超聲波流量計(jì)由三部分組成：超聲波轉(zhuǎn)換器、電子轉(zhuǎn)換線路和流量顯示累積系統(tǒng)。超聲波轉(zhuǎn)換器由鑄鐵酸鉛壓電元件制成，利用壓電效應(yīng)發(fā)射和接收聲波，通過(guò)檢測(cè)流體對(duì)超聲波束（或超聲波脈沖）的影響來(lái)測(cè)量流量。

超聲波流量計(jì)原理：當(dāng)傳輸?shù)穆曅盘?hào)通過(guò)管道中的介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，其傳輸速度受介質(zhì)流量速度的影響。

兩個(gè)傳感器之間的聲信號(hào)傳輸時(shí)間取決于管道中介質(zhì)的流量。聲信號(hào)通過(guò)上游的時(shí)間比通過(guò)下游的時(shí)間長(zhǎng)。時(shí)差DT與管道中介質(zhì)的流量VF成比例。如圖1所示。

V:介質(zhì)流量；

M:液體中聲束直線傳播次數(shù)；

D:管道內(nèi)徑；Tup:順流時(shí)聲束的傳播時(shí)間；

Tdown:逆流時(shí)聲束的傳播時(shí)間；△T=Tup-Tdown。

當(dāng)超聲波束在液體中傳播時(shí)，液體的流動(dòng)會(huì)微改變傳播時(shí)間，傳播時(shí)間與液體流量完全相同（實(shí)際測(cè)量零流量的唯一技術(shù)）；當(dāng)介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，逆流方向的聲波傳輸時(shí)間大于順流方向的聲波傳輸時(shí)間。其關(guān)系符合上述表達(dá)式。

目前使用的超聲波流量計(jì)系統(tǒng)主要是合理的：

1.1速度法：

管道內(nèi)介質(zhì)流量vf按以下公式獲得：

(L/2cos)

公式：T1，T2分別代表聲信號(hào)通過(guò)上下游時(shí)間；

通過(guò)上下游之間的時(shí)差，dt為聲信號(hào)；

L通過(guò)路徑長(zhǎng)度作為聲信號(hào)；

β代表管軸與L之間的角度。

1.2環(huán)鳴系統(tǒng)法(Sing2aroundSystem)

如果將兩個(gè)脈沖鏈的頻率差與兩個(gè)不同方向的流速成比例。

這是流速的基頻表示，與流體中的聲速無(wú)關(guān)。

上述兩種流體流量算法的理論基礎(chǔ)相同，其流體流量VF的理論值基本相同。使用不同的二次儀器設(shè)置不同的流量系數(shù)來(lái)顯示其體積流量。

性能特點(diǎn)：

(1)適用于各種管徑流量的高精度測(cè)量，其流量和管徑越大，精度越高；

(2)測(cè)量范圍(量程比)很寬，一般為1:40~1:160，最大可達(dá)1:300；

(3)重復(fù)性高，可實(shí)現(xiàn)雙向流量計(jì)量；

(4)流量計(jì)本體無(wú)壓力損失，能準(zhǔn)確測(cè)量脈動(dòng)流；

(5)節(jié)能，可大大降低長(zhǎng)輸管道增壓成本；

(6)不受沉積物或水分的影響，無(wú)可動(dòng)部件；

(7)上下游直管段短(上游10D，下游3D)；

(8)無(wú)磨損，無(wú)零漂移，偏差小；

(9)動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍廣；

(10)不受渦流和流量剖面變化的影響；

(11)不受壓力、溫度、分子量、氣體成分變化的影響；

(12)無(wú)需重復(fù)校準(zhǔn)。

流量計(jì)性能比較：

應(yīng)用：

1.測(cè)量體積流量。

作為一種流量計(jì)，其流量范圍非常寬，可以雙向測(cè)量，也可以測(cè)量粘度高甚至流量小的流體。同時(shí)，它的維護(hù)成本也很低。它沒(méi)有管道中的機(jī)械部件，不受其他介質(zhì)的影響，不需要調(diào)整和控制，也不需要停止生產(chǎn)。但超聲波流量計(jì)的精度取決于介質(zhì)的特性。其補(bǔ)償技術(shù)是必要的。為了簡(jiǎn)化補(bǔ)償系數(shù)f，必須在上游和下游保留10倍直徑的直管段。在一定的安裝條件和流體特性下，可以確定實(shí)際的流量系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

2.泄漏檢測(cè)。

在正常情況下，輸送管道的入口流量應(yīng)完全等于管道的出口流量。如果沒(méi)有，則必須有泄漏。如果兩個(gè)測(cè)量?jī)x器之間的測(cè)量讀數(shù)發(fā)生變化，超過(guò)額定精度，則可發(fā)現(xiàn)泄漏。測(cè)量?jī)x器越準(zhǔn)確，泄漏檢測(cè)就越準(zhǔn)確。但是，對(duì)于大直徑管道檢測(cè)，由于溫度和壓力的影響，還應(yīng)考慮溫度和壓力變化的補(bǔ)償。例如，DN1000管道的溫度變化為10℃，體積變化為0.8%。DN1000長(zhǎng)100公里的管道在0.1MPa壓力變化下可導(dǎo)致10m3體積變化。鑒于這種情況，兩組流量計(jì)之間的距離不是很長(zhǎng)。距離越短，泄漏就越容易檢測(cè)到。

誤差分析：

1.噪聲影響。

超聲波流量計(jì)可能會(huì)受到附近超聲波噪聲源的不利影響。噪聲源包括減少可聽(tīng)噪聲的無(wú)噪聲閥、壓力調(diào)節(jié)器和管道的其他重要節(jié)流部件。流量計(jì)制造商正在積極解決這個(gè)問(wèn)題。測(cè)量站的設(shè)計(jì)師應(yīng)該向制造商尋求幫助。現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，最好在流量計(jì)上游找到潛在的噪聲源，并在流量計(jì)和噪聲源之間設(shè)置彎頭，以減少額外的超聲噪聲。

2.流體清潔度的影響。

超聲波傳送器表面的堆積物（壓縮機(jī)油、冷凝劑等）可能不會(huì)通過(guò)流體傳遞超聲波脈沖。這可能會(huì)導(dǎo)致所謂的超聲波路徑脫落，路徑脫落會(huì)增加測(cè)量誤差。在測(cè)量氣流時(shí)，當(dāng)氣流安裝位置相同時(shí)，初始體積較大的空氣罐可以更有效地控制水沖擊壓力的產(chǎn)生，即空氣罐越大越好。但在實(shí)際工程中，其尺寸受到經(jīng)濟(jì)、外觀等因素的限制。空氣罐的容量通常由計(jì)算方法決定。圖5顯示了不同安裝位置A壓力變化的影響。從圖5可以看出，安裝在不同位置的空氣罐對(duì)管道的壓力有不同的影響。當(dāng)空氣罐安裝在B處時(shí)，A處的水沖擊控制不大，增強(qiáng)了水沖擊的可能性，即其水沖擊壓力可能大于安裝空氣罐時(shí)的水沖擊壓力。

當(dāng)管道系統(tǒng)終端閥立即關(guān)閉時(shí)，在輸液管的適當(dāng)位置安裝一定體積的空氣罐，可有效控制水擊的發(fā)生。空氣罐的初始體積越大，水擊控制越有效；空氣罐安裝在某些位置，體積小時(shí)，安裝空氣罐后的水擊壓力有時(shí)大于不安裝空氣罐時(shí)的水擊壓力。

可選傳感器：

綜合超聲波冷/熱量表：

一體式超聲波冷/熱表避免了安裝過(guò)程中人為和管道因素造成的外束和插入式傳感器誤差。具有精度高、范圍寬、無(wú)壓力損失、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

分體式超聲波冷/熱量表：

固定分體式超聲波冷/熱表廣泛應(yīng)用于加熱管網(wǎng)的在線測(cè)量中。主機(jī)分為壁掛標(biāo)準(zhǔn)型、壁掛防爆型、盤裝型和本地顯示型。傳感器分為外綁式、插入式、管段式等。

傳感器：

插入式傳感器：

安裝過(guò)程中，使用專用開(kāi)孔工具在測(cè)量管道上打孔，直接接觸測(cè)量傳感器和測(cè)量介質(zhì)，可按壓安裝。傳感器解決了外捆傳感器在測(cè)量厚管道時(shí)不易接收信號(hào)、長(zhǎng)期測(cè)量信號(hào)衰減的問(wèn)題，具有不間斷安裝、免維護(hù)、與管徑無(wú)關(guān)、無(wú)壓力損失等特點(diǎn)。

管段傳感器：

管段傳感器是一種利用法蘭將管段傳感器與被測(cè)管道直接連接的測(cè)量方法。該傳感器解決了安裝過(guò)程中人工或被測(cè)管道參數(shù)不準(zhǔn)確造成的誤差，具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、免維護(hù)等特點(diǎn)。

安裝點(diǎn)選擇：

為保證測(cè)量精度和穩(wěn)定性，在流場(chǎng)均勻分布的直管段應(yīng)選擇傳感器的安裝點(diǎn)。

 

注意事項(xiàng)：

管軸水平位置±45°范圍內(nèi)安裝傳感器；接地主機(jī)殼體。