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超声波流量计技术讲座 扬子石化公司计量中心站彭俊杰 2009年7月 超声波流量计 时差法超声波流量计的工作原理 时差法超声波流量计的工作原理（续1） 超声波的优缺点和局限性 2.1 优点 USF可作非接触测量。夹装式换能器USF可无需停流截管安装，只要在既设管道外部安装换能器即可。这是USF在工业用流量仪表中具有的独特优点，因此可作移动性（即非定点固定安装）测量，适用于管网流动状况评估测定。 USF为无流动阻挠测量，无额外压力损失。 流量计的仪表系数是可从实际测量管道及声道等几何尺寸计算求得的，既可采用干法标定，除带测量管段式外一般不需作实流校验。 USF适用于大型圆形管道和矩形管道，且原理上不受管径限制，其造价基本上与管径无关。对于大型管道不仅带来方便，可认为在无法实现实流校验的情况下是优先考虑的选择方案。 多普勒USF可测量固相含量较多或含有气泡的液体。 USF可测量非导电性液体，在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。 因易于实行与测试方法（如流速计的速度-面积法，示踪法等）相结合，可解决一些特殊测量问题，如速度分布严重畸变测量，非圆截面管道测量等。 某些传播时间法USF附有测量声波传播时间的功能，即可测量液体声速以判断所测液体类别。例如，油船泵送油品上岸，可核查所测量的是油品还是仓底水。 超声波的优缺点和局限性（续1） 2.2 缺点和局限性 传播时间法USF只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体；反之多普勒法USF只能用于测量含有一定异相的液体。 外夹装换能器的USF不能用于衬里或结垢太厚的管道，以及不能用于衬里（或锈层）与内管壁剥离（若夹层夹有气体会严重衰减超声信号）或锈蚀严重（改变超声传播路径）的管道。 多普勒法USF多数情况下测量精度不高。 国内生产现有品种不能用于管径小于DN25mm的管道。 超声波的分类和结构 3.1 组成 USF主要由安装在测量管道上的超声换能器（或由换能器和测量管组成的超声流量传感器）和转换器组成。 转换器在结构上分为固定盘装式和便携式两大类。 换能器和转换器之间由专用信号传输电缆连接，在固定测量的场合需在适当的地方装接线盒。 夹装式换能器通常还需配用安装夹具和耦合剂。 图7是系统组成示例，此例是测量液体用传播时间法单声道Z法夹装式USF。（见后页） 第三节 分类和结构（续2） 3.2 分类可以从不同角度对超声流量测量方法和换能器（或传感器）进行分类。 （1） 按测量原理分类封闭管道用USF按测量原理有5种，如2节所述，现在用得最多的是传播时间法和多普勒法两大类。 （2） 按被测介质分类 超声波的分类和结构（续3） 有气体用和液体用两类。传播时间法 USF两种介质各自专用，因换能器工作 频率各异，通常气体在100~300kHz之 间，液体在1~5MHz之间。气体仪表不 能用夹装式换能器，因固体和气体边 界间超声波传播效率较低。 （3）传播时间法按声道数分类：按声道 数分类常用的有单声道、双声道、四声 道和八声道四种。近年有出现三声道、 五声道和六声道。四声道及以上的多声 道配置对提高测量精度起很大作用。 各声道按换能器分布位置（见图8）， 又可分为以下几种。1） 单声道 有Z法（透过法）和V法 （反射法）两种。2） 双声道 有X法（2Z法、交差法）、 2V法和平行法三种。3） 四声道 有4Z法和平行法两种。4） 八声道 有平行法和两平行四声 道交差法二种。 （4） 按换能器安装方式分类有：1） 可移动安装2） 固定安装 超声波的选用考虑要点 4.1 测量原理的选择? 选择液体用USF首先考虑测量原理是传播时间法还是多普勒法？其主要判断要素是：液体洁净程度或杂质含量，测量精度要求。基本适用条件如表1所示。 需插入1个表格及一段描述 超声波的选用考虑要点（续1） 4.2 适用悬浮颗粒含量的范围 多普勒法USF要比传播时间法适用悬浮颗粒含量上限高得多，而且可以测量连续混入气泡的液体。但是根据测量原理，被测介质中必须含有一定数量的散射体，否则仪表就不能正常工作。 传播时间法USF可以测量悬浮颗粒很少的液体，但不能测量含有影响超声波传播的连续混入气泡或体积较大固体物的液体。在这种情况下应用，应在换能器的上游进行消气、沉淀或过滤。在悬浮颗粒含量过多或因管道条件致使超声信号严重衰减而不能测量时，有时可以试降低换能器频率，予以解决。 超声波的选用考虑要点（续2） 4.3 测量精确度（1）传播时间法? 传播时间法比多普勒法有较高的测量精确度，液体基本误差