线检查和离线检查两种，重要是验证电磁流量计的流量测量值是否符合并保持预期的计量要求。
检查电磁流量计，除零点检查外，还将流量传感器、转换器和连接电缆分开进行。
1、整机零点检查整机零点检查的技术要求是：流量传感器测量管充足液体且无流动，这在很多企业现场不具备条件而放弃整机的零点检查和调整，但可转而对转换器作单独的零点检查和调整。
从技术上讲，这必须在传感器检查完毕后且保证传感器励磁回路和信号回路的绝缘电阻正常（均包含电缆）的前提下才有实际意义，否则整机就不能正常运行。
通常转换器单独零点为负值，数值也很小；假如其肯定值大于满量程的5%就需要先做检查，待确认原因后再作调整。
通常情况下电磁流量计整机的零点和转换器单独的零点差异值小于1%。
大于5%的零点差异值有很多情况是用户在管道阀门关闭不良情况下进行不正确调零操作所致。
2、连接电缆检查该项检查内容是检查信号线与励磁线各芯导通和绝缘电阻，检查各屏蔽层接地是否完好。
3、转换器检查该项检查内容是用通用仪表以及流量计型号相匹配的模拟信号器替换传感器供给流量信号进行调零和校准。
校准包含零点检查和调整、设定值检查、励磁电流测量、电流/频率输出检查等。
需要注意的是：检查项目要与上一次检查值（或出厂值）进行比较，分析其是否有变更或变更是否符合原计量要求。
4、流量传感器检查该项检查内容是：通过对励磁线圈的检查和检查转换器所测得的励磁电流以间接评价磁场强度是否变更；测量电极接液电阻以评估电极表面受污秽和衬里附着层情形；检查各部位绝缘电阻以判定零件劣化程度以评估是否会引入干扰。
对能停止介质流动条件的管线则可察看和测量电极和衬里附着层厚度，以估算清洗附着层前后因流动面积变更引入的流量值变更。
超声波流量计常见问题及解决方法
超声波流量计的常见问题及解决方法
1、超声波流量计探头使用一段时间，会出现不定期报警的现象。
尤其是输送的介质杂质较多时，这种问题会比较常见。
解决办法：定期清理探头(建议一年清理一次)。
2、超声波流量计输送的介质含有水等液体杂质时，流量计引压管容易产生积液，气温较低时会出现引压管冻堵的现象，尤其在北方地区冬季较常见。
解决办法：对引压管进行吹扫或加电伴热。
3、超声波流量计仪表在现场强干扰下无法使用。
供电电源波动范围较大，周围有变频器或强磁场干扰，或者接地线不正确，都可能引起超声波流量计无法正常使用。
解决方法：给仪表提供稳定的供电电源，仪表安装远离变频器和强磁场干扰，有良好的接地线。
4、外夹式流量计信号低。
这种问题大多是管径过大或管道结垢严重引起的，或者是选择的安装方式不对。
解决方法：对于管径过大、结垢严重，建议采用插入式探头，或选择Z型安装方式。
超声波在传播过程中，由于受介质和介质中杂质的阻碍或吸收，其强度会逐渐产生衰减。
不论是超声波流量计还是超声波物位计，对所接受的声波强度都有一定的要求，所以都要对各种衰减进行抑制。
超声波探头的q值
超声波探头的q值
北京康纳森进口超声波流量计采用时差式测量原理：一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧管壁后，被另一个探头接收到，同时，第二个探头同样发射信号被第一个探头接收到，由于受到介质流速的影响，二者存在时间差Δt，根据推算可以得出流速V和时间差Δt
之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt，进而可以得到流量值Q。
信号有80左右，Q值80-92波动，但是没有流量显示，管内的水肯定是流动的
信号强度不是很高，Q值在波动，但不显示流量。
有以下几种情况引起：
1、安装问题：不知在安装外贴表前，是否对管壁进行打磨，安装传感器时是否涂抹耦合剂，安装尺寸是否正确。
2、传感器的上下游装反了？
可以调换上下游尝试。
3、管子里的水流速过低，低到了流量计不能判断的地步。
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1. CBM 技术的发展和演变:
AGA10报告提出了SOS技术的论述，结合Daniel超声波 流量计诊断 软件ＤＵＩ和ＣＵＩ的发展，逐步形成了以 CUI/SOS技术为核心，同时结合温度，压力，气体组分分 析，场站控制，管路设计等多方因素影响最终形成了超声 波流量计现场诊断技术ＣＢＭ
装置
1.1.4 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% – 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.
1.1.2 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）
������ 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
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 1998: DANIEL开发出可在线拆装的超声波探头器并可提
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
1.1.3 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
超声波流量计的探头
������ 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
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。
2005: DANIEL 将Mark II升级为MarkIII电子处理
1.1.6 超声波流量计现场诊断 – CBM 技术(C的B发M展)变的化意和现义状和影响
– CBM技术的基本概念 – CBM技术的应用实例
超声波流量计现场诊断(CBM)的
意义 超声波流量计现场诊断(CBM)是一种基于现代技术的，关注于计量场站运行管理的解决
方案．它可以实现：
– 提高计量的精度和重复性 – 通过远程诊断获取场站的各种数据和动态趋势信息 – 方便维护人员采取预防性维护 – 减少昂贵的停车和非正常工作时间 –各种设备的动态变化，延长设备寿命 – 在现有硬件投资的基础上，无须大量投入就可以发挥现有设备的巨大潜能， 从而提高
������ 高含硫气体对仪表的寿命影响
– 硫化氢腐蚀孔板表面，造成金属件疲劳，缩短寿 命，具严重的安全隐患。超声波内部没有可动部 件，经过特殊处理的内表面可以耐受H2S的侵蚀， 可延长维护保养的时间间隔。
– 无插入管道内部的部件，即使管道中有残渣也不 会损坏仪表的任何组件。
1.1.5 超声波流量计的基本原理
自2000年起至今，英国壳牌公司在北海终端的DN300 Daniel 超声波 流量计开始每季度在Aukland, Bishop实流标定，并使用CUI和CBＭ 记录数据,为CBM技术的成熟积累了大量数据和经验
2005年３月，在英国贸工部召开的会议上, CBM技术获得了首个官方 认可
2005年春，中国计量科学研究院开始编制新超声波流量计计量检定手 册JJG198，明确提出：考虑在使用现场检测等解决方案的基础上，延 长超声波流量计的再标定周期到６年
2019/7/30
1.1 超声波流量计
1.1.1基本概念
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 量计的天然气量
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 输送状况下的天然气量转换为某一指定状态（标 准状态）下的天然气量
B，能量计量：将经过超声波流量计的、在实际输 送状况下的天然气量转换为该气量燃烧后可以发 出的热量
波的速度
本安型传感器信号检测回路
高级超声波流量机流量方程
流量从上诉方程中求出
多通道即多路流速测量
权重因子仅取决于探头的几何分布情况!
四 通 道 超 声 流 量 计
流量计算的步骤
������ 1. 测量每个通道的声波传输时间 ������ 2. 计算每个通道的速度 ������ 3. 计算平均速度 ������ 4. 流速乘以截面积
第一篇论述CBM的论文：Operational Experience with USM in Fiscal Gas Service. North Sea Flow Mea. Workshop, 1998
根据AGA10号报告, ALLIANCE管线和加拿大计量局一起 通过六年测试，获准每六年重复标定计量用超声波流量计
2005年，罗马尼亚管线项目首先采用CBM解决方案
2. CBM技术的基本概念
Condition Based Monitoring CBM 基本介绍
超声波流量计多年前就已经用于贸易交接计量,多个国家的 管理机构,比如英国贸工部要求每年标定
客户希望有可靠的诊断数据提示何时需要再标定 设计不同的超声波流量计的高级诊断能力有很大差异