1介绍
定义
超声波
流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的
仪表。
原理
根据对信号检测的原理
超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。
超声流量计和
超声波流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，它是发展迅速的一类流量计之一。
超声波流量计采用时差式测量原理：一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧管壁后，被另一个探头接收到，同时，第二个探头同样发射信号被第一个探头接收到，由于受到介质流速的影响，二者存在时间差Δt，根据推算可以得出流速V和时间差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt，进而可以得到流量值Q
2优缺点
优点
超声波流量计是一种非接触式仪表，它既可以测量大管径的介质流量也可以用于不易接触和观察的介质的测量。它的测量准确度很高，几乎不受被测介质的各种参数的干扰，尤其可以解决其它仪表不能的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。
缺点
现今所存在的缺点主要是可测流体的温度范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1500m/s左右，被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是10－3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10-5～10-6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。
3特点功能
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。
手持式超声波流量计F601/G601的技术参数如下：
测量原理:时差相关原理 流速: 0.01~25 m/s 分辨率：0.025 cm/s 重复性：0.15% 读数：视应用而定 流场充分发展且径向对称
体积流量: ± 1%读数，视应用而定± 0.5%读数， 经过标定流速: ± 0.5%读数，视应用而定 可测介质: 所有导声流体, 且气泡或固体颗粒的体积含量<10%
主机外壳重量: ~ 1.9kg 防护等级: IP65 (根据EN60529) 材质:铝合金 粉末涂层尺寸: (226 x 213 x 59)mm (WxHx D) 通道: 2
危险区: Zone 2
电源: 充电电池(6V/4Ah); 外接电源(100 ~ 240)VAC 电池工作时间: >14h 显示: 2 x 16 字符,
点阵, 带背光工作 温度: -10 ~ 60℃ 功耗: < 6W信号平均: (0 ~ 100)s, 可调测量速率: (100 ~ 1000)Hz (1通道)响应时间: 1s (1通道), 70ms可选.
测量功能测量量: 体积/
质量流量, 流速, 能量流量(需温度输入)累积量: 体积, 质量,能量(可选)计算功能: 平均值, 差值, 总和工作语言: 捷克语, 丹麦语, 德语, 英语, 法语, 荷兰语, 挪威语,波兰语, 西班牙语
数据记录可记录的参数: 所有测量量及累积量容量: >100000条测量量
通讯接口: RS232, RS485(可选)可通讯的参数: 实测值, 记录值, 参数记录
软件: FluxData(可选）可做非接触式测量
无流动阻挠测量,无压力损失
可测量非导电性液体
量程比宽，用途广泛
多种功能主机，携带方便
功能
下载测量值/记录, 图形显示, 格式转换操作系统: WindowsTM ；
过程输出(可选)输出与主设备电隔离输出组数视输出类型而定. 更多信息请洽FLEXIM
电流范围: (0/4-20) mA精度: 0.1%读数± 15μA有源输出: Rext < 500??无源输出: Uext < 24V, Rext < 1k??电压范围: (0~1) V或(0~10) V精度: 0~1V: 0.1%读数± 1mV0~10V: 0.1%读数± 10mV仪表阻抗: Ri = 500??频率范围: 0~1kHz或0~10kHz集电极开路: 24 V/4mA开关量集电极开路: 24 V/4mA干簧继电器: 48 V/0.1A功能,如状态输出: 上下限, 符号变化或出错脉冲输出: 值: (0.01~1000)units宽度: (80~1000)ms过程输入(可选)输入与主设备电隔离, 最多4组输入.温度类型: Pt100, 四线制范围: -50℃~400℃分辨率: 0.1 K精度: ± (0.02K + 0.1%读数)电流范围: 有源: (0~20)mA无源: (-20~20)mA精度: 0.1%读数± 10 A有源输入: Ri = 50??无源输入: Uext < 24V, Rext < 1k??电压范围: (0~1) V或(0~10) V精度: 0~1V: 0.1%读数± 1mV0~10V: 0.1%读数± 10mV仪表阻抗: Ri= 1M
夹装式探头适用口径: DN6-DN6500适用温度: -30 to 400℃ (适用防爆区)详见下图. 更多资料, 请参阅相关手册.测厚探头（可选）测量范围: (1.0 - 200) mm分辨率: 0.01 mm线性度: 0.1 mm标准型: -20℃ to +60℃高温型: 0℃ to +200℃短时间可达+540℃应用领域
4应用
概况
传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、:怪液、液化天然气等;
气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验;
环境
多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体。
5注意事项
超声波流量计正确选型才能保证超声波流量计更好的使用。选用什么种类的超声波流量计应根据被测流体介质的物理性质和化学性质来决定?使超声波流量计的通径、流量范围、衬里材料、电极材料和输出电流等?都能适应被测流体的性质和流量测量的要求。
1、精密功能检查
精度等级和功能根据测量要求和使用场合选择仪表精 度等级，做到经济合算。比如用于贸易结算、产品交接和能源计量的场合，应该选择精度等级高些，如1.0级、0.5级，或者更高等级; 用于过程控制的场合，根据控制要求选择不 同精度等级;有些仅仅是检测一下过程流量，无需做精确控制和计量的场合，可以选择精度等级稍低的，如1.5级、2.5级，甚至 4.0级，这时可以选用价格低廉的插入式超声波流量计。
2、可测量的介质
测量介质流速、仪表量程与口径 测量一般的介质时，超声波流量计的满度 流量可以在测量介质流速0.5—12m/s范围内 选用，范围比较宽。选择仪表规格(口径)不一 定与工艺管道相同，应视测量流量范围是否 在流速范围内确定，即当管道流速偏低，不能满足流量仪表要求时或者在此流速下测量准 确度不能保证时，需要缩小仪表口径，从而提 高管内流速，得到满意测量结果。
应用领域
序号 | 主要应用领域 | 检测项目 | 应用仪表 |
1 | 环保 | 市政污水测量 | 多普勒超声波流量计 非满管超声波流量计 |
工厂污水排放监测 | 多普勒超声波流量计 非满管超声波流量计 | | |
2 | 油田 | 原油生产流量测量 | 多普勒超声波流量计 |
固井泥浆流量测量 | 多普勒超声波流量计 | | |
油田含油污水流量测量 | 多普勒超声波流量计 非满管超声波流量计 | | |
油井注水量流量测量 | 时差式超声波流量计 | | |
3 | 水务公司 | 江、河、水库原水测量 | 时差式超声波流量计 |
自来水流量测量 | 时差式超声波流量计 | | |
4 | 石油化工 | 石化产品工艺流检测 | 时差式超声波流量计 |
工业循环水流量测量 | 时差式超声波流量计 多普勒超声波流量计 | | |
5 | 冶金 | 工业循环水流量测量 | 时差式超声波流量计 多普勒超声波流量计 |
生产过程耗水量测量 | 时差式超声波流量计 | | |
选矿矿浆流量测量 | 多普勒超声波流量计 | | |
6 | 矿山 | 矿井排水流量测量 | 多普勒超声波流量计 |
选矿矿浆流量测量 | 多普勒超声波流量计 | | |
7 | 铝厂 | 生产过程耗水量测量 | 时差式超声波流量计 |
| 多普勒超声波流量计 | | |
8 | 造纸 | 纸浆流量测量 | 多普勒超声波流量计 |
生产过程耗水量测量 | 时差式超声波流量计 | | |
9 | 制药厂 | 化学药品流量测量 | 时差式超声波流量计 多普勒超声波流量计 |
生产过程耗水量测量 | 时差式超声波流量计 | | |
10 | 发电厂、热电厂 | 生产过程耗水量测量 | 时差式超声波流量计 |
冷却循环水流量测量 | 时差式超声波流量计 | | |
发电机组线圈冷却水流量测量 | 时差式超声波流量计 （超小管径） | | |
11 | 食品 | 果汁流量测量 | 多普勒超声波流量计 |
奶液流量测量 | 多普勒超声波流量计 | | |
6参数介绍
管段式传感器参数
性 能 | 参 数 | | | |
测量液体 | 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/s~±12.0m/s | | | |
管径范围 | DN300mm~DN2000mm | | | |
传感器材质 | 钢或不锈钢 | | | |
传感器承压能力 | 管径300~600mm，压力不超过2MPa；管径700~2000mm，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 | IP65 | IP51 | IP65 | |
传感器 | 防护等级：IP68 | 常温型 | 高温型 | 低温型 |
工作温度 | 0~50℃ | 0~150℃ | -20~0℃ | |
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：4~20mA或0~20mA或0~10mA软件可选；负载能力小于600Ω | | | |
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 | 1×3按键 | | | |
显示器 | 2×16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<10W (DC 5~36V、1A，定货时提出) | | | |
电缆长度 | 传感器到转换器的布线距离，10m、20m、30m……300m可选 | | | |
7外型尺寸
管段式传感器外型尺寸
内径（mm） DN | 安装长度（mm） L | 法兰尺寸（mm） | 重 量 （Kg） | 额定压力 （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测量原理
当
超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下列表达式
其中
θ为声束与液体流动方向的夹角
M 为声束在液体的直线传播次数
D 为管道内径
Tup 为声束在正方向上的传播时间
Tdown为声束在逆方向上的传播时间
ΔT=Tup –Tdown
设静止流体中的
声速为c，流体流动的速度为u，传播距离为L，当声波与流体流动方向一致时（即顺流方向），其传播速度为c+u；反之，传播速度为c-u.在相距为L的两处分别放置两组
超声波发生器和接收器（T1,R1）和（T2,R2）。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器R1和R2所需要的时间为t1和t2,则
t1=L/(c+u)； t2=L/(c-u)
由于在工业管道中，流体的流速比声速小的多，即c>>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
![超声波流量计]()
超声波流量计。