超声波流量计.docx

1、超声波流量计超声波流量计概述：管段式超声波流量仪表3是以“速度差法”为原理，测量圆管内液体流量的仪表。它采用了先进的多脉冲技术、信号数字化处理技术及纠错技术，使流量仪表更能适应工业现场的环境，计量更方便、经济、准确。产品达到国内外先进水平，可广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。 产品特点：独特的信号数字化处理技术，使仪表测量信号更稳定、抗干扰能力强、计量更准确。无机械传动部件不容易损坏，免维护，寿命长。电路更优化、集成度高、功耗低、可靠性高。智能化标准信号输出，人机界面友好、多种二次信号输出，供您任意选择。管段式小管径测流经济又方便，测量精度高达0.5级。性能参数： 性 能参 数测

2、量液体充满被测管道的水、污水及其它均质液体，悬浮物含量小于10g/L，粒径小于1mm。准确度1.0%流速范围0.01m/s12.0m/s管径范围DN300mmDN2000mm传感器材质钢或不锈钢传感器承压能力管径300600mm，压力不超过2MPa；管径7002000mm，压力不超过1MPa转换器环境温度：-10+45；湿度85%(RH) (特殊环境订货时说明)壁挂式盘装式一体式防护等级IP65IP51IP65传感器防护等级：IP68常温型高温型低温型工作温度0500150-200电 缆采用双芯带屏蔽高频电缆，工作温度-40+70信号输出模拟量：420mA或020mA或010mA软件可选；负载

3、能力小于600开关量：累计流量脉冲输出，闭合3ms，周期6ms，传输距离小于500m串行口：RS-485，传输速率4800bit/s,传输距离小于1200m键 盘13按键显示器216位背光液晶字符显示器显示内容同屏显示瞬时流量：-99999.99+99999.99m3/h累计流量： -19999999.99+19999999.99m3，键控显示累计运行时间数据存储累计流量、累计运行时间及各项设置参数，掉电后数据可保存100年工作电源AC 220V 15%，50Hz 功率u,因此两者的时间差为 t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差t即可求出流速

4、u，进而可求出流量Q。利用这个原理进行流量测量的方法称为时差法。此外还可用相差法、频差法等。相差法原理：如果超声波发射器发射连续超声脉冲或周期较长的脉冲列，则在顺流和逆流发射时所接收到的信号之间便要产生相位差O,即O=wt=2wLu/cc式中，w为超声波角频率。当测得O时即可求出u,进而求得流量Q。此法用测量相位差O代替了测量微小的时差t，有利于提高测量精度。但存在者声速c对测量结果的影响。频差法原理：为了消除声速c的影响，常采用频差法。由前可知，上、下游接收器接受到的超声波的频率之差为f可用下式表示 f（c+u）/L-(c-u)/L=2u/L由此可知，只要测得f就可求得流量Q，并且此法与声速

5、无关。 超声波技术及其应用一、没测量水位概况目前水电站多采用浮子式液位计或投入式液位计来进行水位测量。其缺点为：测量精度低，不可靠，经常出现浮子卡死不动和传感器堵塞导致测不准；维护工作量大，安装、调试不便，采集到的仅是模拟告警信号，不能直接进入电厂计算机监控系统。对无人值班电厂不实用。我们对拦污栅水位测量系统进行了反复对比，优化得出最后的方案设计，采用超声波液位计对栅前、栅后水位进行实时准确监测，超声波液位计用PLC对采集量进行处理。并且把实时水位和压差数据送到中控室，超声波液位计显示和越限报警。超声波液位计同时采用RS422/RS232接口，又把实时数据送到大坝集中控制室工控机，处理成计算机

6、通信报文，最终将采集量送到电厂计算机监控系统上位机。该项目实施后不仅满足栏污栅栅前、栅后水位及压差的多点实时监测，及报警功能，而且结束了拦污栅测量系统独立工作，无法与电厂计算机监控系统通讯的局面。实现与闸门系统的监视功能、控制功能以及故障时ON-CALL寻呼系统功能的集成。满足了无人值班电站的需要。该技术在云南省电力系统还是第一家。二、超声波液位计测量水位的原理以及安装要求超声波液位计工作时，高频脉冲声波由换能器（探头）发出，遇被测物体（水面）表面被反射，折回的反射回波被同一换能器（探头）接收，转换成电信号。脉冲发送和接收之间的时间（声波的运动时间）与换能器到物体表面的距离成正比，声波传输的距

7、离S与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示：S=CT/2例如：声速C=344m/s，传输时间为50ms，即可算出传输的距离为17.2m，测定距离为8.6m。三可编程超声波式拦污栅水位测量系统在田坝电站应用产生的效果用超声波液位计测量大坝水位目前在国内尚不普遍，技术上尚无经验可以借鉴。在这样的情况下，我们充分利用PLC与超声波液位计这一领域的先进技术，按照总体规划，长远考虑，一次到位，避免重复改造，重复投资的这一原则，对该项目进行自行设计，全面顺利地完成了这一课题。在该领域取得了较有价值的经验。为目前我国国内水电站实现对大坝水位监测系统提供了一个可以借鉴的范例。超声波流量计原理超声波在流动

8、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

9、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5

10、00m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。超声波流量计目前所存在的缺点主要是可测流体的温度范

11、围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200以下的流体。另外，超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500ms左右，被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是103数量级若要求测量流速的准确度为1，则对声速的测量准确度需为10-510-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超

12、声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播，然后由接收换能器接收，并经压电元件变为电能，以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为

13、固定压电元件，使超声波以合适的角度射入到流体中，需把元件故人声楔中，构成换能器整体(又称探头)。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1。常用的声楔材料是有机玻璃，因为它透明，可以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外，某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔材料。超声流量计的分类 插入式超声流量计：可不停产安装和维护。采用陶瓷传感器，使用我公司专用钻孔装置进行不停产安装。一般为单声道测量，为了提高测量准确度，可选择三声道。 管段式超声流量计：需切开管路安装，但以后的维护可不停产。可选择单声道或三声道传感器。 外夹式超声流量计：能够完成固定和移动测量。采用专用耦合

14、剂（室温固化的硅橡胶或高温长链聚合油脂）安装，安装时不损坏管路。 便携式超声流量计1：便携使用，内置可充电锂电池，适合移动测量，配接磁性传感器。 手持式超声流量计：体积小，重量轻，内置可充电锂电池，手持使用，配接磁性传感器。 防爆型超声流量计：用于爆炸性环境液体流量测量，为防爆兼本安型。即转换器为防爆型，传感器为本质安全型。 编辑本段超声波流量计的安装时差式超声波流量计是当今世界上具竞争力的流量测量手段，其测量线精度高于1.0%。由于工业现场特别是管路周围环境的多样性，因此，怎样根据特定的环境安装调试超声波流量计，就成了超声波流量测量领域的一个重要课题，本规程详解了超声波流量计的安装细节，从而

15、进一步完整体现了超声波流量计的精度、可靠性和稳定性的优势，大大降低日后的维护工作甚至免维护。安装规程细解（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；3管道年限；4流体类型、是否含有杂质、气泡以及是否满管；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。（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

16、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；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。但是,当D 200mm而现场情况为下列条件之一者,也可采用Z法安装：1、当被测量流体浊度高，用V法测量收不到信号或信号很弱时；2、当管道内壁有衬里时；3、当管道使用年限

17、太长且内壁结垢严重时；对于管道条件较好者，即使D稍大于200mm，为了提高测量精度，也可采用V法安装。（四）求得安装距离，确定探头位置1、将管道参数输入仪表，选择探头安装方式，得出安装距离；2、在水平管道上，一般应选择管道的中部，避开顶部和底部（顶部可能含有气泡、底部可能有沉淀）；3、V法安装：先确定一个点，按安装距离在水平位置量出另一个点。Z法安装：先确定一个点，按安装距离在水平位置量出另一个点，然后测出此点在管道另一侧的对称点。（五）管道表面处理确定探头位置之后，在两安装点100mm范围内，使用角磨砂轮机、锉、砂纸等工具将管道打磨至光亮平滑无蚀坑。要求：光泽均匀，无起伏不平，手感光滑圆润。

18、需要特别注意，打磨点要求与原管道有同样的弧度，切忌将安装点打磨成平面，用酒精或汽油等将此范围擦净，以利于探头粘接。（六）探头与仪表接线（七）微调探头位置接完线后把探头内部用硅胶注满，放置半小时，然后用硅胶和卡具把探头固定到打磨好的管道上（注意探头方向，引线端向外），然后观察仪表的信号强度、良度与传输时间比，如发现不好，则细微调整探头位置，直到仪表的信号达到规定的范围之内：（信号强度：一般应大于6.5，少数可根据现场具体情况另定。）（信号良度：低峰值一般为714，高峰值一般为2580。）（传输时间比：在1004范围之内，此值必须稳定。）（八）固定探头仪表信号调整好以后，用所配卡具将探头固定好，注

19、意不要使钢丝绳倾斜，以免拉动探头，使探头移位，再用硅胶将探头与管道接触的四周封住。此胶凝固大约需一天时间，在未干之前必须注意探头防水。（信号线的外屏蔽线必须可靠接地）。超声波流量计2主要技术指标： 插入式超声波流量计管段式超声波流量计外加式超声波流量计管径范围(mm)DN80-4000DN20-2000DN20-4000流速范围（m/s）0.0112准确度（%）单声道双声道三声道单声道双声道三声道1.51.01.00.51.0（校正0.5）0.50.5测量介质饮用水、河水、海水、地下水、冷却水、高温水、污水、润滑油、柴油、燃油、化工液体、其他均质流体管道材质金属（如碳钢、铸铁、不锈钢、铝等）非

20、金属材质（如PVC,有机玻璃等）管衬材质玻璃钢、沙浆、橡胶等信号输出1、4-20mA：阻抗小于800，光电隔离，准确度0.1%。2、累计脉冲输出：光电隔离，无源开路输出，传输距离小于500m。3、RS-485:光电隔离，波特率可选择，传输距离大于1.6Km.4、打印机：RS-232串口模式。打印机为选配件。5、M-BUS.键 盘28汉字键盘显示器210汉字显示或英文显示测量功能显示瞬时流量、瞬时流速、正累计流量、负累计流量、净累计流量、累计运行时间、瞬时供热量、累计共热量、断电时间等。数据存贮可存贮前720小时，前365天，前36个月和前十年的测量数据，包括瞬时流量、累计流量、断电时间等。环境

21、温度转换器：-1045（特殊环境请说明）传感器：-40+60（常温型）-40+160(高温型)传感器材质不锈钢和陶瓷不锈钢和普通碳钢常温型为尼龙高温型为合金铝传感器承压能力管内部分压力小于4.5MPaDN20700mm小于2.5MPaDN8002000mm小于1.6MPa与管道内压力无关建议不浸水工作传感器防护等级IP68转换器防护等级壁挂式转换器：IP65 盘装式转换器：IP52 一体式转换器：IP67防爆等级EXdBT6传感器电缆长度 500m 500m 300m传感器电缆型号专用电缆SEYV-75-2(直径7mm)，越短越好，减少干扰，也可以加长到300m若长要加粗电缆工作电源AC220

22、V, DC1236V 0.8A (可选)转换器外形尺寸壁挂式：213185107mm 盘装式：16080250mm 一体式：185140100mm传感器外形尺寸220ø20(杆部)ø50（连接部)mm见管段传感器数据表604035mm转换器重量壁挂式：1.2Kg盘装式：0.8Kg 一体式：1.4Kg传感器重量0.7Kg/支见管段传感器数据表0.2Kg/支热量测量功能测量供热量、热损耗、入口温度、出口温度安装超声波流量计可按照以下步骤操作：一：观察安装现场管道是否满足直管段前10D后5D以及离泵30D的距离。(D为管道内直径)二：确认管道内流体介质以及是否满管。三：确

23、认管道材质以及壁厚(充分考虑到管道内壁结垢厚度)四：确认管道使用年限，在使用10左右的管道，即使是碳钢材质，最好也采用插入式安装。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，它直接影响表的实际测量精度，所以最好进行多次测量以求较高精度。八：安装传感器调试信号做防水归整好信号电缆清理现场线头等废弃物 安装结束验收签字 图纸分解如下： 包括：测量流动通道，被测量的流体通过其中流动；

24、超声波换能器和，分别设置在沿测量流动通道彼此相对的上游端和下游端；上游孔眼和下游孔眼，用于使超声波换能器和暴露于该测量流动通道；第一流体抑制器，至少邻近下游孔眼，用于减少被测量的流体流入孔眼；第二流体抑制器，被设置在测量流动通道的上游端并相对于孔眼和，用于减少被测量的流体流入孔眼和；测量控制部件，用于测量超声波换能器和之间的超声波的传播时间；及计算部件，用于根据该测量控制部件的信号计算流量。为下游孔眼设置的第一流体抑制器包括具有至少一个超声波传输孔的孔眼密封部件。因此，有可能稳定超声波换能器之间的流体，以便增强超声波的接收水平，从而提高测量精度和对流量测量的上限值，并减少对于超声波换能器的驱动输入。