導(dǎo)語：如何才能寫好一篇超聲波流量計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：超聲波；流量計；應(yīng)用；研究

中圖分類號：U467.4+6文獻標識碼：A 文章編號：

1 超聲波流量計的原理

超聲波流量計的測量原理主要分為兩種類型，一種是利用超聲波在穿過介質(zhì)的過程中，介質(zhì)的微粒會將對超聲波產(chǎn)生一定的反射作用，從而產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。這種利用超聲波通過介質(zhì)后產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)檢測流量的流量計被稱為多普勒流量計或超聲波流量計。測量的另一種方法是利用超聲波在穿過介質(zhì)后，介質(zhì)對超聲波傳播速度所產(chǎn)生的影響來測量流量，此類流量計被稱為聲波時差流量計。在多普勒流量計工作的過程中，超聲波發(fā)生裝置產(chǎn)生的超聲波被發(fā)射到管道當(dāng)中，管道中的介質(zhì)可以反射超聲波，通過收集這些粒子的多普勒頻率就可以測出管道內(nèi)介質(zhì)的流量。聲波時差流量計是通過分別計量出超聲波在順流方向、逆流方向的傳播時間差來測量出相應(yīng)的管道內(nèi)流體的流量。超聲波流量計作用的發(fā)揮靠的是流量計硬件和軟件共同完成，其中超聲波流量計在操作的過程中涉及的主要硬件有：超聲波流量計的工作電路、流量計的殼體、傳輸線路、計算機和超聲波發(fā)生和傳感器等。

2 超聲波流量計的應(yīng)用

2.1 液體測量

不同類型的超聲波流量計的基本工作原理雖然大體相同，但是如果從結(jié)構(gòu)參數(shù)等方面對其進行細分，還是可以將超聲波流量細分為多種類型。在超聲波流量計的工作過程中，如何選擇信號傳感器的位置，采用何種安裝方式，都會對超聲波流量計的測量精度造成巨大的影響。首先，為了能夠保證超聲波測量管道內(nèi)的流體是平行流動的，工作人員必須要設(shè)置一定長度的直管段。就現(xiàn)階段操作的實際情況來看，超聲波流量計的前方一般都需要設(shè)置至少長于十倍管徑的直管段；在超聲波流量計的后方，一般會設(shè)有至少長于五倍管徑的直管段。在對超聲波流量計進行安裝的過程中，必須要保證實際安裝的位置符合設(shè)計與規(guī)范所提出的要求。同時，超聲波流量計的傳感器的安裝方向要與直管的方向形成夾角，并將角度控制在45°的范圍內(nèi)。另外，在安裝超聲波流量計的過程中，工作人員要盡可能避免將其安裝在管道的接口處以及存在焊接的地方。

2.2 燃氣測量

目前，國內(nèi)燃氣公司的用戶基本可分為工業(yè)、商業(yè)、民用、公福用戶四種類型，這些用戶在城市的分布較為散亂，需求也各有不同，總體來看，其特征主要為：中小流量、低壓、管理薄弱、安裝條件惡劣，所以燃氣公司對于操作、維修與管理有著較高的要求。超聲波流量計在燃氣流量測量工作中的優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）精確度與重復(fù)性

精確度屬于外加特性，重復(fù)性則由設(shè)備的原理與制造工藝所決定，相對于其它類型的流量計而言，超聲波流量計無論在重復(fù)性還是由此計算出的精確度方面，都占據(jù)著更多的優(yōu)勢，其中，在燃氣系統(tǒng)的超聲波流量計中廣泛采用的“傳播時間倒數(shù)”法是保障測量精度的重要因素，它能夠?qū)⒕瓤刂圃凇?%R～±2%R的水平。

（2）壓力損失與量程比

壓力損失是衡量設(shè)備能量消耗水平的技術(shù)經(jīng)濟指標，用以反映介質(zhì)因裝置而損失的機械能，超聲波流量計并不包含任何的阻礙介質(zhì)運動的部件，所以壓力損失極低；量程比則是測量的最大、最小范圍的比值，其值越大，工藝條件改變對設(shè)備使用所造成的影響就越低，與同等口徑的羅茨流量計、渦輪流量計相比，超聲波流量計的量程比要高出300%~600%的水平。

（3）經(jīng)濟性

經(jīng)濟性主要包括購置、運行、校驗、維護、備品費等指標，同時，也會受到流量計的可靠性、使用性能、使用壽命等因素的影響。目前，小口徑的超聲波流量計已經(jīng)開始投入國內(nèi)市場，相比于傳統(tǒng)的流量計開始具有更高的優(yōu)勢。同時，超聲波流量計不需要添置其它的附屬設(shè)施，運行中的介質(zhì)壓損幾乎到了可以忽略不計的水平。另外，超聲波流量計并不包含任何可動不見，維護保養(yǎng)簡便，且耐油污性、耐灰塵性能優(yōu)越，因不需配置過濾器，所以也不需要進行頻繁的清洗。

2.3 日常檢測

為了能夠保證流量計的測量精度，工作人員要定期使用高精度的流量計對待檢查流量計進行對比測量，然后計算被檢測超聲波流量計存在的誤差。整個檢測工作需要在同一時間測量多組數(shù)據(jù)，在對所獲得的結(jié)果進行分析的基礎(chǔ)上，計算出所需的流量修正系數(shù)，從而為測量的精確度提供更多的支持和保障。若流量計的安裝已經(jīng)過去了一段時間，工作人員應(yīng)根據(jù)相關(guān)制度的要求對其進行定期復(fù)查，檢查投入使用的超聲波流量計是否存在安裝松動等問題，并對其進行必需的清洗，使之能夠長時間處于最佳工作狀態(tài)。

3 結(jié)語

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關(guān)鍵詞：便攜式超聲波流量計；傳感器；安裝參數(shù)

隨著新水法的頒布實施，各地對于大水量的計量極為重視，各地水務(wù)集團（自來水公司）及水庫加強了進、出水量的管理。相應(yīng)的措施有：一、加強管道的維護，防止跑、冒、滴、漏現(xiàn)象的出現(xiàn)；二、在最基本的貿(mào)易結(jié)算單位安裝高精度流量計，例如醫(yī)院、學(xué)校、政府機關(guān)等個體單位。在這種情況下，對于計量部門就提出了一個新的問題，那就是安裝在個體單位的高精度流量計首次檢定后的再次檢定問題。目前國內(nèi)的經(jīng)濟能力及環(huán)境條件很難做到在一條管道上串聯(lián)兩套流量計以便隨時拆下檢定，所以國內(nèi)普遍采用方法是便攜式超聲波流量計在線校準。

在便攜式超聲波流量計的使用過程中會碰到很惡劣的工作環(huán)境，例如被檢流量計附近缺乏必要的直管道；被檢管道內(nèi)壁結(jié)銹、垢過多；被檢流量計顯示部分與標準器相隔太遠；管道內(nèi)液體溫度過高等，以上問題是在實際校準過程中經(jīng)常碰到的。

本文將詳細介紹正確使用便攜式超聲波流量計的方法，以便快速靈活的使用便攜式超聲波流量計。以下主要針對水計量。

說明：

1、水計量：指單相，給水濁度小于10 000mg/L，排水懸浮物小于1 000mg/L并充滿管道的水計量。

2、以下的流量計如不做特殊說明，則專指便攜式超聲波流量計

一、流量計傳感器的選擇

對于超聲波流量計來說，傳感器（又稱超聲換能器或傳感器探頭）分為大、中、小或低、高溫等不同的類型。一般情況下，便攜式超聲波流量計都為單路斜束式流量計（只有一對傳感器的流量計），對于不同的管徑要有不同的傳感器類型，因為管徑越大就需要更大的超聲波強度，則要選擇大型的超聲傳感器。所以，流量計一般都配有幾套大小不同的傳感器，以便在不同管徑時使用，例如日本富士的流量計，美國康創(chuàng)的流量計，都有配合不同管徑的傳感器。當(dāng)然，也有不區(qū)分管徑大小的流量計，例如美國寶麗聲的流量計。

另外，對于特殊流體，如污水，要使用多普勒超聲波流量計（由于不涉及本文，不做過多介紹）；對于高溫水，我們一定要測量外管道的溫度并查看流量計產(chǎn)品說明書，查看傳感器是否適合使用，因為傳感器的溫度限一般為0～50℃或0～150℃，如果流體溫度超過上限，就不能對其測量。

二、流量計安裝位置的選擇

對于速度式流量計來講，都有嚴格的安裝位置的要求，超聲波流量計也不例外。通常情況下，要按照圖（1）及表（1）的要求：

圖（1） 流量計安裝地點的選擇

表（1） 最短直管段長度

阻力件 上游側(cè) 下游側(cè)

90彎頭

T字型彎頭

漸擴管

漸縮管

閥門

流量調(diào)節(jié)閥在上游

流量調(diào)節(jié)閥在下游

泵

注：表中的D為管道內(nèi)徑

在實際的校準過程中，我們會碰到缺乏直管道長度的問題，為了校準被檢流量計，我們就要在被校流量計的上下游尋找符合要求的直管道，但為了避免與被較流量計的流量不同步，不要與被校流量計距離過遠。

三、傳感器的安裝參數(shù)

超聲波流量計是根據(jù)傳播速度差法來測量流量的，其傳感器的安裝方式及安裝距離直接受管道直徑、管道壁厚、管道材質(zhì)、管道管襯、流體類型所決定，因此我們要在傳感器安裝以前確定以上幾個參數(shù)。

1.管道外直徑測量

圍尺法：對于大管徑管道，要用卷尺將管道圍住，測量出周長，再計算出管道外直徑大?。ǚ椒刹捎昧⑹浇饘俟逌y量圓周的方法，但不要求過于苛刻）。

直接法：對于小管徑管道，可直接用卡尺測出管道外直徑。對于大口徑管道，也可自行制作大口徑卡尺直接測量出管道外直徑。

如圖（2）：

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關(guān)鍵詞：流量計　工況條件　標準條件

中圖分類號：TB97

文獻標識碼：A

文章編號：1007-3973（2012）007-016-02

1 前言

在《流量測量方法和儀表選用》一書中說：“有人調(diào)查美國裝用的千余臺流量儀表，發(fā)現(xiàn)約60%所選擇的測量方法不是最合適的或使用不正確，這60%中的約60%雖然采用了合適的測量方法，卻錯誤的布置和安裝，由此可見正確選擇和使用流量儀表并非易事”。書中又說：“要正確和有效地選擇測量方法和儀表，必須熟悉儀表和使用流體特性這兩方面，同時還要考慮經(jīng)濟因素。歸納起來有五個方面的因素，即性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費用，即使經(jīng)驗豐富的工程師，綜合這些因素提出最優(yōu)方案亦非易事”。

從原則上講，最適合的流量計就是最好的流量計。如果只需知道管道中的流體是否正常流動，如果沒有測量精確度的要求，就可以選擇價格低廉使用可靠成本較低的流量計即可。但對測量精確度要求很高，用于特殊介質(zhì)或特殊工作條件、差價不大、可比性較強的流量計，選擇起來就不那么容易了，本文將對電磁流量計和超聲波流量計這兩種可比性很強的流量計，通過基本原理特性和基本技術(shù)性能的比較和淺析，來闡述在選擇時應(yīng)該注意的一些地方。

2 電磁流量計和超聲波流量計的基本技術(shù)性能比較

電磁流量計和超聲波流量計基本技術(shù)性能比較見表1。

表1中兩種流量計的基本技術(shù)性能有些比較直觀易解，需要說明的是確定流量計精確度的參考流動條件和這兩種流量計的特性。因為無論采用那種確定流量計精確度的方法，都必須溯源到原始標準的精確度，而原始標準的精確度又是建立在有關(guān)標準規(guī)定的參考流動條件下確定的。

美國著名流量專家米勒編著的《流量測量工程手冊》一書中全面歸納出“參比”（編注：參考文獻[5]）流動條件的含義是：

(1)具有充分發(fā)展的層流或紊流的速度分布，無旋渦并且是與軸對稱的（圍繞管道的中心軸線是對稱的）。

(2)為牛頓流體。

(3)為充滿圓管的均勻單向流體。

(4)為定常流。

(5)對于因溫度、壓力變化所引起的尺寸變化或其它已知系統(tǒng)誤差，已進行了流量計算的校正。

如果現(xiàn)場流動條件偏離了參比流動條件，就會給測量帶來附加誤差，偏離參比流動條件的因素叫影響量。速度分布的失常，非均相流，脈動流和氣穴是影響各種流量計測量特性的四個主要影響量。一種影響量所造成的誤差程度與該流量計對這種影響量的敏感度，以及是否能進行流量計算的修正有關(guān)。

在各種影響量中，速度分布是最重要的，也是最少被人理解的一種影響量。旋流、非牛頓流體和軸向不對稱的速度分布對流量計特性的影響，不僅是難以分析的，而且在實驗室中也很難再現(xiàn)。要弄清速度分布對流量計特性的影響，首先要了解與速度分布有關(guān)的術(shù)語涵義。

(1)速度分布：在管道橫截面積上流體速度軸向矢量的分布模式。

(2)充分發(fā)展的速度分布：一種一經(jīng)形成則從流體流動的一個橫截面積到另一個橫截面積不會發(fā)生變化的速度分布，它通常是在足夠長的管道直管段末端形成。

所以在確定流量計精確度時，都必須是在同一標準狀態(tài)下進行才具有可比性。下面分別將電磁流量計和超聲波流量計的基本特性進行對比說明。

3 電磁流量計的基本特性

電磁流量計近20年來獲得迅速發(fā)展，占有量躍居前三名。隨著先進技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，電磁流量計的優(yōu)點得以充分發(fā)揮，缺點和局限性得以彌補和改進。其優(yōu)點是：

(1)傳感器結(jié)構(gòu)簡單，無活動部件和阻礙流體流動的擾動件，不會發(fā)生管道堵塞?？梢詼y量污水、泥漿、懸浮物，也可測量食品、藥漿類需要衛(wèi)生條件的流體。無壓力損失，即使是大口徑耗電量也僅有20瓦左右，屬于節(jié)能環(huán)保性儀表。

(2)轉(zhuǎn)換器通用性強、工作可靠、具有互換性、功能具有多樣性、可選擇性、顯示和輸出方式多種多樣?？梢赃m用不同用戶的需要，特別是智能型電磁流量計，具有可編程的輸出功能，各種數(shù)字通信方式，小信號可予切除，具有自檢和自診斷功能，可方便地進行參數(shù)設(shè)定、編程等。性能穩(wěn)定、可靠、檢修簡便。

(3)傳感器襯里和電極材料有多種選擇，可適應(yīng)不同的介質(zhì)，耐磨損、耐腐蝕。測量信號不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響。采用沉浸結(jié)構(gòu)可在水下工作。采用防爆性，可以在相應(yīng)的有爆炸危險的場所工作。

(4)測量范圍度寬,從原理上講，它的流量方程式是線性的，每個量程中可以達到線性范圍50：1。對于同一臺表，可以達到的測量范圍度2500：1，這是其它流量計無法比擬的。

它的缺點是不能測量氣體、蒸汽和含有大量氣泡的液體，不能測量石油及其制品等不導(dǎo)電液體，受襯里材料和電氣絕緣材料的溫度限制，目前不能測量高溫流體（有的廠家限定200℃以下，有的是150℃以下）。

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關(guān)鍵詞：超聲波流量計；案例運用；流量測量

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0117-02

1 超聲波流量計測量原理概述

1.1 超聲波流量計基本原理

在流動流體中流體的運行速度與超聲波的傳播速度之間存在著一定的關(guān)系，與固定坐標系相比，超聲波的順流中的傳播速度遠遠大于在逆流中的傳播速度。為了更好地對流量速度進行測量，首先需要準備一個能夠發(fā)射超聲波的超聲波探頭（即換能器），一般可以采用石英等制作成某種元件器件作為流量計中的超聲波探頭，由此可以在進行超聲波發(fā)射的時候充分使用負壓電高頻電脈沖的作用力使得壓電晶體實現(xiàn)穩(wěn)定的高頻振動，從而最終實現(xiàn)有一定脈沖變化的超聲波發(fā)射效應(yīng)。超聲波可以從一定的角度發(fā)射進入到流體中進行傳播，然后在超聲波換能器的作用之下實現(xiàn)超聲波信號的接收效能，與此同時，超聲波換能器再一次經(jīng)過一定的環(huán)節(jié)將高頻電脈沖信號成功轉(zhuǎn)換。從上述分析可以知道對同一個超聲波換能器進行輪流性的使用可以成功發(fā)射不同類型的脈沖壓力波，同時可以實現(xiàn)接受功能。

對超聲波流量計可以從如下幾個角度進行分類：一是按照基本原理可以將超聲波流量計分為時差法、聲環(huán)法、相位差法、相關(guān)法、沃街法以及多普勒法等；二是按照超聲波探頭的安裝方式可以將超聲波流量計分為外縛式以及插入式、插入式又可以按照是否帶有測量管段來進行區(qū)分；三是根據(jù)聲道數(shù)量可以將超聲波流量計分為多聲道和單聲道兩種類型；四是按照超聲波的性能特點可以將超聲波流量計分為便攜式、固定式、標準型以及低溫防水型等。

1.2 超聲波流量計測量原理

從上述分析中，可以知道超聲波流量計有多種類型，這里主要對時差法和多普勒測量法兩種方法的測量原理進行詳細概述。

時差法測量原理如圖1所示，時差法測量一般情況之下是運用所測量流體傳播聲波來進行測量，并通過不同傳播速度流體特征來測量他們在不同流動方向的傳播速度之間的差值，從而最終測量出流體的流動流量以及相應(yīng)的速度。

多普勒法超聲波在進行流體流量測量實踐中的基本原理如圖2所示，這是在超聲波在進行流體流量測量實踐中所產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)對相應(yīng)的頻率差進行相關(guān)測量，由于主要是使用某一個固定的聲源作為相應(yīng)的發(fā)生器，隨著流體與某一運動聲源之前的相對運動，促使該物體進入到超聲波中并最終出現(xiàn)超聲波接收器的反射接收。進入超聲波和發(fā)射超聲波二者之間的頻率差就是運動物件所產(chǎn)生的多普勒頻移，并且所測量的多普勒頻率差與流體流速之間呈現(xiàn)出一定的正比例關(guān)系，因此可以如果可以求出多普勒頻率差，就可以相應(yīng)得到流體的流速以及流體相應(yīng)的流量。

2 超聲波流量計基本特點分析

超聲波流量計在長期的發(fā)展中逐步將傳統(tǒng)的渦輪流量計、差壓流量計以及電磁流量計等測量方法取代，從各個角度來進行分析，可以知道超聲波流量計在實踐運用中主要具備如下幾個方面的優(yōu)勢特征：

第一，超聲波流量計在實踐中進行安裝維修更為方便快捷，超聲波流量計與其他的流量計方法相比而言，安裝維修更為方便快捷，對于大口徑的流量計量體統(tǒng)來說，超聲波流量計在這一方面的優(yōu)勢是非常明顯的，可以節(jié)約大量的人力和物流成本。近年來，隨著超聲波流量計在各個研究領(lǐng)域的實踐運用，超聲波流量計在安裝維修時可以不用考慮是否在官道上切斷流量或者進行打孔等繁瑣步驟。

第二，超聲波流量計的測量管徑相對較大，超聲波流量計在進行測量時其管徑測量最大可以達到10 m，這也是超聲波流量計的突出優(yōu)勢，超聲波流量計的適用管徑范圍相對來說較大，可以在一定范圍之類進行較為自由的流量測量，當(dāng)所測量的管徑超出一定范圍時，流量計可能會受到外界各個方面的因素限制而難以滿足具體的測量要求，這個時候可以考慮使用超聲波流量計來有針對性地解決這些問題，同時可以測量任意管徑。除此之外，管徑大小范圍并不會影響到超聲波流量計的價格，而其他流量計價格往往會隨著管徑大小范圍的變化而變化。

第三，超聲波流量計的測量可靠性較高，不論是濕式安裝或者是外夾式安裝的超聲波流量計均不會對測量流量的流暢性產(chǎn)生影響，沒有任何的壓力損失；與此同時，以微機為中心的傳感器可以使用鎖相環(huán)路等計時的方法解決電力故障以及信號衰弱等方面的問題，從而使得超聲波流量計的測量可靠性更高。

第四，超聲波流量計的測量不會受到流體相關(guān)參數(shù)的影響，比如說流體的物理性能以及導(dǎo)電率、粗糙度等相關(guān)參數(shù)不會對超聲波流量計的測量產(chǎn)生影響。除此之外，超聲波流量計的測量結(jié)果可以通過計算機自動控制系統(tǒng)進行自動顯示和打印，并實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運行。

但是，超聲波流量計在實踐運用中也存在一些缺點，一是超聲波流量計的傳感器安裝情況對測量結(jié)果準確度有一定的影響，因此傳感器安裝有著嚴格的要求；二是超聲波流量計的準確度與電磁流量計準確度相比還存在一定的差距。

3 超聲波流量計在電廠流量測量上的應(yīng)用

由于超聲波流量計有著突出的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，因此超聲波流量計在電廠流量測量等各個領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注的應(yīng)用，可以從如下幾個應(yīng)用案例中得到體現(xiàn)。

越南IAGIAI Ⅲ水電站中需要對循環(huán)水流量進行測量，由于所需要測量的管徑屬于超大型號，分別為DN6000型號和DN3000型號，在對所要測量的流量以及各種類型流量計進行全方位分析論證之后，最終認為最為經(jīng)濟適用可行的超聲波流量計可以用來解決該方案，因此最終選取了超聲波流量計對循環(huán)水流量進行了準確的測量，解決了相應(yīng)的問題。

華能白楊河電廠在2003年以前一般都是采用差壓式流量計實現(xiàn)單一方向的流量測量，在使用超聲波流量計進行流量測量之后，發(fā)現(xiàn)了負流量現(xiàn)象，并因此為電廠節(jié)約了大量的購水成本，該電廠最初在凝結(jié)水管道上將渦銜流量計安裝上，但是由于在實踐中受到流量計工藝有所變動等方面的影響，從而對流量測量計的準確度和精確度提出了更高的要求，而渦銜流量計在這種情況之下無法滿足這一需求，因此在保障電廠正常運行的情況之下可以選取超聲波流量計做出更為精確的測量。

魯能運河發(fā)電廠在2008年時在實踐運用中需要對相關(guān)油量進行相應(yīng)的測量，由于之前使用價格高達10萬元的質(zhì)量流量計進行測量，價格昂貴且運行使用周期較長，質(zhì)量流量計的安裝也極為不方便，后來魯能運河發(fā)電廠選用了價格僅僅兩萬元的外夾式超聲波流量計，不僅解決了存在的問題，而且在較低的成本之下達到了有效的測量結(jié)果。

華電漯河發(fā)電廠最開始選取了電磁流量計對流量進行測量，安裝前后均做了較好的防腐內(nèi)襯，其加工難度大且使用成本較高，但是選用超聲波流量計時這些問題都迎刃而解了，沒有使用更多的設(shè)備和安裝成本。

綜上所述，當(dāng)前超聲波流量計已經(jīng)被作為主要的流量測量工具運用到愈來愈多的電廠，安裝維護方便快捷且較長的生命周期優(yōu)勢使得超聲波流量計備受歡迎，盡管超聲波流量計還存在一定的缺陷，但是相信隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，超聲波流量計將以其綜合性優(yōu)勢得到更為廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻：

[1] 解兵，梅強，王成亮.超聲波流量計在發(fā)電機定子內(nèi)冷水流量測量中的應(yīng)用[J].江蘇電機工程，2007，（7）：53-54.

[2] 呂永煥.淺析超聲波流量計在AP1000主給水測量中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2013，（5）：158-159.

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關(guān)鍵詞：泄漏監(jiān)測； 混沌理論； 超聲波流量計；信號特征提取

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1713003

Application of Ultrasonic Flowmeter in Pipeline Leak Detection System

WU Xinming,HAO Xiaojun

(Langfang Teachers′ College,Langfang,065000,China)

Abstract：The ultrasonic flowmeter in the pipeline flow measurement,flow field is not damaged,no pressure loss,doesn′t affect the normal work flow measurement,cost less and applicable to the characteristics of large and small diameter,it is applied to pipeline leakage monitoring. Pipeline signal feature extraction pipeline leak monitoring system is an important component of the signal processing because it is quite difficult,and high error alarming rate of leakage judgement.This paper proposes the use of ultrasonic flowmeter chaos theory monitoring signals on the pipeline feature extraction,based on characteristics of the changes in judgement leakage,the actual signal verifies feasibility of the method.

Keywords：leak detection；chaos theory；ultrasonic flowmeter；signal characteristics abstract

1 引 言

管道運輸以其特有的經(jīng)濟、便攜、安全等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于石油、天然氣等液體、氣體、漿液的運輸中，并且已成為與鐵路、公路、航空、水運并駕齊驅(qū)的五大運輸行業(yè)之一。但是，隨著管線的增長，以及不可避免的腐蝕、磨損等自然或人為原因，管道事故頻頻發(fā)生。管道的泄漏不僅影響正常的生產(chǎn)，造成能源浪費和經(jīng)濟損失，而且由于所輸介質(zhì)的危險性和污染性，一旦發(fā)生事故還會造成對環(huán)境的污染和巨大的生命財產(chǎn)損失,因此泄漏的監(jiān)測是一項重要的管道故障監(jiān)測技術(shù)。為了減少損失，需要在有泄漏時立即監(jiān)測出來，并且能夠指明泄漏發(fā)生的位置。

現(xiàn)有的一些管道泄漏監(jiān)測方法或儀器設(shè)備還不能滿足對輸油管道進行準確監(jiān)測的要求，因此，本文結(jié)合我國管道輸送的實際情況，針對原油管道泄漏監(jiān)測技術(shù)及其運行監(jiān)測系統(tǒng)進行了研究，并提出了一種超聲波流量計輸油管道泄漏監(jiān)測方法，提高了定位精度，降低監(jiān)測費用［1,2］。

本系統(tǒng)采用前后端機結(jié)構(gòu)的主從式設(shè)計,具有高速數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)庫存檔與分析等功能。測量過程由計算機自動控制，測量結(jié)果打印并帶有標準通信接口，可與上級控制系統(tǒng)直接連接，便于信息處理。并將混沌理論應(yīng)用于信息處理中,充分發(fā)揮計算機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，建立管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，以達到及時發(fā)現(xiàn)泄漏，并準確定位的目的。

2 對管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的要求

泄漏監(jiān)測的目的是減少泄漏物質(zhì)損失及盡量杜絕泄漏物對人們生命財產(chǎn)和環(huán)境造成進一步

危害，為此,理想的監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下各方面的要求［3,4］。

準確性 泄漏發(fā)生后，能夠準確地測報出泄漏，不致因為操作失誤和設(shè)備故障等因素發(fā)出誤報警。

靈敏性 理想的檢漏系統(tǒng)應(yīng)該能監(jiān)測出從滲漏到管道斷裂的全部范圍內(nèi)的泄漏情況，發(fā)出正確的報警提示。

實時性 理想的檢漏系統(tǒng)能夠在泄漏發(fā)生后，實時地監(jiān)測出泄漏的發(fā)生。以便操作人員即刻采取行動，減少損失。

定位精度高 長輸管道穿越距離長，檢漏系統(tǒng)需能夠提供給操作人員準確的泄漏點位置，以使維修人員盡快到達漏油點，進行補封作業(yè)。

易維護性 檢漏系統(tǒng)裝置維修調(diào)整容易。

3 管道泄漏監(jiān)測儀系統(tǒng)整機電路框圖

管道運行狀態(tài)監(jiān)測儀以數(shù)字處理芯片作為CPU，包括信號轉(zhuǎn)換電路、A/D采集電路、數(shù)據(jù)顯示電路、實時時鐘電路、遠程通訊電路、與主計算機通訊的接口電路、聲光報警電路以及電源電路等。圖1是監(jiān)測儀整機電路框圖。為消除傳感器輸出的信號經(jīng)長距離傳輸引入的干擾，信號轉(zhuǎn)換電路首先對信號進行濾波和放大。為消除系統(tǒng)共地給系統(tǒng)運行帶來的不穩(wěn)定因素，系統(tǒng)中采用高性能的隔離放大器AD202將被測信號與監(jiān)測儀進行隔離。AD202采用信號耦合變壓器使放大器輸入端與輸出端沒有電路聯(lián)系，并能完成放大功能。AD202功耗小、精度高(最大非線性度±0.025%)［5］。

圖1 監(jiān)測儀系統(tǒng)整機電路框圖信號采集器組采集超聲波流量計的信號，經(jīng)信號傳輸電纜傳送至管道狀態(tài)監(jiān)測儀。

管道狀態(tài)監(jiān)測儀以PC機為核心，實時監(jiān)控管道運行狀況，運用流量時差法對管道泄漏進行預(yù)報警，控制遠程數(shù)據(jù)通訊鏈路取得管道另一端監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)，送入系統(tǒng)計算機總站。遠程數(shù)據(jù)通訊鏈路通過通訊網(wǎng)線進行數(shù)據(jù)的傳送。

總站定時詢問所有分站，從每一個分站收集各種和聲速有關(guān)的狀態(tài)參數(shù)，收集到所有分站數(shù)據(jù)后，總站咨詢它內(nèi)部的用于描述管道組態(tài)的拓撲程序，然后計算出最后一分鐘流入和流出測量管段的標準體積，如不平衡超過預(yù)設(shè)的報警設(shè)置值，將發(fā)出泄漏報警［6，7］。

4 超聲波流量計管道運行監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計

整個系統(tǒng)軟件以Windows 2000作為平臺，結(jié)合Matlab工具、高速數(shù)據(jù)采集卡動態(tài)鏈接庫的優(yōu)點，由軟件開發(fā)工具完成各個功能模塊的調(diào)配控制和實現(xiàn)。系統(tǒng)軟件的模塊化設(shè)計如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件設(shè)計模塊任務(wù)調(diào)度與管理程序是系統(tǒng)的核心管理模塊，主要利用操作系統(tǒng)的多任務(wù)性，實現(xiàn)程序?qū)φ麄€系統(tǒng)任務(wù)進行調(diào)度。

數(shù)據(jù)采集模塊主要利用高速數(shù)據(jù)采集卡對外部傳輸來的信號進行準確快速地采集，保證后續(xù)數(shù)據(jù)處理的實時性和準確性。

數(shù)據(jù)傳輸模塊利用VXD技術(shù)編程實現(xiàn)采集卡的虛擬儀器驅(qū)動程序，提供了對DMA中斷和部分I/O的操作，主要完成將采集卡采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可方便處理的二進制代碼文件和數(shù)據(jù)庫源文件。

混沌算法處理模塊是整個系統(tǒng)的核心模塊，利用理論研究中的混沌處理算法對信號進行分析處理，提取管道泄漏特征信息，提高判斷的靈敏度和可靠性，從而解決信號的處理與識別工作。

顯示打印模塊利用Matlab強大的圖形顯示功能實時給出混沌振子的間歇混沌圖像和信號處理結(jié)果，并可完成實時輸出。

日志數(shù)據(jù)庫模塊完成數(shù)據(jù)的動態(tài)更新和復(fù)雜的查詢?nèi)蝿?wù)，本系統(tǒng)使用的是微軟公司的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MS SQL Sever 2000，用ADO進行配置數(shù)據(jù)庫、設(shè)置數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)本系統(tǒng)的對數(shù)據(jù)庫訪問的實時高效的功能。另外，為了保證數(shù)據(jù)傳輸準確快速地進行，數(shù)據(jù)通訊軟件的設(shè)計具有多級的數(shù)據(jù)糾錯和數(shù)據(jù)壓縮功能［8,9］。

5 混沌算法處理模塊

混沌算法處理模塊是整個系統(tǒng)軟件的重要部分。它主要包括兩個部分的內(nèi)容：信號預(yù)制的實現(xiàn)和混沌振子的實現(xiàn)。

信號預(yù)制的過程是指在信號進入混沌振子陣列前將其頻率壓縮至1~10范圍之內(nèi)的過程。鑒于本課題將首先應(yīng)用于微弱超聲信號的測量，而由于不同的實驗可能采用的超聲發(fā)射頻率不同，所以定義表征超聲發(fā)射信號頻率的全局可變參量float Pre_Proc。又因為發(fā)射信號頻率的已知性，故而很容易經(jīng)過判斷后將頻率進行壓縮?；煦缯褡拥膶崿F(xiàn)包括單個振子的實現(xiàn)和時間尺度變換算法的實現(xiàn)。

時間尺度變換的方法很簡單，就是將龍格庫塔法中的積分步長取為初始值的1/ωЪ純傘H砑中我們定義RungKutta(float Pace，float w)函數(shù)來完成步長為Pace、參考頻率為w的Duffing方程的數(shù)值積分。

在信號頻率確定后，信號的相位值可由鎖相方法確定，而幅值則可根據(jù)混沌周期段最大幅值對應(yīng)的矢量合成峰值減去該混沌振子的參考信號幅值來確定［10］。

運用混沌算法準確地提取了壓力信號中所包含的負壓波信息，定位精度在1%以內(nèi)，滿足工程應(yīng)用要求。

6 結(jié) 語

結(jié)合管道輸送的實際情況，針對原油管道泄漏監(jiān)測技術(shù)及其運行監(jiān)測系統(tǒng)進行了深入的研究，利用超聲波流量計，依據(jù)流體的流量與超聲波流量計傳播速度之間的關(guān)系，對管道流量進行實時連續(xù)監(jiān)測。充分發(fā)揮計算機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，建立管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，以達到及時發(fā)現(xiàn)泄漏，并準確地確定其位置的目的。

參 考 文 獻

［1］姚國民,王寅觀.超聲波流量計中的數(shù)據(jù)處理.聲學(xué)技術(shù),1998,17(1):35-37.

［2］成向陽,鞠曉東.超聲信號測量高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計.石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2000(1):91-94.

［3］趙廣濤，程蔭杭.基于超聲波傳感器的測距系統(tǒng)設(shè)計［J］.微計算機信息，2006，22(1):136-137,156.

［4］李煒,陳希平,毛海杰,等.天然氣管道泄漏點的定位檢測方法研究［J］.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報 ,2003,29(4):84-87.

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［10］陳奉蘇.混沌學(xué)及其應(yīng)用.北京:中國電力出版社,1997.

作者簡介 吳欣明 男，1973年出生，河北香河縣人，講師、碩士。主要從事計算機教學(xué)及教學(xué)理論方面的研究工作。

篇6

【關(guān)鍵詞】電磁流量計 特性 檢定方法

1 電磁流量計簡介

電磁流量計是一種高精度、高可靠和使用壽命長的流量儀表，是由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)成，依據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電性液體的儀表。電磁流量計是一種被廣泛應(yīng)用的計量儀表?？捎脕頊y量工業(yè)導(dǎo)電液體或漿液。測量范圍大，電磁流量變送器的口徑從2.5mm到2.6m。其中大口徑電磁流量計主要用在排水工程上，小口徑電磁流量計主要用于醫(yī)療、科研等領(lǐng)域。

2 電磁流量計的檢定方法及注意事項

電磁流量計在使用過程中與管道連接為一體，如果將其拆卸下來進行檢定校準，勢必會給企業(yè)帶來諸多麻煩，影響其正常的生產(chǎn)工作。另外由于一些應(yīng)用于給水行業(yè)中的電磁流量計口徑較大，安裝環(huán)境較差，這些因素導(dǎo)致流量計很難甚至不允許拆卸之后送到標定裝置中進行復(fù)核。因此，為了結(jié)合實際工作需要，我們一般采用在線校準方法。目前，常用的對電磁流量計進行在線校準的方法是：電參數(shù)法和標準表法。

2.1 電參數(shù)法

根據(jù)管道式電磁流量計的測量原理，對影響在線工作的管道式電磁流量計的相關(guān)參數(shù)進行檢定（如勵磁線圈對地絕緣電阻、電極對地（接液）電阻、勵磁線圈電阻和流量計電纜線電阻），測量控制相關(guān)參數(shù)在一定允許的變化范圍內(nèi)與出廠檢定的原始數(shù)據(jù)進行比較溯源，使其保持在出廠時的標準準確度以內(nèi)，以滿足使用要求。

電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的用來測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的測量管內(nèi)流動，產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電動勢。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)公式如式（1）所示：

K―儀表系數(shù)。

V―被測電液導(dǎo)體的流速；

D―管徑；

由式（1）可知管徑D與系數(shù)K都為固定參數(shù)。感應(yīng)電動勢與電磁感應(yīng)呈線性關(guān)系。在一定流速下，若要使感應(yīng)電動E數(shù)值穩(wěn)定，只要確保參數(shù)B保持在出廠校準時的允許范圍內(nèi)，就可證明該流量計目前所測流量的準確度仍與出廠時保持一致。那么哪行因素直接影響電磁感應(yīng)強度呢？通過測量哪些因素可以確定電磁感應(yīng)強度參數(shù)在允許范圍內(nèi)呢？

就電磁流量計本身而言，影響電磁感性強度的因素主要有：勵磁線圈電阻（扣除溫度變化引起的差值）、勵磁線圈的絕緣以及勵磁電流的幅值。

（1）測量勵磁線圈電阻。以數(shù)字萬用表為測量工具，兩個表筆分別搭在勵磁線圈的兩個端子上，測量勵磁線圈的電阻值，將測量結(jié)果與廠家提供的勵磁線圈電阻值進行比對，環(huán)境溫度相同時，其阻值應(yīng)與出廠值相同。

（2）測量勵磁線圈對地絕緣電阻。以絕緣電阻測試儀為測量工具，將黑色的一端接地，紅色端夾在勵磁線圈一端，以500V檔位進行測量。操作兆歐表待顯示穩(wěn)定后讀數(shù)，要求絕緣電阻大于20？

M。

（3）測量傳感器電極對地（接液）電阻值。以指針式萬用表為測量工具，若連接瞬間有放電現(xiàn)象發(fā)生，讀取萬用表電極兩端的阻值。計算偏差率。偏差率計算公式如公式（2）所示：

R―兩個電極對地電阻平均值（？）。

依據(jù)公式（2）算出兩個電極對地電阻的偏差率。偏差率越小，電極對稱性越好。一般情況下偏差率不應(yīng)該超過10%，否則電極就可能被污染、覆蓋或腐蝕。

（4）測量轉(zhuǎn)換器勵磁電流。觀察輸出電流幅值與轉(zhuǎn)換器原電流的值，誤差不超過±0.25mA。

此外，我們需需要對轉(zhuǎn)換器的工作狀況進行測量，利用高精度的模擬信號器對轉(zhuǎn)換器的零點、瞬時流量、零點漂移等進行檢查及校正。

2.2 標準表法

采用具有確定準確度等級的標準流量計（或流量標準裝置）為標準器具，串接于流量計的工作回路中，使流體在相同時間間隔內(nèi)，同時連續(xù)通過標準表和被校表，比較兩者的輸出流量值的偏差，從而確定檢定被校流量計。這種方法能確定流量計的工作性能，使檢定精度大幅提高。

我們通常采用便攜式超聲波流量計對其進行檢定。那么如何正確的利用便攜式超聲波流量計進行檢定呢？

首先，要正確安裝便攜式超聲波流量計。便攜式超聲波流量計的核心部件是換能器，確保換能器安裝在標準管段即：上游直管段不小于15倍的管徑長度，下游直管段不小于10倍管徑長度。在安裝條件滿足檢定要求后，檢定人員需要根據(jù)管道材質(zhì)、厚度、襯里材料等信息，計算兩個換能器的安裝位置并對管道外壁的污垢擦除干凈，確保管道表面光滑。將換能器固定在管道上。觀察超聲波流量計的波形和信號，調(diào)整換能器位置，使其滿足檢定要求。記錄被測介質(zhì)同時流經(jīng)電磁流量計與便攜式超聲波流量計的流量，取5個瞬時流量，計算出它的相對示值誤差和累積流量的相對示值誤差。另外需要提醒檢定人員注意超聲波流量計抗干擾能力差，在使用過程中要檢查周圍環(huán)境中是否有大型電器、高壓電纜等可以產(chǎn)生較大電磁場的裝置。確保超聲波流量計遠離磁場干擾。另外，不同的換能器適用的溫度也是不同的。因此檢測前要依據(jù)被測管線的實際情況選擇適合的換能器。

完成上述檢定后，檢定人員要進行詳細的檢定記錄。認真出具檢定合格證書。

3 結(jié)束語

我國目前是能源消耗大國，國家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，計量工作在油田節(jié)約能源、降低成本等方面的作用日益明顯。計量設(shè)備精度準確與否，直接影響節(jié)能的效果。因此，計量器具的檢定尤為重要。我們作為大慶油田基層計量器具的檢定人員責(zé)任重大，我會不斷提升職業(yè)素養(yǎng)，為大慶油田的計量工作貢獻自己的一點微薄的力量。

參考文獻

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關(guān)鍵詞：電磁流量計 標準表法 不確定度

一、引言

大口徑流量計的校驗和定期檢定，一直困擾著供水行業(yè)。目前，供水行業(yè)應(yīng)用的流量計管徑為300mm-1500mm，甚至口徑更大。由于其測量的直徑和流量大，對標準流量計、水泵的功率以及標準容器都有更高的要求。隨著人們對水資源認識的提高，以及供水行業(yè)對經(jīng)濟核算的重視，使得大口徑流量計檢定問題的解決越來越突出。在供暖系統(tǒng)中，已逐漸地采用了大口徑熱能表，但我國還沒有大口徑熱能表檢定的標準裝置，而且生產(chǎn)大口徑熱能表所要求的技術(shù)也越來越高。熱能表由流量傳感器、配對溫度傳感器和計算器3個部分組成，根據(jù)檢定的原理，熱能表檢定主要指對流量測量裝置即流量計的檢定。此外，在大口徑熱能表檢定時需要大口徑的流量計作為標準表，一般使用電磁流量計，這樣可以提高熱能表的檢定準確性。電磁流量計的測量精度高（0.5%、0.3%）；測量管道內(nèi)無障礙物與可動部件，流體流經(jīng)儀表無壓損；測量范圍較寬，滿度值時在0.5～15m/s內(nèi)選定，最大測量口徑達到3000mm，所以電磁流量計被公認為理想的大管徑計量儀表。

二、流量計檢定方法及原理

流量就是單位時間內(nèi)流體通過一定截面積的量，這個量如用流體的體積表示就為體積流量；平均流量就是在測量時間內(nèi)流量的平均值。大口徑流量計的檢定裝置包括流體源、穩(wěn)壓裝置、管路系統(tǒng)、計時器、標準容器以及換向器等附屬設(shè)備。工作原理：將被檢流量計安裝到裝置上，啟動液體循環(huán)系統(tǒng)，使液體流經(jīng)被檢流量計和標準流量計，同步操作被檢流量計和標準流量計，比較兩者的輸出流量值，從而確定被檢流量計的計量準確度和重復(fù)性。

根據(jù)使用標準量具的不同，檢定方法分為容積法、質(zhì)量法和標準表法。容積法是通過標準容器測量一段時間內(nèi)工作量器中的液體體積流出量。質(zhì)量法是通過天平稱量一段時間內(nèi)容器中的液體質(zhì)量，從而計算出流量。標準表法是以標準流量計為標準器具，使流體在相同時間間隔內(nèi)連續(xù)通過標準流量計和被檢流量計，比較兩者的輸出流量值，從而確定被檢流量計的計量性能。

容積法分為靜態(tài)容積法和變水頭法（動態(tài)容積法）。靜態(tài)容積法將水塔和標準容器分開，壓頭恒定，靜態(tài)讀數(shù)；變水頭法將水塔和標準容器分開，壓頭一直變小，動態(tài)讀數(shù)。容積法的缺點是設(shè)備龐大，標準容器的容積隨流量計口徑增大而增大、隨檢定時間的增長而增加。標準表法克服了以上缺點，在相同流量下，標準表法應(yīng)用容器的容積較容積法小，而且檢定的時間可以加長。對于分辨率不高的被檢表來說，加長檢定時間是一種有效減小檢定誤差的方法。一般的檢定裝置采用標準表法進行檢定，對于檢定要求高的儀表采用標準表法加質(zhì)量法進行檢定，以保證測量的準確性。

三、流量計實驗室及現(xiàn)場檢定對比分析

計量器具在安裝使用前必須進行首次強制檢定，這就需要進行實驗室檢定。在使用過程中還需要對其進行后續(xù)檢定，也就是在線檢定，以保證其測量的準確性。

1.實驗室檢定

實驗室大口徑流量計檢定的標準裝置采用恒水頭式結(jié)構(gòu)。此裝置的水塔起溢流穩(wěn)壓作用，水頭高30m，容積為1000m3，符合大口徑儀表的檢定要求，最大流量為15000m3/h；水池容量為2000m3；標準流量計采用E-magDNl000mm的智能電磁流量計；標準直管段DNl000mm總長50m，被檢流量計的試驗管段總長為36m，滿足電磁流量計檢定時對直管段的要求；裝置精確度為0.15%；測控系統(tǒng)采用工控機控制，用數(shù)據(jù)采集卡采集流量、壓力等測量參數(shù)，編寫軟件對被檢表進行檢定，并對誤差進行修正。

根據(jù)JJGl64-2000（（液體流量標準裝置檢定規(guī)程》的規(guī)定，標準設(shè)備和儀器的不確定度應(yīng)優(yōu)于被檢裝置的不確定度。因此標準流量計應(yīng)具有較高的精確度、可靠性良好、流量范圍寬等特點，比較各種流量計，選擇電磁流量計作為標準表。因為電磁流量計公稱通徑范圍大，從DN3到DN3000；流體最高流速可達15m/s；轉(zhuǎn)換器采用功耗低、零點穩(wěn)定、精確度高的新穎勵磁方式，精度可達±0.3%或±0.5%，流量范圍度可達l500：l；轉(zhuǎn)換器可與傳感器組成一體型或分離型，采用16位微處理器，易于編程，設(shè)定參數(shù)方便，應(yīng)用可靠性強的表面安裝技術(shù)（SMT），可進行自診斷；電磁流量計為雙向測量，有3個積算器，有脈沖、電流、數(shù)字通訊等多種輸出信號，滿足二次儀表測量和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的通信。

選擇智能電磁流量計作為標準表，并用標準表法對該儀表在不同流量下測量多個流量點。電磁流量計隨著流量的增大線性減小，誤差減小。

2.現(xiàn)場檢定

流量計的現(xiàn)場工作條件與實驗室校驗的工作條件相差很大，流量計準確度偏離無法確定?，F(xiàn)場檢定同樣也應(yīng)用標準表法進行檢定，選擇便攜式超聲波流量計作為標準表，便攜式超聲波流量計是一種外夾便攜式的流量計量儀表，具有精度高、重復(fù)性好、靈敏度高、安裝使用方便、能在露天惡劣環(huán)境下工作等特點，比較適用于大口徑流量計的現(xiàn)場檢測和校準。經(jīng)比較，選用美國寶麗森DCT-7088電磁流量計，它基本滿足上述要求，此流量計采用了先進的數(shù)字處理技術(shù)和聲波時差探測法，可以降低測量介質(zhì)中固體或氣泡對測量精度的影響。配有“TimeGATE”信號分析軟件，可利用微軟Windows風(fēng)格圖形界面形式來設(shè)置流量計并進行全面的波形分析，來取代對流量計的直接設(shè)置和操作。其原理是：在現(xiàn)場大口徑流量計所在管道上安裝一個準確度較高的便攜式超聲波流量計作為標準表，同時記錄被檢表和標準表的流量，以標準表作為標準值，計算被檢流量計的誤差，進而調(diào)整被檢流量計系數(shù)，使被檢電磁流量計與便攜式超聲波流量計示數(shù)相一致，以達到檢測、校準現(xiàn)場流量計的目的。

使用便攜式超聲波流量計可實現(xiàn)不斷流測量，設(shè)備便于攜帶，安裝方便；流體中不插入任何元件，對流速無影響，無壓損，穩(wěn)定性好；外夾式探頭，可移動安裝測量；能用于任何液體，特別是具有高粘度、強腐蝕、非導(dǎo)電性等性能液體的流量測量，也能測量氣體的流量；量程比較寬，可達5：l；輸出與流量之間呈線性等優(yōu)點。但是使用便攜式超聲波傳感器也存在一些缺點：當(dāng)被測液體中含有氣泡或有雜音時，將會影響測量精度，故要求變送器前后分別有10D和5D的直管段，而現(xiàn)場實際情況難以確定，人為因素影響大，現(xiàn)場流量不易控制，難以進行全量程測試。此外，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

四、結(jié)論與認識

1.由于大口徑流量計多數(shù)是電磁流量計或插入式超聲波流量計，儀表結(jié)構(gòu)大多為法蘭連接或者是插入管道，只有在停流時才允許拆卸，且拆裝和運輸送檢十分麻煩；

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【關(guān)鍵詞】超聲波；流量測量系統(tǒng)；蓮花發(fā)電廠

前言

隨著科學(xué)技術(shù)特別是電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和聲楔材料等技術(shù)的發(fā)展，運用超聲波脈沖測量流體流量的技術(shù)發(fā)展較快，正在成為測流工作的首選工具。

1、超聲波流量計的測量原理

超聲波流量計一般的測量方法為傳播速度差法、多普勒法等。傳播速度差法的原理是測量超聲波脈沖順水流和逆水流時速度之差反映流體的流速，以測出流量；多普勒法的原理是運用聲波中的多普勒效應(yīng)測得順水流和逆水流的頻差反映流體的流速得出的流量。

單聲道測試系統(tǒng)僅可應(yīng)用在小型渠道水位和流速變化較小的場合。大型渠道流速縱橫變化很大，要采用多聲道超聲波測流才可得到準確的流量值，對直徑較大的圓管，流態(tài)復(fù)雜多變，為提高測量精度通常采用多聲路的布置方式，如圖1所示。應(yīng)采用2、4、8聲路，把各聲路上的流速對測量斷面進行積分，得出測量斷面的流量，流量積分公式為：

2、蓮花發(fā)電廠原流量測量系統(tǒng)

蓮花廠機組超聲波流量計設(shè)備包括由加裝流量測量管理軟件的工業(yè)控制計算機、數(shù)據(jù)采集器、換能器、超聲波傳感器等構(gòu)成。

隨著使用年限的延長，其埋設(shè)于引水鋼管內(nèi)的部分流量測量元件和射頻信號電纜等開始出現(xiàn)抗干擾能力和元件的老化導(dǎo)致測量的流量數(shù)據(jù)誤差較大，給發(fā)電用水量的計算、統(tǒng)計和科學(xué)調(diào)度帶來很大不便。蓮花發(fā)電廠采用GER9000流量測量系統(tǒng)代替原測量系統(tǒng)。

3、GER9000流量測量系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)組成

蓮花發(fā)電廠采用的GER9000流量測量系統(tǒng)是專用于大流量測量的高精度流量測量系統(tǒng)，由電子機箱、換能器和電纜組成。電子機箱可分為現(xiàn)地(前置)測量單元及后臺顯示、處理單元。

GER9000超聲波流量測量系統(tǒng)軟件支持最多10個GER9000超聲波流量測量前置（現(xiàn)地）單元的通訊，通過RS485組網(wǎng)?？刂埔粋€或多個GER9000超聲波流量測量前置（現(xiàn)地）單元，完成超聲波聲路測量、流速計算、聲路工作狀態(tài)判斷、流量計算、流量測量狀態(tài)判斷、顯示、打印、串口輸出(ASCII碼輸出或MODBUS輸出)，4~20mA模擬量輸出等。

GER9000流量測量系統(tǒng)的后臺顯示、處理單元可以配置不同數(shù)量的現(xiàn)地(前置)測量單元；而每個現(xiàn)地(前置)測量單元可以配置不同數(shù)量和類型的換能器。后臺顯示、處理單元通過RS485總線與一個或多個現(xiàn)地(前置)測量單元相連的。

現(xiàn)地(前置)測量單元是一個300*400*120的機箱。機箱內(nèi)有電源模塊和收發(fā)訊模塊。現(xiàn)地（前置）測量單元周期性地接收顯示、處理單元的命令并自動對其上所接聲路進行測量。把原始的測量結(jié)果和測量狀態(tài)上傳給顯示、處理單元進行處理。如果顯示、處理單元經(jīng)過計算后發(fā)現(xiàn)某個聲路工作不正常，能自動發(fā)送命令給現(xiàn)地（前置）測量單元，對該聲路進行調(diào)試?，F(xiàn)地(前置)測量單元的超聲波發(fā)射電壓有50V、100V、200V、400V四種，可以在軟件中選擇。每個現(xiàn)地(前置)測量單元最多具有測量12聲路的能力。

GER9000超聲波流量測量系統(tǒng)有多種不同類型的換能器，用于各種不同的測量現(xiàn)場，換能器有插入式換能器、內(nèi)敷式換能器和明渠換能器之分，蓮花廠采用的是內(nèi)敷式換能器。內(nèi)裝式換能器，主要針對被埋設(shè)的管道以及混凝土管，其電纜由管內(nèi)部經(jīng)穿纜器引出，內(nèi)敷式換能器及引出電纜一般采用雙體備份結(jié)構(gòu)以延長檢修周期。換能器與現(xiàn)地單元間由電纜連接，進行信號傳輸。信號電纜為高強度防水射頻同軸電纜。換能器主要完成電聲轉(zhuǎn)換的功能，它能在發(fā)射脈沖信號的激勵下產(chǎn)生聲波，聲波在流體中傳播到達另一換能器后又轉(zhuǎn)換為接收脈沖信號。電子測量單元驅(qū)動超聲波換能器進行聲波的發(fā)射與接收，測量超聲波在流體中的傳播時間，計算流量，并對測量數(shù)據(jù)進行存儲，顯示與輸出。

3.2系統(tǒng)特點

系統(tǒng)測量精度高，功能全，有獨特的智能判斷功能和供選擇的不同輸出接口；短管度，在彎管附近也能進行高精度測量；適用范圍廣，圓形管道、方形涵洞、開敞的明渠均可測量；易維護，彩色大屏幕液晶顯示，全中文界面及智能診斷系統(tǒng)，方便操作和維護。

超聲波流量測量系統(tǒng)主要完成蓮花電廠四臺機組的瞬時流量測量，日流量和年流量的統(tǒng)計等，為蓮花發(fā)電廠廠水文數(shù)據(jù)統(tǒng)計、下游發(fā)電和防洪、區(qū)域水情預(yù)報、發(fā)電廠機組經(jīng)濟運行等提供第一手的數(shù)據(jù)資料。通過本次改造，提高了測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，為機組流量的精確測量和統(tǒng)計提供可靠技術(shù)保證。

參考文獻

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關(guān)鍵詞：天然氣 計量器具 燃氣計量表

中圖分類號： U473.2+4 文獻標識碼： A 文章編號：

隨著城市燃氣的飛速發(fā)展，燃氣的流量計量顯得尤為重要，尤其是工商業(yè)用戶的流量計量，需要給予極大的關(guān)注，因為，此類用戶的用氣量較大，一旦出現(xiàn)問題，影響極大。燃氣計量是燃氣企業(yè)的生命線，也是燃氣企業(yè)經(jīng)濟效益的最終體現(xiàn)者。

1.燃氣流量計的選擇流程與配置原則

在日常生產(chǎn)和生活當(dāng)中，有差壓式、容積式、渦輪式和超聲波流量計等，選用燃氣流量計首先要熟悉各種流量計的構(gòu)造和特性，其次要根據(jù)實際的使用安裝情境有所選擇的安裝，常常要考慮的因素有“儀器性能、流體特性、環(huán)境溫度和壓力、經(jīng)濟條件”等，以保證燃氣測量精準度。

1.1流量計篩選流程

在安裝流量計之前，首先要全方位的考慮儀器使用要求、使用條件、周圍環(huán)境等因素，確定流量計的安裝和布置方案，這其中要考慮的就是流體的特性，儀表使用規(guī)范、場所限制和經(jīng)濟承受力，其中，流體特性及其儀表功能與之的匹配度是首要因素，最后根據(jù)選定的測量方法，確定最終的儀器量程范圍和量表型號。

1.2燃氣流量計型號選擇考慮因素和配備

燃氣流量計的選擇考慮因素重點有以下幾個方面。首先是儀器的性能和規(guī)范要求，根據(jù)第一大條我們選取的幾種流量計為基礎(chǔ)，結(jié)合燃氣計量的流量、精確度、重復(fù)性高低和上下游流量等要素，去進行有所側(cè)重的考慮，最終的目的是獲得準確的測量數(shù)據(jù)。像在上限的流量和測量范圍等因素中，儀表的選擇就要考慮流量的范圍和管道的口徑，還有溫差的影響，而不是去盲目的選擇流量計，導(dǎo)致燃氣計量誤差的增大。其次，要考慮的一個重要因素就是流體特性，包括流體的溫度、粘度、壓力、化學(xué)性質(zhì)、比熱、聲速和脈動流等等，去選用相適宜的燃氣流量計，使所計量的流體與燃氣器具相匹配，才會取得較好的效果。另外，要考慮到周圍的安裝條件，這是時刻影響燃氣計量的外部因素，包括環(huán)境溫度、濕度、安全的防護、電磁干擾等，結(jié)合安裝現(xiàn)場，選擇最優(yōu)的管道布置方向，保證流體流動方向的準確性，管道的口徑要與流量計一致，并且要留出足夠的維護空間。例如，差壓流量計，就要從流體的密度、腐蝕性去考慮，因為這兩個因素是對于本流量計最有影響的因素，包括安裝條件，要足夠防震和清潔，否則就會影響效果，以此為例，其余各流量計都要有適合于自身的條件限制。最后，客戶要結(jié)合使用實際，考慮安裝的經(jīng)濟性，不能一味的追求高精度，在達到燃氣計量要求的前提下，應(yīng)盡可能選擇費用低、安裝更換更為方便的燃氣計量器具。

2. 燃氣流量計的應(yīng)用技巧分析

對于燃氣儀表的選型一定要結(jié)合各類型儀表的計量特點，綜合考慮燃氣計量表的最大流量、量程、始動流量、承壓能力、壓力損失、壽命期內(nèi)計量精度等因素，正確制定比選方案，全面考慮壽命期內(nèi)的各項費用，進行綜合比選。當(dāng)前適合于城市燃氣量計量的主要產(chǎn)品有氣體腰輪流量計、氣體渦輪流量計和超聲波流量計。

2.1氣體腰輪流量計

儀表屬于速度式流量計，準確度高，流量范圍寬，重復(fù)性好，穩(wěn)定性較好，具有溫度壓力補償，無需外供電源，極適合于城市燃氣餐飲和鍋爐類工商業(yè)用戶使用。在中大流量范圍內(nèi)有較高的性價比。燃氣設(shè)施額定用氣量處于儀表流量上限的60%～70%，表前必須配過濾器，一般設(shè)計為垂直安裝，上進下出，無需前后直管段。安裝時儀表安裝應(yīng)端正牢固，橫平豎直，一般有支撐，不受應(yīng)力影響，安裝時應(yīng)避免碰傷。儀表安裝前先與過濾器連接好，吹動腰輪，觀察轉(zhuǎn)動是否靈活。嚴禁帶表焊接法蘭，嚴禁帶表吹掃管線，嚴禁野蠻裝卸施工。安裝前，應(yīng)預(yù)制與儀表相同尺寸的管段，代替儀表進行安裝，待焊接法蘭、吹掃、打壓、試漏等所有工作完畢后，再拆下管段，換上儀表，充分保護計量器具不受傷害。氣體腰輪流量計儀表的維護：儀表要求有壓啟動(尤其是高壓時)，防止流量急劇變化，造成計量器具損壞，管道壓力不得超過儀表壓力傳感器的使用范圍，儀表安裝完畢后加注油到窗口刻線位置，拆表前應(yīng)先排空油，油位不足時及時補充，定期清洗過濾器，注意及時更換電池。

2.2氣體渦輪流量計

氣體渦輪流量計屬于速度式流量計，準確度不高，流量范圍窄，重復(fù)性一般，抗振性能差，具有溫度壓力補償，無需外供電源，適合于城市燃氣鍋爐類工商業(yè)用戶使用。在中流量范圍內(nèi)有較高的性價比。燃氣設(shè)施額定用氣量處于儀表流量上限的60%附近，表前必需配過濾器，一般設(shè)計為水平安裝，需要前后直管段，渦輪流量計利用置于氣體中的葉輪感受流體平均速度來測量氣體的流量。進入儀表的燃氣，經(jīng)截面收縮的導(dǎo)流體加速，然后通過進口通道作用在渦輪片上，渦輪轉(zhuǎn)數(shù)與被測氣體體積成正比。渦輪表具有壓力損失小、準確度高、始動流量低、抗振與抗脈動性能好等特點。該表的安裝位置前后要求有一定長度的直管段。渦輪流量計具有運動部件，故障率較高，使用中、后期的維護量較大，對被測燃氣的清潔度要求也較高。維護:儀表要求有壓啟動(尤其是高壓時)，防止流量急劇變化，造成計量器具損壞，管道壓力不得超過儀表壓力傳感器的使用范圍，定期加注油，定期清洗過濾器，注意及時更換電池。

2.3超聲波流量計

氣體超聲波流量計屬于速度式流量計, 準確度高, 流量范圍寬, 重復(fù)性好, 穩(wěn)定性較好,具有溫度壓力補償, 需外供電源, 適合于城市燃氣門站和大工業(yè)用戶使用。在超大流量范圍內(nèi)有較高的性價比，使用中應(yīng)防止斷電事故的發(fā)生。超聲波氣體流量計特別是多聲道的氣體流量計由于其準確度高、維修費用低、無流阻、能測量脈動及雙向氣流等獨特的優(yōu)點，目前已被氣體工業(yè)界廣泛接受，日益成為研究重點，己是自渦輪流量計后被氣體工業(yè)界接受的最重要的流量計量器具。尤其是能準確測量氣體的雙向流量，測量范圍寬；不僅能測量穩(wěn)態(tài)氣流而且能測量低頻脈動氣流的流量；在氣體介質(zhì)較惡劣的情況下(如煤氣廠生產(chǎn)的含大量焦油、水蒸氣等的油煤氣、水煤氣中)也能正常使用；適用于各種不同氣體及管道直徑，最大管徑可達2米，而多應(yīng)用到大口徑計量中去。根據(jù)有關(guān)部門預(yù)測，超聲波流量計將成為未來管道流量計量儀表的主流。

3. 結(jié)語

隨著我國管道燃氣事業(yè)的迅速發(fā)展，許多居民家庭采用了管道燃氣燒水、做飯、取暖等，燃氣已是人們生活中所需的能源消耗品，燃氣的價格成為了百姓關(guān)注的熱點。家用燃氣表是居民用戶與燃氣公司進行燃氣量貿(mào)易結(jié)算的計量器具，燃氣表的計量準確以否與百姓、燃氣經(jīng)營公司的切身利益密切相關(guān)。燃氣計量表的選擇需要我們?nèi)ソY(jié)合實際情況，綜合考慮運用，在此基礎(chǔ)上優(yōu)選出最適宜的燃氣計量計類型，更好地為生產(chǎn)和生活服務(wù)。

參考文獻：

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[2] 吳燕.淺談IC卡燃氣表應(yīng)用[J].科技資訊.2011(06)

篇10

1.管道輸送中的用水計量方式

此類水表的計量執(zhí)行安裝前的首次檢定，到期輪換。當(dāng)用水量較大或管線大于40mm時，如廠礦企業(yè)、服務(wù)行業(yè)以及部分農(nóng)業(yè)灌溉等用水大戶，安裝的是較大或特大口徑（口徑達到1000mm以上）的水表、電磁流量計、插入式超聲波流量計以及其他類型的流量計。由于在線使用的大口徑流量計拆卸困難，難以做到在不影響正常供水情況下進行送檢，因此必須進行在線校準，確保在線大口徑流量計的準確度。

2.農(nóng)業(yè)灌溉用水計量方式

一是使用明渠流量計計量用水量，明渠流量計通過周期檢定確保其準確度；二是通過水泵的揚程、機組效率、用電量等參數(shù)計算水泵抽出的水量，但這種方法沒有明渠流量計、超聲波流量計、電磁流量計和水表那樣直觀。

二、水流量計量方法探討

采用流量儀表測量用水量，且流量儀表方便拆卸送檢的，可以通過液體流量標準裝置進行定期量值溯源，確保流量儀表的準確可靠。而對于拆卸困難或沒有安裝流量儀表的，采用流量計在線校準方法或農(nóng)業(yè)灌溉控制系統(tǒng)進行用水計量。下面針對這兩種方法進行分析。

1.水流量計的在線校準

由于在線用大口徑水流量計拆卸困難，因此建立一套標準表法在線校準裝置對水流量計實施在線校準十分必要。（1）標準表的選擇通過查閱流量計的相關(guān)資料及大量試驗，得知外夾式超聲流量計具有性能穩(wěn)定、量程寬、安裝簡便等優(yōu)點，其實驗室實流檢定準確度可以達到0.5％，考慮到現(xiàn)場測量的準確度及管道參數(shù)等的不確定因素，現(xiàn)場工作條件下可以達到1.0％。從技術(shù)方面看，用性能較好的多聲道外夾式超聲流量計作為標準表對2.0級及其以下大口徑水流量計進行在線校準切實可行。（2）標準表法在線校準裝置的組成標準表法在線校準裝置是由外夾式超聲流量計（流量計表體、超聲換能器、二次儀表）、超聲測厚儀、鋼卷尺等組成。（3）標準表法在線校準的原理標準表法在線校準實際上是對在線流量計、前后連接管道、介質(zhì)流動狀態(tài)等組成的流量測量系統(tǒng)的整體校準。是將標準表串聯(lián)在試驗管線上，使流體在相同的時間間隔內(nèi)連續(xù)通過標準表和被校流量計，兩者的二次儀表對同時采集到的信號進行數(shù)據(jù)處理并顯示其流量，比較兩者的流量值，得出標準表和被校流量計流量值之間的誤差。（4）標準表法在線校準方法①根據(jù)被校準流量計的使用說明書檢查其工作狀態(tài)是否正常。②外夾式超聲流量計串聯(lián)安裝在被校流量計的上游或下游側(cè)。③管徑測量：用鋼卷尺分別在換能器安裝位置附近的同一截面上等角分布測量n次外周長，取其平均值計算出外徑。④管壁厚測量：用超聲測厚儀在換能器的安裝位置附近測量5個點，取其平均值。⑤標準表的安裝：將測到的管外徑、管壁厚及從現(xiàn)場技術(shù)資料確認的參數(shù)：被檢管道的材質(zhì)、管內(nèi)襯里的材質(zhì)及厚度和管內(nèi)介質(zhì)等相關(guān)參數(shù)輸入超聲流量計的二次儀表，計算出換能器安裝的距離。由于現(xiàn)場工況條件以及安裝位置對標準表的準確測量影響十分大，因此標準表的安裝還應(yīng)遠離上游、下游擾動源，要考慮前方及后方阻力件的形式與狀態(tài)，適當(dāng)調(diào)整換能器的位置。位置確定后，將管壁上的油漆、鐵銹、污垢等清除干凈，用緊固件將標準流量計的換能器的發(fā)射面固定在管側(cè)面的正側(cè)線上，盡量保證聲程在管徑平面上，確保換能器的安裝準確度，盡可能減少使用環(huán)境和安裝對其測量準確度的影響。⑥參數(shù)設(shè)置、信號接收等工作正常后，開始校準。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況確定校準流量點，每個流量點校準3次。對于現(xiàn)場無法調(diào)節(jié)流量的，應(yīng)分時進行校準。校準時應(yīng)同時讀取和記錄標準表和被校流量計的示值，取平均值作為被校流量計各個流量點的誤差值。由上可見，用超聲流量計作為標準表對大口徑水流量計進行在線校準，方便了用水單位的計量工作，同時降低了資金的消耗。

2.農(nóng)業(yè)灌溉控制系統(tǒng)的取水計量

（1）取水計量控制系統(tǒng)組成農(nóng)業(yè)灌溉在沒有安裝流量計的條件下可以通過建立取水計量控制系統(tǒng)進行用水量的計量。取水計量控制系統(tǒng)由水泵、電能表、控制器等組成，通過對該系統(tǒng)大量的試驗總結(jié)出水泵抽出的水量與水泵的用電量及水泵的參數(shù)有關(guān)。（2）取水計量控制系統(tǒng)原理及換算方法取水計量控制系統(tǒng)是通過能量守恒水電互換原理，將水泵的電流、電壓等變化參數(shù)及水泵的揚程、功率系數(shù)、軸功率等參數(shù)輸入到取水計量控制系統(tǒng)的控制器，再由控制器計算出水泵抽出的水量。由式（3）可知，影響QN值的因素主要有水泵系數(shù)的誤差和電能表引入的誤差。而水泵系數(shù)的變化主要與水泵自身的變化，即機組效率和揚程隨時間的變化、啟停變化、地下水變化引起的變化等有關(guān)，可依據(jù)使用環(huán)境的不同，采用便攜式超聲波流量計在線進行定期或不定期校準系數(shù)k值，提高k的準確度；電能表的技術(shù)已成熟，其計量性能穩(wěn)定，只要按照檢定規(guī)程要求定期送檢電能表，即可保證其數(shù)值的準確。因此，只要控制影響水泵出水量的準確度，即可確保水泵抽出的水量QN值的準確度。采用取水計量控制系統(tǒng)，建立一套完整的用水計量、控制和地下水動態(tài)監(jiān)測體系,為水資源使用權(quán)的分配原則、方法和方案以及用水定額管理指標等提供準確的數(shù)據(jù),實現(xiàn)宏觀用水總量控制和微觀定額管理，是建設(shè)節(jié)水型社會的系統(tǒng)工程。

三、結(jié)束語