1超聲波流量計(jì)技術(shù)講座揚(yáng)子石化公司計(jì)量中心站彭俊杰2021年7月2超聲波流量計(jì)34時(shí)差法超聲波流量計(jì)的工作原理有3頁沒用，跳過吧有3頁沒用，跳過吧Android內(nèi)核由標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核修改而來，因此繼承了Linux內(nèi)核的諸多優(yōu)點(diǎn)，保存了Linux內(nèi)核的主題架構(gòu)。同時(shí)，android按照移動(dòng)設(shè)備的需求，在文件系統(tǒng)，內(nèi)存管理，進(jìn)程間通訊機(jī)制和電源管理方面進(jìn)行了修改，添加了相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序和必要的新功能。但是和其他精簡的Linux系統(tǒng)相比〔比方uClinux〕，android很大程度的保存了Linux的根本架構(gòu)，因此android的應(yīng)用性和擴(kuò)展性更強(qiáng)。有3頁用，跳過吧有3頁沒用，跳過吧有3頁沒用，跳過吧有3頁沒用，跳過吧有3頁沒用，跳過吧有3頁沒用，跳過吧有3頁沒用，跳過吧有3頁沒用，跳過吧Android內(nèi)核由標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核修改而來，因此繼承了Linux內(nèi)核的諸多優(yōu)點(diǎn)，保存了Linux內(nèi)核的主題架構(gòu)。同時(shí)，android按照移動(dòng)設(shè)備的需求，在文件系統(tǒng)，內(nèi)存管理，進(jìn)程間通訊機(jī)制和電源管理方面進(jìn)行了修改，添加了相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序和必要的新功能。但是和其他精簡的Linux系統(tǒng)相比〔比方uClinux〕，android很大程度的保存了Linux的根本架構(gòu)，因此android的應(yīng)用性和擴(kuò)展性更強(qiáng)。豆丁完全解決方案，1000W高質(zhì)量文檔+1天上傳5W文檔通過率8成==1年后月被動(dòng)收入5W以上，全套解決方案售價(jià)僅8W元，有意請(qǐng)聯(lián)系扣扣709604208豆丁完全解決方案，1000W高質(zhì)量文檔+1天上傳5W文檔通過率8成==1年后月被動(dòng)收入5W以上，全套解決方案售價(jià)僅8W元，有意請(qǐng)聯(lián)系扣扣7096042089時(shí)差法超聲波流量計(jì)的工作原理〔續(xù)1〕10超聲波的優(yōu)缺點(diǎn)和局限性

2.1優(yōu)點(diǎn)USF可作非接觸測(cè)量。夾裝式換能器USF可無需停流截管安裝，只要在既設(shè)管道外部安裝換能器即可。這是USF在工業(yè)用流量儀表中具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因此可作移動(dòng)性〔即非定點(diǎn)固定安裝〕測(cè)量，適用于管網(wǎng)流動(dòng)狀況評(píng)估測(cè)定。USF為無流動(dòng)阻撓測(cè)量，無額外壓力損失。流量計(jì)的儀表系數(shù)是可從實(shí)際測(cè)量管道及聲道等幾何尺寸計(jì)算求得的，既可采用干法標(biāo)定，除帶測(cè)量管段式外一般不需作實(shí)流校驗(yàn)。USF適用于大型圓形管道和矩形管道，且原理上不受管徑限制，其造價(jià)根本上與管徑無關(guān)。對(duì)于大型管道不僅帶來方便，可認(rèn)為在無法實(shí)現(xiàn)實(shí)流校驗(yàn)的情況下是優(yōu)先考慮的選擇方案。多普勒USF可測(cè)量固相含量較多或含有氣泡的液體。USF可測(cè)量非導(dǎo)電性液體，在無阻撓流量測(cè)量方面是對(duì)電磁流量計(jì)的一種補(bǔ)充。因易于實(shí)行與測(cè)試方法〔如流速計(jì)的速度-面積法，示蹤法等〕相結(jié)合，可解決一些特殊測(cè)量問題，如速度分布嚴(yán)重畸變測(cè)量，非圓截面管道測(cè)量等。某些傳播時(shí)間法USF附有測(cè)量聲波傳播時(shí)間的功能，即可測(cè)量液體聲速以判斷所測(cè)液體類別。例如，油船泵送油品上岸，可核查所測(cè)量的是油品還是倉底水。

11超聲波的優(yōu)缺點(diǎn)和局限性〔續(xù)1〕2.2缺點(diǎn)和局限性傳播時(shí)間法USF只能用于清潔液體和氣體，不能測(cè)量懸浮顆粒和氣泡超過某一范圍的液體；反之多普勒法USF只能用于測(cè)量含有一定異相的液體。外夾裝換能器的USF不能用于襯里或結(jié)垢太厚的管道，以及不能用于襯里〔或銹層〕與內(nèi)管壁剝離〔假設(shè)夾層夾有氣體會(huì)嚴(yán)重衰減超聲信號(hào)〕或銹蝕嚴(yán)重〔改變超聲傳播路徑〕的管道。多普勒法USF多數(shù)情況下測(cè)量精度不高。國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)有品種不能用于管徑小于DN25mm的管道。

12超聲波的分類和結(jié)構(gòu)

3.1組成USF主要由安裝在測(cè)量管道上的超聲換能器〔或由換能器和測(cè)量管組成的超聲流量傳感器〕和轉(zhuǎn)換器組成。轉(zhuǎn)換器在結(jié)構(gòu)上分為固定盤裝式和便攜式兩大類。換能器和轉(zhuǎn)換器之間由專用信號(hào)傳輸電纜連接，在固定測(cè)量的場(chǎng)合需在適當(dāng)?shù)牡胤窖b接線盒。夾裝式換能器通常還需配用安裝夾具和耦合劑。圖7是系統(tǒng)組成例如，此例是測(cè)量液體用傳播時(shí)間法單聲道Z法夾裝式USF?！惨姾箜摗?3第三節(jié)分類和結(jié)構(gòu)〔續(xù)2〕3.2分類

可以從不同角度對(duì)超聲流量測(cè)量方法和換能器〔或傳感器〕進(jìn)行分類?！?〕按測(cè)量原理分類

封閉管道用USF按測(cè)量原理有5種，如2節(jié)所述，現(xiàn)在用得最多的是傳播時(shí)間法和多普勒法兩大類?！?〕按被測(cè)介質(zhì)分類

14超聲波的分類和結(jié)構(gòu)〔續(xù)3〕有氣體用和液體用兩類。傳播時(shí)間法USF兩種介質(zhì)各自專用，因換能器工作頻率各異，通常氣體在100~300kHz之間，液體在1~5MHz之間。氣體儀表不能用夾裝式換能器，因固體和氣體邊界間超聲波傳播效率較低?！?〕傳播時(shí)間法按聲道數(shù)分類：按聲道數(shù)分類常用的有單聲道、雙聲道、四聲道和八聲道四種。近年有出現(xiàn)三聲道、五聲道和六聲道。四聲道及以上的多聲道配置對(duì)提高測(cè)量精度起很大作用。各聲道按換能器分布位置〔見圖8〕，又可分為以下幾種。

1〕單聲道有Z法〔透過法〕和V法〔反射法〕兩種。

2〕雙聲道有X法〔2Z法、交差法〕、2V法和平行法三種。

3〕四聲道有4Z法和平行法兩種。

4〕八聲道有平行法和兩平行四聲道交差法二種?！?〕按換能器安裝方式分類有：

1〕可移動(dòng)安裝

2〕固定安裝

15超聲波的選用考慮要點(diǎn)4.1測(cè)量原理的選擇

選擇液體用USF首先考慮測(cè)量原理是傳播時(shí)間法還是多普勒法？其主要判斷要素是：液體潔凈程度或雜質(zhì)含量，測(cè)量精度要求。根本適用條件如表1所示。

需插入1個(gè)表格及一段描述16超聲波的選用考慮要點(diǎn)〔續(xù)1〕4.2適用懸浮顆粒含量的范圍多普勒法USF要比傳播時(shí)間法適用懸浮顆粒含量上限高得多，而且可以測(cè)量連續(xù)混入氣泡的液體。但是根據(jù)測(cè)量原理，被測(cè)介質(zhì)中必須含有一定數(shù)量的散射體，否那么儀表就不能正常工作。傳播時(shí)間法USF可以測(cè)量懸浮顆粒很少的液體，但不能測(cè)量含有影響超聲波傳播的連續(xù)混入氣泡或體積較大固體物的液體。在這種情況下應(yīng)用，應(yīng)在換能器的上游進(jìn)行消氣、沉淀或過濾。在懸浮顆粒含量過多或因管道條件致使超聲信號(hào)嚴(yán)重衰減而不能測(cè)量時(shí)，有時(shí)可以試降低換能器頻率，予以解決。17超聲波的選用考慮要點(diǎn)〔續(xù)2〕4.3測(cè)量精確度

〔1〕傳播時(shí)間法

傳播時(shí)間法比多普勒法有較高的測(cè)量精確度，液體根本誤差為％R至±5％FS，重復(fù)性為％％R；氣體根本誤差為％R到±3％FS，重復(fù)性為％％FS，高精度儀表均為多聲道儀表。中小口徑液體管段式超聲流量傳感器通常都用水做實(shí)驗(yàn)校驗(yàn)，具有％R的高精度。管外夾裝換能器或在現(xiàn)場(chǎng)管道固定安裝換能器的儀表，要通過定標(biāo)計(jì)算接入現(xiàn)場(chǎng)管道流通面積和傳播距離長度測(cè)量誤差，夾裝在管道的不確定性，聲耦合變化等因素，要降低些。假設(shè)安裝調(diào)試粗糙不細(xì)致，測(cè)量精確度有可能低到5％，甚至更低。測(cè)量精確度還取決于聲道數(shù)設(shè)置及其布置位置，下文將進(jìn)一步討論。

18超聲波的選用考慮要點(diǎn)〔續(xù)3〕〔2〕多普勒法典型儀表的根本誤差為±〔1％-10％〕FS，重復(fù)性為〔％-1％〕FS。工業(yè)用多普勒法USF的超聲波頻率為〔〕MHz。多普勒信號(hào)包含著不同散射體移動(dòng)速度的頻譜，檢測(cè)電路提供多普勒頻移假設(shè)干平均測(cè)量值以求的速度。所測(cè)的散射體速度和流體平均流速之間的關(guān)系，隨著不同狀況而變化，有一定不確定性。多普勒法USF性能因受以下一些原因所形成的因素影響，整體性能要比傳播時(shí)間法低得多。例如：散粒體的性質(zhì)；非軸向速度分量形成的多普勒頻移增寬；被照射域位置的不確定性；散射體和基相液體間的滑差。因此有些制造廠的技術(shù)數(shù)據(jù)僅列出儀表的重復(fù)性而不列測(cè)量精確度或根本誤差。流體運(yùn)行流速不能過低，過低的流速會(huì)使離散體分布不均勻。假設(shè)測(cè)量管水平安裝，氣體會(huì)浮升在頂部流動(dòng)，顆粒會(huì)沉淀于底部。最低流速通常為〔〕ｍ／ｓ。19超聲波的選用考慮要點(diǎn)〔續(xù)4〕4.4聲道設(shè)置和直管段要求

多普勒法USF通常只有單套發(fā)送和接收換能器；便攜式外夾裝換能器傳播時(shí)間法USF通常也只有單聲道，其他夾裝式那么也有用雙聲道者，帶測(cè)量管段式有單聲道和雙聲道以上。

〔1〕傳播時(shí)間法

傳播時(shí)間法采用多少聲道的主要依據(jù)是測(cè)量精確度要求和安裝儀表管段流動(dòng)狀況〔取決于上游阻流件組成和直管段條件〕，以及管徑大小。例如BS7405推薦管徑大于用3或4聲道，達(dá)于3m那么用8聲道

單聲道從單一路徑的線平均流速乘上系數(shù)代表平均流速。單一路徑聲道的換能器設(shè)置通常是通過管道中心，即在橫截面投影圓的直徑上，其系數(shù)即如下圖。也右聲道設(shè)置在弦的位置上。流動(dòng)速度分布畸變和存在徑向速度分量〔如渦流、二次流〕那么會(huì)改變?cè)撓禂?shù)值，弦位置的影響比直徑位置的影響小。多聲道測(cè)量多路徑線平均流速，更減少流動(dòng)畸變影響，提高測(cè)量精度。

確定聲道數(shù)有的可按儀表樣本標(biāo)準(zhǔn)選擇〔如管段式USF，除單聲道外較多采用雙聲道計(jì)量聲道以上〕，有的那么向儀表制造場(chǎng)聯(lián)系磋商〔如現(xiàn)場(chǎng)安裝式USF，特別是大管徑應(yīng)用，通常為3-8聲道〕。

為了獲得流體沿管道中心平行對(duì)稱地流動(dòng)，測(cè)量點(diǎn)上下游要有足夠的長度直管段作有效整流。不能滿足時(shí)應(yīng)設(shè)置流動(dòng)調(diào)整器。

傳播時(shí)間法USF直管段長度要求尚未有國際標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，應(yīng)按制造廠提供的規(guī)定。表2例舉幾個(gè)不同來源提出的要求，可作為選型時(shí)的一般依據(jù)。

20超聲波的選用考慮要點(diǎn)〔續(xù)4〕〔2〕多普勒法

插1表格21超聲波的選用考慮要點(diǎn)〔續(xù)5〕對(duì)多普勒法USF的直管段要求也沒有國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。人們對(duì)多普勒法USF直管段要求程度在看法上也迥然不同。一種看法認(rèn)為：從原理上講多普勒法僅測(cè)量“照射域〞內(nèi)散射體的流速，其測(cè)量值受流速分布影響比傳播時(shí)間法大。為了盡量減少這種影響，除了采取其他一些方法外，還應(yīng)保證照射測(cè)量域的上下游有足夠長度的直管段，以得到較好的流動(dòng)狀態(tài)。例如日本電氣計(jì)測(cè)工業(yè)會(huì)認(rèn)為多普勒法USF所需直管段長度一般應(yīng)是傳播時(shí)間法的倍。然而另一種看法是：多普勒法USF本身測(cè)量精確度等性能較低，流速分布影響相對(duì)于總體測(cè)量精確度不重要，直管段要求反而降低。例如有儀表制造廠提出只要在測(cè)量點(diǎn)上下游保持大于〔3-5〕DN的直管段。

22超聲波的選用考慮要點(diǎn)〔續(xù)6〕4.5換能器類型的選擇〔1〕傳播時(shí)間法

本類儀表可采用換能器的類型較多，各廠家換能器結(jié)構(gòu)不同，適用的流體條件〔溫度、壓力等〕、管道條件〔材質(zhì)、形狀、管徑、直管長度等〕和安裝條件等也不相同。此外還與聲道的設(shè)置方法有關(guān)，而聲道的設(shè)置方法又與測(cè)量精度和重復(fù)性等密切相關(guān)。氣體用USF因固體和氣體界面間超聲波傳播效率非常低，只能用直射式換能器。因此氣體流量測(cè)量一般不采用外夾裝式USF?！?〕多普勒法

本類儀表用的折射式換能器。目前國內(nèi)產(chǎn)品大局部采用夾裝式，但與傳播時(shí)間法所用的夾裝式換能的發(fā)射頻率等技術(shù)性能不同，不能混用。然而兩者適用管道條件是根本相同的。23超聲波的選用考慮要點(diǎn)〔續(xù)7〕4.6安裝布置方面的考慮1〕安裝位置和流動(dòng)方向USF的流量傳感局部〔超聲流量傳感器或超聲換能器〕一般均可安裝于水平、傾斜或垂直管道。垂直管道最好選擇自下而上流動(dòng)的場(chǎng)所，假設(shè)為自上而下，那么其下游應(yīng)有足夠的背壓，例如有高于測(cè)量點(diǎn)的后續(xù)管道，以防止測(cè)量點(diǎn)出現(xiàn)非滿管流。2〕單向流還是雙向流通常為單向流，但也可通過較復(fù)雜電子線路，設(shè)計(jì)成雙向流動(dòng)，此時(shí)流量測(cè)量點(diǎn)兩側(cè)直管段長度均應(yīng)按上游直管段的要求布置。3〕管道條件外夾裝式USF管道內(nèi)外表積沉積層會(huì)產(chǎn)生聲波不良傳輸和偏離預(yù)期聲道路徑和長度，應(yīng)予防止；外外表因易于處理較少影響。夾裝式換能器和管道接觸外表要涂上耦合劑。應(yīng)注意粒狀結(jié)構(gòu)材料〔例如鑄鐵、混凝土〕的管道，很可能聲波被分散，大局部聲波傳送不到流體而降低性能。換能器安裝處管道襯里或銹蝕層與管壁之間不能有縫隙。用V法的反射處必須避開焊縫和接口〔參見圖11〕。

24超聲波的選用考慮要點(diǎn)〔續(xù)7〕4〕上游流動(dòng)擾動(dòng)與大局部其他流量儀表一樣，USF敏感于流過儀表的流速分布剖面，因此也要求相當(dāng)長度的上游直管段。前文已對(duì)直管段要求作了討論。5〕防止聲干擾應(yīng)注意由控制閥高壓力降等所形成的聲學(xué)干擾，特別在測(cè)量氣體流量時(shí)尤為重要，設(shè)法防止之。例如德國Instromet公司的USF顯示儀中有聲干擾實(shí)時(shí)測(cè)量報(bào)警；測(cè)量管道中采用如圖9所示彎管阻斷聲干擾的措施。25超聲波的選用考慮要點(diǎn)〔續(xù)8〕4.7經(jīng)濟(jì)因素方面的考慮

小口徑USF與其他流量儀表相比價(jià)格較貴，然而非管段式USF價(jià)格并不明顯增加。所以用于大口徑、超大口徑儀表有明顯價(jià)格優(yōu)勢(shì)。多聲道儀表有較復(fù)雜電子計(jì)算部件，價(jià)格要高些，因此在要求高精度的中小管徑上應(yīng)用受到一些限制。然而上有擾動(dòng)大而直管段布置受限制的場(chǎng)所，多聲道系統(tǒng)可能是僅有的合理解決方案。外夾裝式便攜式USF的機(jī)動(dòng)性和可以多處使用，儀表購置費(fèi)可分?jǐn)偨o各測(cè)量點(diǎn)，從而降低測(cè)量本錢。

USF的流量校驗(yàn)費(fèi)用，外夾裝式儀表通常不作實(shí)流校驗(yàn)，僅作靜態(tài)調(diào)試，液體用儀表可充實(shí)液調(diào)試；管段式儀表為提高儀表精度，均作實(shí)流校驗(yàn)。因?yàn)檫@些校驗(yàn)或調(diào)試在出廠前進(jìn)行，一般包括在價(jià)格內(nèi)。大管徑儀表為了提高測(cè)量精確度或用戶需要在現(xiàn)場(chǎng)考核其精確度，或者測(cè)量位置流場(chǎng)畸變嚴(yán)重必須作實(shí)流標(biāo)定，在測(cè)量原位用速度面積法等方法在線校驗(yàn)，那么應(yīng)考慮其校驗(yàn)費(fèi)用。26超聲波的安裝本卷須知5.1流量傳感器或換能器的安裝〔1〕流量傳感器〔即帶測(cè)量管段的插入式換能器總成〕的安裝

1〕安裝本類流量傳感器時(shí)管網(wǎng)必須停流，測(cè)量點(diǎn)管道必須截?cái)嗪蠼尤肓髁總鞲衅鳌?〕連接流量傳感器的管道內(nèi)徑必