天然气超声流量计量系统介绍演示文稿
天然气超声波流量计的工作原理
天然气超声波流量计的工作原理
天然气超声波流量计通过发送和接收超声波信号来测量天然气的流量。
其工作原理如下：
1. 发送超声波信号：流量计中的传感器发出超声波信号（通常是由压电晶体产生的声波），通常有两个传感器，一个充当发送器，另一个充当接收器。
2. 超声波通过天然气：发送的超声波信号穿过天然气管道，传输到另一个传感器接收器。
3. 检测接收的超声波：接收器接收到传输过来的超声波信号，并记录传输过程中的时间差和信号强度。
4. 测量流速：根据超声波在天然气中的传播速度以及时间差，计算出天然气的流速。
5. 计算流量：将测得的流速与流量计的截面积进行计算，得到天然气的流量。
需要注意的是，超声波在物质介质中的传播速度受到多种因素的影响，包括介质的密度、温度、湿度、气体成分等。
因此，在实际应用中，需要对这些因素进行校正，以保证测量结果的准确性。
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。
一种新型天然气能量计量超声气体流量计
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一种新型天然气能量计量超声气体流量计网络收集一种新型天然气能量计量超声气体流量计1. 引言超声技术已经达到了一个相当成熟完备的程度，它已广泛被各种测试团体接受。
但是，要想在将来象其它技术，比如涡轮和孔板流量计一样被广泛使用，超声流量计还有技术上和经济上的具体工作要做，以期在将来占有预计的市场份额[1]。
除了众所周知的天然气传输管道中体积流量计量外，即将面临一个大的需要，即在遥远、任意的地点，比如生产地、集输线上测量天然气的能量含量。
这篇文章描述一个整体的天然气能量测量的系统。
它的基础是一台用于财务、贸易结算的新型超声流量计。
这种流量计被设计成在传统的超声测量点使用，跟在现场使用一样。
真正的现场今天反而不使用超声流量计了。
整个系统的功能，如在太阳能驱动下操作，强大的数据传输，无线通讯技术，使得它非常适合远程地区。
除了超声流量计方面众所周知的优点外，该系统在声速检查的基础上提供了一种真实的自诊断功能，因此它满足了系统在偏远地区使用的特征。
它对降低与流量计维护修理有关的人力费用非常重要，将会保证测量数据有较好的可信度。
2 应用超声流量测量技术的能量计量系统在世界范围内，天然气是以能量单位买卖的。
在天然气管线中，现在还没有直接测量能量的独立的流量计。
能量计量系统由测量体积流量的气体流量计、带有自动采样器的气体组成分析设备组成，并普遍使用积算仪。
应用于能量计量系统中的气体流量测定技术包括从简单的孔板、涡轮流量计直到最新的“超声气体流量计”。
这里描述的系统利用了各组成部分均低能源消耗的长处，使得系统可以完全由太阳能充电的电池驱动。
作为选择，交流和直流电源均可以驱动系统各组成部分。
气体超声波流量计简介课件.
一、超声波流量计结构
主要分为三部分：流量计本体、超声换 能器、Mark II电子数据处理单元，如 图所示：
流量计本体：流量计本体是经特殊加工， 用于安装超声换能器、Mark II电子数据 处理单元及压力变送的装置。 超声换能器：超声换能器是把声能转换成 电信号和反过来把电信号转换成声能的元 件。 Mark II电子数据处理单元：由电子元件 和微处理器系统组成。它接受超声换能器 的信号，且具有处理测量信号和显示、输 出及记录测量结果等功能。
结构—三声道流量计
结构—四声道和五声道流量计
四声道流量计： Daniel 采用的是直射技 术，不确定度为0.5%左右。 五声道流量计：目前有Instromet公司推 出此产品，有三个声道采用单反射技术， 两个声道采用旋转方向相反的双反射技 术，对旋涡流的流量测量准确度较高， 不确定度为0.5%左右。
• （3）声道的设置。 单声道和多声道。
•
不论是单声道还是多声道气体超声 波流量计，其声波的发送与接收原理是 一样的。不同的是在不同声程上所测的 线速度对管道截面的流速的呈现不同。
二、超声波流量计的基本原理
气体超声波流量计是利用超声脉冲在气 流中传播的速度与气流的速度有对应的关系， 即顺流时的超声脉冲传播速度比逆流时传播的 速度要快，这两种超声脉冲传播的时间差越大， 则流量也越大的原理。 在实际工作过程中，处在上下游的超声 换能器将同时发射超声波脉冲，显然一个是逆 流传播，一个是顺流传播。气流的作用将使两 束脉冲以不同的传播时间到达接收换能器。由 于两束脉冲传播的实际路程相同，传输时间的 不同直接反映了气体流速的大小。
结构—四声道流量计
结构—五声道流量计
结构—五声道流量计
外夹式流量计
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。
合肥燃气气体超声波流量计工作原理
合肥燃气气体超声波流量计工作原理
首先，燃气流经超声波流量计时，超声波传感器将发出声波信号。
这
个声波信号会在气体中产生超声波传播。
超声波传播的速度取决于气体的
密度和温度。
当超声波传播速度被测量之后，通过测算气体密度和温度，
可以得到气体的流量。
超声波流量计利用的是多次测量的方法。
它通常包括了两个超声波传
感器，一个作为发送器，一个作为接收器；并在燃气管道中形成一个探测
剖面，以便测量整个横截面的平均速度。
首先，发送器发射超声波脉冲，
在气体媒介中传播到接收器。
接收器接收到超声波信号，并量化时间差。
然后，再发送另一个超声波脉冲，重复同样的过程。
通过多次测量时间差，可以获得更准确的流量值。
具体地讲，通过测量时间差来计算气体的流速。
根据物理学原理，气
体在超声波的传播过程中会改变超声波的频率和幅度。
这些变化会影响时
间差的测量结果。
根据声速公式和相关的换算关系，可以将时间差转换成
流速值。
此外，在测量中还需要考虑气体密度和温度的变化对流量测量的影响。
因为气体在不同条件下的密度和温度会对声速产生影响，所以超声波流量
计通常会用传感器测量气体密度和温度，并将这些参数考虑在内，以提高
测量精度。
总之，合肥燃气气体超声波流量计是通过测量超声波在气体中传播的
时间差来计算流量值的仪器。
它利用的是超声波传播速度与流量大小的关系，并考虑了气体密度和温度的影响。
这种测量方法具有非侵入性、易于
安装和维护、高准确度等优点，适用于各种工业燃气流量的测量。
天然气计量技术—气体超声波流量计
或 V L (1 1)
2 cos t1 t2
v = 流体速度 c = 声速
t1 = 上游传输时间 t2 = 下游传输时间 L ( X ) =上下游换能器之间的距离
超声波流量计的计算
多通道即多路流速测量!
A B C D
多通道流量计
Vn
=
L2 2x
(t1 -t2 ) (t1 t2 )
4
S Vavg = Wn Vn n=1
• 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
如何确保超声波流量计的精度
• 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
多通道流量计算
–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
谢谢
计量特性
• 工作原理简单； • 测量准确度高，量程比大，一般都是1：20，可达到1：100； • 适应性强，上游直管段最好25~30D ，下游直管段最好10D
(加流动调节器，上游最短10D ，下游5D ，加上表体约 20D)； • 无可动部件，可直接进行清管作业； • 受压力变化影响较小； • 为高科技产品，各厂家的产品都有其独特的专利技术，一 次性投资高； • 多声道，尤其是四声道和五声道流量计能适用多种流态；
应用场合
普通气体超声波流量计 • 非贸易交接的场合 • 比对 • 储气罐的测量 • 海洋天然气的计量 • 原料天然气的测量
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
超声波气体流量计用于天然气流量计量
超声波气体流量计用于天然气流量计量超声波气体流量计具有测量精度高、量程比大、压损小等优点，已被美国、荷兰、英国、中国等多个国家政府机构批准作为天然气贸易结算的法定计量工具，目前为止仅有少数厂家如美国Daniel、GE、日本爱知时计、上海中核维思等具备自主研发能力，其中，国外产品占据了超声波气体流量计绝大部分的市场份额。
不同于超声波液体流量计，超声波气体流量计中的超声波信号在气体介质传输过程中衰减大，而且超声波换能器工作频率普遍在40～200kHz之间，该频率范围段非常容易受声学噪声干扰，导致超声波接收信号信噪比低，渡越时间难以准确测量。
通常提高管道内被测气体的压力可以提高超声波接收信号的质量，因此目前市面上的超声波气体流量计主要用于天然气流量计量。
由于受限于超声波接收信号的信噪比，超声波渡越时间检测的准确性较难提高，目前广泛用于超声波气体流量计渡越时间检测的算法主要有互相关法、阈值法等。
P．Brassier、王铭学等人利用回波法得到参考波形，与直接接收的超声波信号进行互相关计算得到渡越时间，完成流量计算，由于该方法的参考波形通过多次反射得到，在小管径环境中适应性较好，在较大管径中超声波信号由于衰减较大，难以保证稳定接收，因此该方法具有较大局限性; 季涛等人提出将多个静态无风环境下的接收波形作平均处理以构建参考波形，再与实际接收波形进行互相关计算得到渡越时间，由于忽略了温度压力等因素对超声接收波形包络形状的改变，因此该方法环境适应能力很有限; 汪伟等人采用可变阈值法用于超声波渡越时间计算，在音速喷嘴气体流量标准装置上完成了校准试验，试验结果表明该方法可以获得较高测量精度，该方法仅仅在标准大气压下进行试验，未进行更低压力环境的应用研究。
为了检验超声波气体流量计在低压环境的适应性，该文构建了压力试验平台，在该平台上完成了不同负压等级的信号衰减试验，分析了影响规律。
进一步设计了带通滤波电路及自动增益控制电路，基于FPGA采用相对阈值法结合过零检测法实现了超声波渡越时间检测和流量计算，最后在工业性试验中检验了样机的测量精度。
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2020/11/5
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二、天然气超声计量系统的组成
4）流量计算机由信号转换、采集、计算、处理和输出等 单元组成。
5）温度变送器用于被测天然气温度的准确测量。以用于 工况流量向标准参比条件下流量的换算以及天然气物 性参数计算。
6）压力变送器用于被测天然气压力的准确测量。以用于 工况流量向标准参比条件下流量的换算以及天然气物 性参数计算。
2020/11/5
3
一、相关概念
• 工作条件 working conditions 流经装置并符合一次装置规范的被测流体物理性质的特 性值。
• 工作温度 working temperature 流经一次装置并符合一次装置规范的被测流体的温度。
• 设计压力 design pressure 在相应的设计温度下，用以确定管道计算壁厚及其它元 件尺寸的压力，该压力为管道的内部压力时称为设计内 压力，为外部压力时称设计外压力。
天然气超声流量计量系统介绍 演示文稿
2020/11/5
SCNWS内部培训资料-技术支持部
1
天然气超声流量计量系统介绍
一、相关概念
• 流量范围 flow-rate range 由最大流量和最小流量所限定的范围，在该范围内满足 计量性能的要求。
• 工况流量 working condition flow-rate 流量计在其工作条件下测得的介质的流量为工况流量。
1、计量仪表组成 主要由气体超声流量计和配套流量计算机、温度变送 器、压力（差压）变送器、组分分析仪表等组成。
2020/11/5
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二、天然气超声计量系统的组成
1）在天然气贸易计量系统中，组分分析仪表主要是指在线 或离线色谱分析仪。（常见品牌有DANIEL的Danalyzer 570 GC2350A,ELSTER的EnCAL3000,ABB 8200 NGC等）
• 比对 comparison 同类基准、标准或器具之间的量值比较。
• 核查流量计 check flow meter 只用于核查、比对的已知准确度等级的流量计。Leabharlann 2020/11/57
一、相关概念
• 计量监督系统 metrological supervise system 为核查计量器具是否依照计量法律、法规正确使用和诚 实使用，而对计量器具制造、安装、修理或使用进行 控制的系统。
2020/11/5
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一、相关概念
计量橇（实物图）
上游 手动球阀
下游 信号箱 汇气管
强制密封球阀+ 动力电源箱 电动执行机构
上游直管段 20D+10D 气体超声流量计
橇座钢架
下游
2020/11/5
汇气管
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二、天然气超声计量系统的组成
• 天然气超声计量系统的组成 首先这里界定的天然气超声计量系统为用于天然气
贸易交接的计量系统。主要由超声流量计量仪表、工 艺系统和控制系统三部分组成。计量系统应满足 GB/T 18603的要求。计量系统应同时满足体积计量和能量计 量的功能要求。 贸易计量系统的系统最大允许误差应 不低于±1% ，其中采用的流量计的最大允许误差在 qt~qmax范围内应优于±0.5% 。发热量测量系统的不 确定度应优于±0.5% 。它是企业进行贸易交接、经济 分析、成本核算的主要依据。
• 计量系统 measuring system 用于实现专门计量的配套计量仪表和其它设备。
• 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。
2020/11/5
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一、相关概念
• 检定 verification 据有关计量器具的检定规程，查明和确认计量器具是否 符合法定要求的程序。它包括检查、加标记和（或）出 具检定证书。
2）在线水露点测量仪和在线硫化氢测量仪是用于监测天然 气气质的一项重要的指标，目前该指标不参与流量计算。 (常见品牌德国BARTEC HYGROPHIL F5673 DT和美国 Amtek 933型H2S分析仪)
3） 超声流量计是指时间传播法的多声道气体超声流量计， 其应用标准应符合 GB/T 18604。满足（GB/T 18603）天 然气贸易计量准确度方面的要求。
• 校准 calibration 在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量 值，与对应的由标准所复现的量值之间的一组操作。 （标定的涵义之一）
2020/11/5
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一、相关概念
• 实流检定或校准 actual flow verification or calibration 以天然气、空气或水等为介质所进行的流量计检定或 校准。
• 操作压力 operating pressure 在稳定操作条件下，一个系统内介质的压力。在正常操 作条件下，管道系统中的最大实际操作压力称之为最大 操作压力；所能连续操作的最大压力称之为最大允许操 作压力。
2020/11/5
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一、相关概念
• 计量站 measuring station 由入口和出口管道、截断阀及其他设备安装成可被封隔 的、用于天然气贸易计量的设施。
• 量值溯源 traceability of the value of quantity 通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量 结果或测量标准的值能够与规定的参考标准，通常是 与国家测量标准或国际测量标准联系起来。
2020/11/5
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一、相关概念
• 流量测量装置 flow measuring equipment 用以确定流量量值的装置。
• 计量橇（针对天然气输送计量） 是指被整体安装在钢结构平台上的计量仪表（不包括 流量计算机和组分分析仪表）和工艺系统部分。在计 量橇工艺安装时，汇气管、截断阀、直管段和流量计 等需要用管架/管托进行支撑，把前、后汇气管和几路 并联的流量计测量管路都支撑固定，集成在一个整体 的钢结构平台上，这个整体集成部分称为计量橇。