1介紹
定義
超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。
原理
根據對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。
超聲流量計和超聲波流量計一樣，因儀表流通通道未設置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優點，它是發展迅速的一類流量計之一。
超聲波流量計采用時差式測量原理：一個探頭發射信號穿過管壁、介質、另一側管壁后，被另一個探頭接收到，同時，第二個探頭同樣發射信號被第一個探頭接收到，由于受到介質流速的影響，二者存在時間差Δt，根據推算可以得出流速V和時間差Δt之間的換算關系V=(C2/2L)×Δt，進而可以得到流量值Q
2優缺點
優點
超聲波流量計是一種非接觸式儀表，它既可以測量大管徑的介質流量也可以用于不易接觸和觀察的介質的測量。它的測量準確度很高，幾乎不受被測介質的各種參數的干擾，尤其可以解決其它儀表不能的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量測量問題。
缺點
現今所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數據不全。目前我國只能用于測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計的測量線路比一般流量計復雜。這是因為，一般工業計量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m/s左右，被測流體流速(流量)變帶給聲速的變量最大也是10－3數量級．若要求測量流速的準確度為1%，則對聲速的測量準確度需為10-5～10-6數量級，因此必須有完善的測量線路才能實現，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術迅速發展的前題下才能得到實際應用的原因。
超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大并轉換為表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。
超聲波流量計常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應，采用適出的發射電路把電能加到發射換能器的壓電元件上，使其產生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經壓電元件變為電能，以便檢測。發射換能器利用壓電元件的逆壓電效應，而接收換能器則是利用壓電效應。
超聲波流量計換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的10倍，以振動的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件故人聲楔中，構成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強度高、耐老，而且要求超聲波經聲楔后能量損失小即透射系數接近1。常用的聲楔材料是有機玻璃，因為它透明，可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。
3特點功能
特點
◆獨特的信號數字處理技術，使儀表測量信號更穩定、抗干擾能力強、計量更準確。
◆無機械傳動部件不容易損壞，免維護，壽命長。
◆電路更優、集成度高、功耗低、可靠性高。
◆智能標準信號輸出，人機界面友好、多種二次信號輸出，供您任意選擇。
◆管段式小管徑測量經濟又方便，測量精度高。
手持式超聲波流量計F601/G601的技術參數如下：
測量原理:時差相關原理 流速: 0.01~25 m/s 分辨率：0.025 cm/s 重復性：0.15% 讀數：視應用而定 流場充分發展且徑向對稱 體積流量: ± 1%讀數，視應用而定± 0.5%讀數， 經過標定流速: ± 0.5%讀數，視應用而定 可測介質: 所有導聲流體, 且氣泡或固體顆粒的體積含量<10% 主機外殼重量: ~ 1.9kg 防護等級: IP65 (根據EN60529) 材質:鋁合金 粉末涂層尺寸: (226 x 213 x 59)mm (WxHx D) 通道: 2 危險區: Zone 2 電源: 充電電池(6V/4Ah); 外接電源(100 ~ 240)VAC 電池工作時間: >14h 顯示: 2 x 16 字符,點陣, 帶背光工作 溫度: -10 ~ 60℃ 功耗: < 6W信號平均: (0 ~ 100)s, 可調測量速率: (100 ~ 1000)Hz (1通道)響應時間: 1s (1通道), 70ms可選.測量功能測量量: 體積/質量流量, 流速, 能量流量(需溫度輸入)累積量: 體積, 質量,能量(可選)計算功能: 平均值, 差值, 總和工作語言: 捷克語, 丹麥語, 德語, 英語, 法語, 荷蘭語, 挪威語,波蘭語, 西班牙語數據記錄可記錄的參數: 所有測量量及累積量容量: >100000條測量量通訊接口: RS232, RS485(可選)可通訊的參數: 實測值, 記錄值, 參數記錄軟件: FluxData(可選）
可做非接觸式測量
無流動阻撓測量,無壓力損失
可測量非導電性液體
量程比寬，用途廣泛
多種功能主機，攜帶方便
功能
下載測量值/記錄, 圖形顯示, 格式轉換操作系統: WindowsTM ；過程輸出(可選)輸出與主設備電隔離輸出組數視輸出類型而定. 更多信息請洽FLEXIM電流范圍: (0/4-20) mA精度: 0.1%讀數± 15μA有源輸出: Rext < 500??無源輸出: Uext < 24V, Rext < 1k??電壓范圍: (0~1) V或(0~10) V精度: 0~1V: 0.1%讀數± 1mV0~10V: 0.1%讀數± 10mV儀表阻抗: Ri = 500??頻率范圍: 0~1kHz或0~10kHz集電極開路: 24 V/4mA開關量集電極開路: 24 V/4mA干簧繼電器: 48 V/0.1A功能,如狀態輸出: 上下限, 符號變或出錯脈沖輸出: 值: (0.01~1000)units寬度: (80~1000)ms過程輸入(可選)輸入與主設備電隔離, 最多4組輸入.溫度類型: Pt100, 四線制范圍: -50℃~400℃分辨率: 0.1 K精度: ± (0.02K + 0.1%讀數)電流范圍: 有源: (0~20)mA無源: (-20~20)mA精度: 0.1%讀數± 10 A有源輸入: Ri = 50??無源輸入: Uext < 24V, Rext < 1k??電壓范圍: (0~1) V或(0~10) V精度: 0~1V: 0.1%讀數± 1mV0~10V: 0.1%讀數± 10mV儀表阻抗: Ri= 1M夾裝式探頭
適用口徑: DN6-DN6500適用溫度: -30 to 400℃ (適用防爆區)詳見下圖. 更多資料, 請參閱相關手冊.測厚探頭（可選）測量范圍: (1.0 - 200) mm分辨率: 0.01 mm線性度: 0.1 mm標準型: -20℃ to +60℃高溫型: 0℃ to +200℃短時間可達+540℃應用領域
4應用
概況
傳播時間法應用于清潔、單相液體和氣體。典型應用有工廠排放液、:怪液、液天然氣等;
氣體應用方面在高壓天然氣領域已有使用良好的經驗;
環境
多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠排放液、臟流程液;通常不適用于非常清潔的液體。
5注意事項
超聲波流量計正確選型才能超聲波流量計更好的使用。選用什么種類的超聲波流量計應根據被測流體介質的物理性質和學性質來決定?使超聲波流量計的通徑、流量范圍、襯里材料、電極材料和輸出電流等?都能適應被測流體的性質和流量測量的要求。
1、精密功能檢查
精度等級和功能根據測量要求和使用場合選擇儀表精 度等級，做到經濟合算。比如用于貿易結算、產品交接和能源計量的場合，應該選擇精度等級高些，如1.0級、0.5級，或者更高等級; 用于過程控制的場合，根據控制要求選擇不 同精度等級;有些僅僅是檢測一下過程流量，無需做精確控制和計量的場合，可以選擇精度等級稍低的，如1.5級、2.5級，甚至 4.0級，這時可以選用價格低廉的插入式超聲波流量計。
2、可測量的介質
測量介質流速、儀表量程與口徑 測量一般的介質時，超聲波流量計的滿度 流量可以在測量介質流速0.5—12m/s范圍內 選用，范圍比較寬。選擇儀表規格(口徑)不一 定與工藝管道相同，應視測量流量范圍是否 在流速范圍內確定，即當管道流速偏低，不能滿足流量儀表要求時或者在此流速下測量準 確度不能時，需要縮小儀表口徑，從而提 高管內流速，得到滿意測量結果。
應用領域
序號 | 主要應用領域 | 檢測項目 | 應用儀表 |
1 | 環保 | 市政污水測量 | 多普勒超聲波流量計 非滿管超聲波流量計 |
工廠污水排放監測 | 多普勒超聲波流量計 非滿管超聲波流量計 | | |
2 | 油田 | 原油生產流量測量 | 多普勒超聲波流量計 |
固井泥漿流量測量 | 多普勒超聲波流量計 | | |
油田含油污水流量測量 | 多普勒超聲波流量計 非滿管超聲波流量計 | | |
油井注水量流量測量 | 時差式超聲波流量計 | | |
3 | 水務公司 | 江、河、水庫原水測量 | 時差式超聲波流量計 |
自來水流量測量 | 時差式超聲波流量計 | | |
4 | 石油工 | 石產品工藝流檢測 | 時差式超聲波流量計 |
工業循環水流量測量 | 時差式超聲波流量計 多普勒超聲波流量計 | | |
5 | 冶金 | 工業循環水流量測量 | 時差式超聲波流量計 多普勒超聲波流量計 |
生產過程耗水量測量 | 時差式超聲波流量計 | | |
選礦礦漿流量測量 | 多普勒超聲波流量計 | | |
6 | 礦山 | 礦井排水流量測量 | 多普勒超聲波流量計 |
選礦礦漿流量測量 | 多普勒超聲波流量計 | | |
7 | 鋁廠 | 生產過程耗水量測量 | 時差式超聲波流量計 |
鋁鈉等工藝流流量測控 | 多普勒超聲波流量計 | | |
8 | 造紙 | 紙漿流量測量 | 多普勒超聲波流量計 |
生產過程耗水量測量 | 時差式超聲波流量計 | | |
9 | 制藥廠 | 學流量測量 | 時差式超聲波流量計 多普勒超聲波流量計 |
生產過程耗水量測量 | 時差式超聲波流量計 | | |
10 | 發電廠、熱電廠 | 生產過程耗水量測量 | 時差式超聲波流量計 |
冷卻循環水流量測量 | 時差式超聲波流量計 | | |
發電機組線圈冷卻水流量測量 | 時差式超聲波流量計 （超小管徑） | | |
11 | 食品 | 果汁流量測量 | 多普勒超聲波流量計 |
奶液流量測量 | 多普勒超聲波流量計 | | |
6參數介紹
管段式傳感器參數
性 能 | 參 數 | | | |
測量液體 | 充滿被測管道的水、污水及其它均質液體，懸浮物含量小于10g/L，粒徑小于1mm。 | | | |
準確度 | ±1.0% | | | |
流速范圍 | ±0.01m/s~±12.0m/s | | | |
管徑范圍 | DN300mm~DN2000mm | | | |
傳感器材質 | 鋼或不銹鋼 | | | |
傳感器承壓能力 | 管徑300~600mm，壓力不超過2MPa；管徑700~2000mm，壓力不超過1MPa | | | |
轉換器 | 環境溫度：-10℃~+45℃；濕度≤85%(RH) （特殊環境訂貨時說明） | | | |
| | 壁掛式 | 盤裝式 | 一體式 | |
防護等級 | IP65 | IP51 | IP65 | |
傳感器 | 防護等級：IP68 | 常溫型 | 高溫型 | 低溫型 |
工作溫度 | 0~50℃ | 0~150℃ | -20~0℃ | |
電 纜 | 采用雙芯帶屏蔽高頻電纜，工作溫度-40~+70℃ | | | |
信號輸出 | 模擬量：4~20mA或0~20mA或0~10mA軟件可選；負載能力小于600Ω | | | |
開關量：累計流量脈沖輸出，閉合3ms，周期6ms，傳輸距離小于500m | | | | |
串行口：RS-485，傳輸速率4800bit/s,傳輸距離小于1200m | | | | |
鍵 盤 | 1×3按鍵 | | | |
顯示器 | 2×16位背光液晶字符顯示器 | | | |
顯示內容 | 同屏顯示瞬時流量：-99999.99~+99999.99m3/h 累計流量： -19999999.99~+19999999.99m3，鍵控顯示累計運行時間 | | | |
數據存儲 | 累計流量、累計運行時間及各項設置參數，掉電后數據可保存100年 | | | |
工作電源 | AC 220V ±15%，50Hz 功率<10W (DC 5~36V、1A，定貨時提出) | | | |
電纜長度 | 傳感器到轉換器的布線距離，10m、20m、30m……300m可選 | | | |
7外型尺寸
管段式傳感器外型尺寸
內徑（mm） DN | 裝長度（mm） L | 法蘭尺寸（mm） | 重 量 （Kg） | 額定壓力 （MPa） | | |
D | Do | N×A | | | | |
300 | 412 | 485 | 0
| 12×26 | 1
| 6
|
350 | 447 | 535 | 0
| 12×30 | 9
| |
400 | 481 | 600 | 0
| 16×30 | 102 | |
450 | 516 | 635 | 0
| 16×33 | 114 | |
500 | 552 | 700 | 0
| 20×33 | 148 | |
600 | 621 | 815 | 5
| 20×36 | 212 | |
700 | 692 | 915 | 850 | 24×36 | 336 | 0
|
800 | 759 | 1046 | 970 | 24×40 | 500 | |
1000 | 894 | 1288 | 1200 | 28×44 | 821 | |
1200 | 1030 | 1522 | 1434 | 32×44 | 1303 | |
1400 | 1164 | 1778 | 1670 | 32×48 | 1914 | |
1600 | 1298 | 1982 | 1874 | 36×48 | 2442 | |
1800 | 1432 | 2236 | 2114 | 36×52 | 3411 | |
2000 | 1566 | 2446 | 2324 | 40×52 | 4262 | |
8測量原理
當超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產生微小變，并且其傳播時間的變正比于液體的流速，其關系符合下列表達式
其中
θ為聲束與液體流動方向的夾角
M 為聲束在液體的直線傳播次數
D 為管道內徑
Tup 為聲束在正方向上的傳播時間
Tdown為聲束在逆方向上的傳播時間
ΔT=Tup –Tdown
設靜止流體中的聲速為c，流體流動的速度為u，傳播距離為L，當聲波與流體流動方向一致時（即順流方向），其傳播速度為c+u；反之，傳播速度為c-u.在相距為L的兩處分別放置兩組超聲波發生器和接收器（T1,R1）和（T2,R2）。當T1順方向，T2逆方向發射超聲波時，超聲波分別到達接收器R1和R2所需要的時間為t1和t2,則
t1=L/(c+u)； t2=L/(c-u)
由于在工業管道中，流體的流速比聲速小的多，即c>>u,因此兩者的時間差為 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，當聲波在流體中的傳播速度c已知時，只要測出時間差▽t即可求出流速u，進而可求出流量Q。利用這個原理進行流量測量的方法稱為時差法。此外還可用相差法、頻差法等
超聲波流量計
。
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