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和传统的机械、电磁式的测量流量的仪表相对比，超声波流量计主要具有以下优点：一是作为一种非接触式的仪表，超声波流量计能够在管道外部测量，它完全没有压力的损失，也不会流体流动的状态的改变，对原有的管道不需要进行任何的加工就可以测量。二是超声波流量计输出信号和被测的流体的流量为线性的关系。三是测量的结果不会受到被测的流体黏度及电导率等影响，可以用来测量非导电性的液体或者气体。四是对大口径、大流量的测量，它的测量成本基本和管径大小没有任何关系，能够实现能耗的节约，而不象其它类型的流量计管径增大、成本会大幅度地增加。五是它更能适合所处条件较恶劣的被测流体，由于检测不需要接触，从而带来很大便利和好处。它的缺点主要表现在，对于外夹式的超声波流量计，检测元件的维修和更换较为方便，不用断流，也不会影响生产运行，可是，由于其在管道外进行测量，声道的数量比较少，因此精度比管道嵌入式的低；而对于管道嵌入式的超声波流量计，一方面维修与更换会较为麻烦，另一方面由于有三、四声道和更多声道的产品，其精度会很高。还有，由于超声波流量计的安装对前后的直管段要求上有很大的限制，从而产生较高的造价和运输成本。
2超声波流量计选型的注意事项
超声波流量计选型工作较为复杂，关注的内容包括：被测的介质类别、仪表的性能和参数、换能器的类型、功能及适用的范围、声道的设置、前后的直管段长度的要求等等。选型应当注意以下几个方面：一是要了解被测对象的现场情况和物理的特性；二是其信号的处理单元必须适合户外、爆炸、危险性等类型的场所进行安装，防爆和防护的等级必须符合现场的要求。二是换能器的前后应有一定长度的直管段，从而确保流体流速的分布，通过要求前面的直管段在10D以上，而后面的直管段就在5D以上，并且其上游30D之内，不可以安装阀、泵等扰动设备。三是换能器要安装于倾斜及水平的管道上的时候，不能装于上部或者底部，避免管道中的气体或者杂质进到测量的声道当中。四是换能器安装必须使超声波的传播路径经过管道的中心。四是要区分被测对象进行选型，气体用的换能器频率一般在100至300KHz，而液体用的换能器频率一般为1至5MHz。
3超声波流量计在石化行业计量中的应用
3.1用时差法超声波流量计来测量成品油超声波流量计可以进行多声道进行测量；能通过报警功能和智能检定软件诊断来监测其运行的状态；能对各声道自动增益进行调节；能够测量出各声道流速的分布、进行第一声道声速的计算，从而校正旋涡流、横向流及不对称流；在被测的液体密度和粘度发生变化的时候，能通过声速的测量来反推油品密度和粘度，从而利用超声波流量计替替代密度计，解决处理混油段技术。
3.2标准体积管实流标定超声波流量技术双向标准体积管属于标准容积式的机械设备类型，在U型的标准管段的进口和出口装着检测开关两（或四）个，排液球或活塞一个。触动首个检测开关，排液球进到标准段；排液球触动第二个检测开关，则离开了标准段。超声波流量计进行测量的原理说明，其脉冲与真实的流速（或流量）会有固定的延时。然而管道中流体的扰动很复杂，会包括多次扰动的涡流及非轴向的速度成分。超声波流量计沿一或多个采样的声道，通过发射器与接收器的正反向的时差，可以检测、推导、计算出流体的流速。
4结语
（日照钢铁控股集团有限公司，山东 日照 276800）
【摘要】介绍了超声波流量计的工作原理、结构、选型原则及安装要求。
关键词 超声波流量计；结构；选型；安装
1超声波流量计的工作原理
超声波流量计利用超声波测量流量有许多种方法，其中典型的方法有时差法、声循环法、多普勒法。本文主要介绍时差法超声波流量计的工作原理，超声波在流体中的传播速度受到流体流速的影响，在流体顺流方向和逆流方向是不一样的，其传播时间差和流体的流速成正比。只要测出超声波在这两个方向上传播的时-间差，便可知流体的流速，再乘以管道截面积便可得流体的流量。具体计算公式如下：
超声波在顺流方向传播时间t1为：
由上可知这时只要测得t1和t2，便可求得流体流速，流体流量。
2超声波流量计的结构
超声波流量计主要由换能器和控制器（变送器）两部分构成。换能器有两种，一种是发射换能器，另一种是接收换能器。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，接收换能器接收到超声波信号，通过传输线送到控制器（变送器）。控制器（变送器）的作用是将接收到的超声波信号经电子线路放大并转换为与被测流体体积流量成正比的电信号，进行显示和累计计算，还可将信号进行远传进入DCS等控制系统。
3超声波流量计的选型
为确保流量计正常投运，仪表选型至关重要。超声波流量计根据换能器的安装方法不同可分为外夹式超声波流量计、插入式超声波流量计和标准管段式超声波流量计。超声波流量计的选型主要是根据计量要求选择适合的流量计。
（1）外夹式超声波流量计，优点：①外夹式超声波流量计的换能器安装在管道外面，不与被测流体直接接触，不存在换能器腐蚀、粘结等问题；②测量时，在管道内部无任何测量部件，没有压力损失，不改变流体的流动状态；③安装简单方便，管道不用切断，不用开孔，安装时不用停流；④可以便携使用，便于对有怀疑的其他流量计进行比对。不足：①对管道条件要求较高，应确定管道材质、管道外径、壁厚、衬里材质和厚度等；②测量精度相对低一些。
（2）插入式超声波流量计，优点：①安装时不用停流，使用专用安装工具在管道上开孔，换能器直接穿插在孔内；②与外夹式超声波流量计相比，测量精度较高，不受管道锈蚀、结垢等的影响。不足：①换能器直接与被测流体接触，易被腐蚀、结晶造成仪表测量不准确。
（3）标准管段式超声波流量计，把换能器固定安装在按照设计加工好的管段上，并且换能器直接与被测流体接触。这种流量计能够准确控制加工精度，同时可以精确测量管段的几何尺寸，而且两个换能器之间只有单一被测介质，所以测量准确度较高，但是，不足是安装麻烦，需要断流，割开管道安装，而且对于大口径管道定做价格较高，因此除非特殊要求一般不建议选用此种超声波流量计。
综上，超声波流量计在选型时必须综合考虑准确度、安装条件、现场环境等，选择适合的流量计。
4超声波流量计的安装
（1）测量点的选取：①测量点应尽量选择距离上游10倍直径、下游5倍直径以内均匀直管段，以确保流体所需的流速分布；②流量计尽可能水平或垂直安装，管内必须充满流体，当换能器安装在倾斜管道上时，不要装在上部和底部，以免管道内的气体或杂质进入测量声道，应尽可能使换能器处于和水平面成45度角的范围内；③对于外夹式超声波流量计，测量点管道内壁不能有过厚结垢层，尽量选择无结垢的管段且应具有良好的导声性能；
（2）换能器安装方式
①V法安装
适用于管径较小时，采用V法安装扩大了声程长度，增加了顺逆向声波传播时间；
②Z法安装
Z法安装方式一般适用于DN200以上管道，使用Z法安装时超声波在管道中直接传输，没有折射，信号衰耗小。
5超声波流量计的应用
近年来，由于电子技术的进步，超声波流量计发展很快，且日益完善，越来越显示出其优越性。各种超声波流量计已广泛应用于工业生产、商业计量和水利检测等方面，例如，在市政行业的原水、自来水、中水、污水的计量中，超声波流量计具有大量程比，无压损的特点，在保证测量准确度的同时提高了官网的输水效率；在工业冷却循环水的计量中，超声波流量计实现了在线不断流带压安装和在线标定。
6结束语
综上所述，超声波流量计作为流量测量仪表，有其独特的优点，在很多领域得到了越来越广泛的应用，特别是智能化超声波流量计，采用微处理器和程序控制，且带通讯接口、功能更强、编程方便，因而具有更强的生命力。但是不论其如何发展，如果设计选型及安装不当，不仅无法发挥其优越性，还会带来损失。因此，在实际应用中，超声波流量计的正确选型及安装是极为重要的两个环节，必须引起我们的重视。
参考文献
［1］高魁明.热工测量仪表[M].2版.冶金出版社,2006.
【关键词】超声波流量计;噪声;抗干扰
1.超声波流量计概述
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，目的是解决一些测量困难的问题。超声波流量计，集计算机和传感器技术于一身，将声学的研究成果与现代电子技术结合在一起，可以用于多种液体的测量。
2.噪声来源
在超声波流量计测量系统中，构成噪声源物质的类型很多。如：
（1）流量计安装环境中可能存在的较大的电场和磁场干扰;
（2）靠近水泵安装时的水泵带来的接近于超声波信号的噪音;
（3）操作人员随身携带的通信系统;
（4）电源中的高次谐波;
（5）电路板上高频晶体振荡器所带来的噪声干扰。对于从外界来的噪声干扰源，主要采用降低电路对噪声的敏感度、减少噪声拾取、切断噪声耦合路径的办法解决，而对于来自于系统内部，如电路板上的噪声源，则采取信号地、数字地分离、多点接地、合理布线的方法解决。
典型的噪声路径框图如图1所示。可以看出，一个噪声问题的产生必须具备三个要素，首先，必须有噪声源;其次，必须有对噪声敏感的接收器;第三，必须有一个将噪声从源头传送到接收器的耦合路径。因而要解决噪声问题就必须从这三个方面着手解决。
图1 噪声产生的三要素
3.改良措施
3.1 滤波
因为超声波信号的频率大致为1Mhz，由运放和电容等器件构成的有源滤波器的带宽较小，最大在几百千赫兹，在这个频率附近不易采用，而若采用专用集成的滤波电路造价又偏高，因此这里采用了简单易行的由电感和电容组成的LC 滤波器。
如图2所示，由L和C组成并联谐振，将谐振频率设在1.5MHz，由L1、C1 以及 L2、C2组成串联谐振，整个形成T型网路，实现了带通滤波。
图2 滤波电路
除了设计信号处理中的滤波电路外，对所有进出屏蔽盒的导线都实施了滤波措施。在导线穿透屏蔽体的地方，使用了馈通电容，并且在导线和电路端的地之间又连接了一个短引脚的云母电容。
3.2 屏蔽
在本次设计中采用了以铝为材料的壳体，对处于内部的仪器形成电场和磁场的保护层。众所周知，理想的屏蔽体应是一个封闭的、连续的导电壳体，没有开孔和接缝。然而实际使用中却因为要布线，很难达到真正的屏蔽。通过对屏蔽的不连续性对磁场感应电流影响的分析，这里没有采用矩形缝隙走线，而采用了在屏蔽盒多个面上开小孔的策略，并且使进出屏蔽体的导线的屏蔽层都360°连接到屏蔽盒上。这样做的好处是直接改善了系统对于电场和磁场的忍耐能力，增强了性能。
3.3 平衡电路
平衡电路是用于产生相同和相反信号的电路，将这些信号送入两个导线;电路的平衡特性越好，信号的散射就越小;它的噪声抑制特性也越好。
平衡电路抵消干扰信号的能力，是建立在信号波形和幅值严格对称，同、反相端电路增益严格一致的基础上的，理论上，理想的平衡放大器对感应噪声具有无穷大的抑制比，可以将干扰信号完全抵消，但在实际应用中，平衡电路由于增益误差等原因，抗干扰能力不可能达到理想值，甚至会产生一些新的失真和噪音。
但即使这样，相对于单端电路只能采用加强屏蔽和进行电源滤波来降低干扰来讲，平衡电路仍不失为一种主动式、积极有效的抗干扰措施，在恶劣电磁环境、长距离传输时优势非常明显。
4.结论
超声波流量计的设计和使用过程中，各种噪声对其测量精度有较大影响，本文通过采用滤波、屏蔽、平衡电路等方式对流量计电路进行了改良，产品已经在现场得到使用，取得了明显的效果。
参考文献
[1]张俊.基于DSP的超声波流量计[D].南京航空航天大学，2005.
[2]王茜.流量计的应用现状及发展趋势[J].科技信息（科学教研），2008（03）.
[3]姜彩明，江景涛.基于小波分析的信号噪声的处理[J].仪器仪表用户，2010（02）.
[4]杨萃.噪声环境下频率估计算法研究[D].华南理工大学，2010.
关键词：液体超声波流量计；标定方法；贸易交接；中海油的应用
中图分类号：
TB
文献标识码：A
文章编号：16723198（2013）21019102
1概述
近年来，随着液体超声波流量计计量与测量技术的不断发展，使得液体超声波流量计在流量计量与测量的领域有着广阔的应用前景，并且在很多应用工况中，逐步代替传统的容积式流量计和涡轮流量计，成为贸易交接和过程测量的新宠。美国Emerson公司的Daniel产品，德国Krohne，法国Faure Herman，美国Cameron等公司生产的多声道管段式液体超声波流量计已在国内外的成品油和原油的交接计量站中有多次成功的应用，例如，在中海油的渤中LVDA27-2作业区，中海油伊拉克米桑油田区块外输计量，中海油-新田石油合作平台LF7-2的外输计量撬中均已成功投用。从技术的角度出发，由于多声道管道式液体超声波流量计在大口径管道，大流量计计量中有着突出的优势，无附加压力损失，无可移动部件的构造及完善的自诊断功能，便利的在线维护性的优势都超过了传统的容积式流量计和涡轮流量计，并有着较其他液体流量计更宽的量程比，所以逐步成为应用于液体烃贸易交接的计量仪表。
2液体超声波流量计工作原理及检定难点
液体超声波流量计的测量原理是根据时差法，即当超声波在介质中传播时，会带上流体的信息，即使往返的声波信号的传播时间产生微小的变化，时间的变化正比于流速。多声道液体超声波流量计是通过测量不同声道上的传播时间差来时间测量与计算的。
根据API 5.8章节中可知，超声波流量计不同于传统的容积式流量计和涡轮流量计，其是靠电子芯片间接测量而对外发出计算脉冲的，此即为人工“制造”出与流量相关的脉冲（频率），由于流量脉冲和串行信号是通过计算获得，因此输出信号会落后于流体的特性，而且经过数据转换的处理，脉冲信号很可能落后于串行数据的信号。
超声波流量计在其内部几条声道上进行高频率的时间差测量，由于流体流动存在的不稳定性，任何微小的流量扰动和脉动都会被流量计所检测到，从而导致流量计产生不均匀的脉冲输出（如图1），而这些信息是其他传统的机械性流量计而反应不出来的。
而活塞式体积管由于最大尺寸的容积仍远小于API的容积推荐值，另外还有活塞式体积管在运行过程中的发射和回收可以引起流量的明显扰动，因此活塞式体积管不能直接用于标定液体超声波流量计。
综上所述，由于超声波流量计本身的原理及特点存在不均匀的脉冲输出，所以导致标定的体积管容积值巨大，大型的体积管在制造，使用，运输安装方面存在很多不便之处，尤其是海洋石油受平台及油轮上空间及重量的局限性，都严重制约着超声波流量计在中海油的发展及应用。
3液体超声波流量计的检定
由上所述，根据API标准可用球形体积管根据规范推荐的容积来选择直接标定液体超声波流量计。但是由于海上条件的限制，不是每个项目及应用都有足够的空间来满足球形体积管，所以要在中海油的业务中寻求更新和发展，必须要有办法来解决这个问题。
目前国际上的应用证明等精度传递理论即“活塞式体积管+标准流量计法”可以解决超声波流量计需要体积管容积大的问题，标准流量计考虑到量程范围，推荐用涡轮流量计。
在流量计量领域中有等精度传递理论，及流量量值传递时只需要满足计量学相关性基本原则，流量计在使用时和检定时流量点相同，介质相同和使用介质的物理特性相同，流量计检定和使用时几何特性相同，流量计在检定和使用过程中的操作过程相同，那么流量基准所复现的流量单位制将会等同精度传递给工作流量计。
“小容积体积管+标准流量计法”的检定方法为：
（1）先利用活塞体积管检定作为中间传递的标准流量计，在规定的流量点下，逐点进行多次重复测量（测量次数不少于5次），再进行温度，压力修正后，计算出标准表在每个检定点下的平均仪表系数和对应的重复性。标准流量计检定得到的重复性已优于0.02%为宜。
（2）在相同的检定流量计和检定条件下，在规定的时间段和规定的标准表脉冲数（通常大于10000个）内同时记录标准表流量计和超声波流量计的脉冲数以及当时各处的温度，压力数据，此时体积管停止运行。
（3）通过标准表的脉冲数及仪表系数及当时的温度，压力，计算出流过标准表的流体体积。
（4）通过标准表的流体体积及超声波流量计处的温度，压力可以得出超声波流量计在每一个检定点下的平均仪表系数和对应的重复性。
目前“小容积体积管+标准流量计法”是液体超声波流量计的主要检定方法，国外主要的技术机构都采用本方法，并且主流的流量计算机，例如S600+，OMNI等都在控制程序中都支持该检定方法。
小容积体积管+标准流量计的检定方法符合JJG1030-2007超声波流量计检定规程中关于现场在线检定的技术要求，可以对使用中的超声波流量计的进行检定和检验。
4液体超声波流量计在中海油贸易交接的应用
中海石油旅大32-2/27-2油田项目中第一次应用液体超声波流量计作为贸易交接的应用。该油田在其旅大32-2PSP平台上配备了两套美国艾默生公司Daniel液体超声波流量计，采用一台18in活塞式体积管（容积值约120L）及一台涡轮流量计为标准表。应用本文提出的方法进行标定后得到新的流量计系数。外输作业结束后，通过对比流量计及油罐的数据得到较好的一致性，两者之间偏差小于0.02%。目前该项目已经投用两年多，得到客户的肯定和好评。
随后中海油伊拉克项目采用了三套DN150的液体超声波流量计，同样配用18in活塞式体积管及一台涡轮流量计为标准表，目前已经为中海油与伊拉克油田方提供贸易计量的服务。
此外，液体超声波流量计+球形体积管方式应用于中海石油-新田石油合作平台LF7-2原油的外输计量中。
对于中海油近五年来首个FPSO，恩平油田群24-2船，已经确认为液体超声波流量计（三用一备DN250）+球形体积管（30寸双相球形体积管）的外输计量方案。2014年将投产使用。
5结论
作为贸易计量仪表，准确性，重复性是流量计的重要参数指标，为了保证液体超声波流量计的这些指标，就应该遵守计量法规的可行的在线检定技术和方法。贸易计量仪表的标定是流量量值传递及溯源连中最重要的环节，国家计量检定方法对流量计的发展及应用有着重大的意义和推进作用。超声波流量计计量液态烃发展较晚，相对其他传统的流量计而言，国际上相应的标准也较少。美国石油协会API于2002年10月制定的采用时差法超声波流量计测量液态烃的技术标准草案，2005年1月转为正式标准API MPMS 5.8：2005《用时差法超声波流量计计量液态烃》.我国没有液体超声波流量计计量液态烃的专项规范标准，仅在2007年了用于检定超声波流量计的检定规程《JJG1030-2007超声波流量计的检定规程》，该规程是一个通用的标准，尤侧重于气体超声波流量计的检定，对计量液体超声波流量计的标定的特殊性没有涉及。
随着技术的更新发展和计量规范的完善，管段式液体超声波流量计将会在中海油的测量和计量中扮演着更重要的角色。其量程比及压损的优势，完善的电子诊断功能及低成本的维护，将为中海油低碳绿色业务的拓展提供更大的支持。
关键词：天然气；贸易计量；超声波流量计；计量系统；准确度
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.228
0 前言
天然气作为一种优质能源和化工原料其计量越来越被人们重视。由于天然气的可膨胀性、可压缩性等特性，造成天然气要比液体计量困难得多。气体超声流量计没有如节流装置几何形状及尺寸变化影响仪表特性的问题，其声道长度，声道角及管道横截面面积是恒定的参数；也没有引压管线之类易引起故障的部件，能够根据现场条件确定仪表系数并为此长期稳定。天然气流量计量系统，具有高精度、无压损、低能耗、结实耐用、维护少的特点。
1 超声波流量计的结构及原理
1.1 流量计结构
DANIEL3400系列气体超声流量计结构主要分三部分：流量计本体、超声换能器、Mark II 电子数据处理单元。
1.2 四声道超声波流量计工作原理（如图1）
2 超声波流量计的特点及在计量系统中的应用
普光净化厂产品气贸易计量精心选择了各种设备组成计量系统，整体计量精度优于0.70%。计量系统中包括Daniel高级超声波流量计、 Daniel S600流量计算机、在线色谱分析仪。
2.1 daniel 超声波流量计
Daniel 超声波流量计是时间直通式超声波流量计，声波由一个探头发射另一个探头接受，不经管壁反射，声波由上游向下游传输的时间（由于声波被气流推动）小于声波由下游向上游传输的时间（声波被气流方向阻拦），这两个时间之差与气流的速度存在某种对应关系。从上下游测得的传输时间可以计算出气流的平均速度和声波的速度。
2.2 daniel s600 流量计算机
Daniel s600流量计算机适合于石油天然气贸易交接计量和标定的各种应用。可作为多流路计量的一个部分或独立运行。单台流量计算机可以计量多路油气，最多可达到 6 路计量。带有键盘和LCD显示，方便数据记录和显示。有多方向快捷件，可以方便搜寻显示条目。带有4级密码管理，可以分级管理操作人员和信息内容。它可计算瞬间流量和总流量并通过打印口打印报告，打印口可组态。S600系列流量计算机不间断进行诊断自检。一旦发现问题，会触发报警提醒操作员采取措施所有报警信息都会被记录或打印。CPU板带有两个 RS232口和三个 RS422口连接其它设备。通讯口可以用于与上位机系统， SCADA或其它设备通讯。另外带有一个10BaseT（Twisted Pair）以太网界面用于网络连接。S系列流量计算机的组态可以使用标准格式，也可以按照客户要求使用组态软件定制。
2.3 色谱分析仪
色谱分析仪系统由样品预处理系统、色谱分析仪组成。样品由采样点取出，经样品管线传输至样品预处理进行样品处理，经过样品过滤器进入色谱分析仪进行样品分析，分析的结果以Modbus通信送入DCS系统和天然气计量系统。
3 效益及结论
普光净化厂使用气体超声波流量计作为产品气贸易计量流量计大大降低了计量装置故障的发生概率，延长了计量设备的寿命，避免了一些不必要的计量纠纷，提升了企业的声誉，树立了良好的形象。
参照有关计量技术部门的数据，因计量准确度偏离造成的经济损失：以年输气1亿立方米为例：温度偏差1摄氏度---计量0.34%偏差；压力偏差1kPa---计量0.1%偏差；由色谱仪造成的组分计量偏差―0.1%。总误差造成的损失约30～50万立方米气。由此可见，有效地提高计量准确度，确保计量偏差控制在最低水平，对于我们年外输气120亿立方米的企业来说，每年直接或间接的经济效益影响大约3000万元。
气体超声波流量计有非常多的优点，同时也存在着一些局限性。如：对气体流态和管道噪声有要求。在大流量贸易计量中，如何最大的发挥气体超声波流量计的效能，解决和避免影响其测量准确度的因素。为我们在日常使用中带来了新的研究课题，是我们的研究方向。
参考文献：
[1]孙淮清.气体超声流量计与孔板流量计在天然气工业中应用的比较[J].重庆工业自动化仪表研究所，石油工业技术监督，1998，14（06）.
[2]中国石油西南油气田分公司.超声流量计的现场应用与研究技术报告[J].2001（03）.
[3]黄和，文代龙，陈汝培，游明定.浅谈我国天然气计量与国际接轨[J].2001（04）.
[4]GB/T18604-2001《用气体超声波流量计测量天然气流量》.
关键字：时差超声波流量计应用维护
中图分类号:TQ011 文献标识码：A
1、引言
根据化工生产中被测介质来合理的选择测量仪表，对于生产的自动化进行和为控制提供连续稳定的测量数据起到关键性的作用。
2、时差超声波流量计测量原理
时差超声波流量计，是利用超声波在横向穿过流动的液体时，在其顺流和逆流介质中，其超声波的速度有差异而形成速度差（时间差）。时差法超声波流量计就是利用该原理对流体的流速和流量进行测量的。具体方法如下：在固定长度L的距离内，分别放置一个发射超声波的换能器（俗称超声波探头）和一个接收超声波的换能器。发射超声波的换能器通常采用石英等材料制成的压电元件作为换能器。发射超声波时是利用负压电效应，即利用高频电脉冲的作用，使压电晶体高频振动，从而发出脉冲变化的高频压力波（即超声波）。接收换能器装在管道对面，它则利用正压电效应，将高频压力波又转换成高频的电脉冲信号。可以轮流交替地利用同一个换能器及发射高频、短时的脉冲压力波，又用来接收对面换能器发来的脉冲压力波。可以用一组换能器兼做超声波的收、发用。（如图1所示），则对于顺流和逆流有：
图1时差式测量原理图
逆流传播时间t1=L/(C-Vcosθ)，
顺流传播时间t2=L/(C+Vcosθ)
传播的时间差值为：T=t1-t2=L/(C-Vcosθ)-L/(C+Vcosθ)
由于液体流速V在每秒数米以下，而流体中声速C约15OOm/s，C2››V2，
所以：T=2VLcosθ/C2
即：V=C2T/（2Lcosθ） (1)
式中：
C为静止流体中的声速，m/s；
V为流体速度；
L为探头之间的距离，m；
θ为速度矢量和探头取向间所形成的角度。
从式(1)可以看出，从发生器发的超声波传到接收器的速度变化与管路内的流体流速成正比。拒此把管道参数置入仪器，采集数据经变换器变换即得到瞬时流量，并得累计流量。
瞬时流量为：
Q=450πLC2Tsinθtanθ（m3/h）
3、超声波流量计的特点
探头可装在被测管道的外壁，实现非接触式测量，即不干扰流场，又不受流场参数影响。其输出与流量基本成线性关系，精度一般可达1%，价格不随管道直径的增大而增加，特别适合大口径管道和混有杂质或腐蚀性液体的测量和技术改造。
4、在化工生产中的应用
工艺的排渣系统测渣水流量原设计选用的是电磁流量计，在实际生产中，渣水里含有白色结晶体（小于10g/L，粒径小于1mm），它将电磁流量计的电极打坏了，这种情况下电磁流量计在此无法使用。根据超声波流量计的特点，我公司改用北京衡安特XA98-VIII系列时差超声波流量计。
XA98-VIII型时差超声流量计是利用超声波脉冲在通过流体的顺逆两方向上传播速度之差，来求流体的流量，是在吸收了国内外超声流量计的众多优点之上成功开发的新型超声测流仪表。仪表采用贴片集成电路，低电压多脉冲发射技术。性能特点：管外测量，探头贴装在管壁外侧，可在不停产、不停水的情况下安装测量。抗液体中的气泡或固体颗粒的能力大大提高。抗变频干扰与其它噪声干扰的能力也大大提高。XA98-VIII采用了低功耗设计，使整机功耗小于0.5W。适用范围宽：一台仪表可以测量适用范围内的任何一条管路。信号智能跟踪 独特的信号智能跟踪处理技术，使超声流量计安装十分方便，保证了仪表长期可靠的稳定运行。零点自动调整：XA98-VIII型时差超声流量计利用计算机技术对零点进行动态调整，以确保测量准确度。安装快捷方便XA98-VIII型时差超声流量计具有二组参数显示探头的安装状态，便于仪表的快捷安装。参数自动修正：XA98-VIII型时差超声流量计具有温度和雷诺数自动补偿功能，保证仪表测量精度。远距离数据传输：XA98-VIII型时差超声流量计具有远程数据显示输出（串行），可选配远程数据显示器，和主机同步显示流量和累计流量。传输最大距离1.2Km 。仪表配有二路温度信号输入，具有热量计功能。
5、安装
要使超声波流量计正常稳定的工作，就要合理的安装换能器，通常换能器安装不合理是超声波流量计不能正常工作的主要原因。安装换能器需要考虑位置的确定和方式的选择两个问题。确定位置时除保证足够的上、下游直管段外，尤其要注意换能器尽量避开有变频调速器、电焊机等污染电源的场合。在安装方式上，主要有对贴安装方式和V方Z方式三种。通常情况下，管径小于300mm时，采用V方式安装，管径大于200mm时，采用Z方式安装。对于即可以用V方式安装又可以Z方式安装的换能器，尽量选用Z方式。实践表明，Z方式安装的换能器超声波信号强度高，测量的稳定性也好。
6、定期维护
与其他流量仪表相比，超声波流量计的维护量是比较小的。对于外贴换能器超声波流量计，安装以后无水压损失，无潜在漏水，只需定期检查换能器是否松动，与管道之间的粘合剂是否良好即可；插入式超声波流量计，要定期清理探头上沉积的杂质、水垢等有无漏水现象；如果是一体式超声波流量计，要检查流量计与管道之间的法兰连接是否良好，并考虑现场温度和湿度对其电子部件的影响等。我们选用的是外贴换能器超声波流量计，定期维护工作量相对要小。
7、结束语
更换后的超声波流量计在渣水流量测量中发挥了它的作用，很好的解决了之前存在的问题。
参考文献：
关键词：超声波流量计；特点；安装；故障
引言
超声波流量计是一种可以利用非接触的方法来测量流体流量的仪表。它既可以测量其他仪表不能检测的非导电介质、放射性、易爆和强腐蚀介质的流量，也可以用于不易观察和直接接触的介质流量的测量。它的测量准确度较高，可以不受被测介质的各种参数的干扰，尤其可以解决测量大管径的液体流量问题。因此超声波流量计被广泛应用于环保、油田、水务公司、冶金、发电等行业，而熟悉和掌握超声波流量计的安装及常见故障问题处理是解决流量测量准确这一问题的关键所在。
1 超声波流量计的测量原理
超声波流量计是通过测量流体流动对超声波产生的信号影响来对流体流量进行测量，其测量原理是利用“时差法”来测量的。
而时差法的测量原理为：一个超声波探头发射声波信号穿过流体介质、管壁到另一侧的管壁后，被管壁的另一忍酵方邮盏叫藕牛与此同时，第二个探头也发射声波信号被前一个探头接收到，由于受到流体介质间流速的影响，两者之间存在一定的时间差Δt，根据公式推算出时间差Δt和流速V之间的转换关系V=（C2/2L）×Δt，进而可以得到相关的管道内的流量值Q。
2 超声波流量计的特点
2.1 使用面广
在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量。超声波流量计也可用于气体流量测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到河流都可适用。多普勒法超声波流量计可测量双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。
2.2 价格适中
因各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，流量仪表成本基本上与被测管道口径大小无关。从而比起其他类型的流量计，超声波流量计随着口径增大造价大幅度减少，所以，口径越大，优点越显著。另外一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，从而抬高成本和造价，而超声波流量计在成本和造价方面均可避免。
2.3 维修和安装方便
安装时不需要阀门，法兰、旁通管路等，无论是安装还是维修，都不需要切断流体，不会影响管道内流体的正常流通。因此，维修和安装方便。
2.4 解决测量各种介质流量的难题
超声波流量测量的准确度几乎不受被测流体温度、密度、压力和粘度等参数的影响。由于超声波流量计是非接触式流量仪表，所以，除了用于测量水、石油等一般介质外，还能对非导电介质、放射性、易爆和强腐蚀介质进行流量测量。
3 超声波流量计探头的分类及主要安装方法
3.1 超声波流量计探头的种类
常用的超声波流量计探头按安装方式有如下三种：
（1）管段式探头，安装时需要切开选定的直管段，采用法兰连接。产品已经过生产厂家标定，好处是探头可以在使用企业不用停产的情况下进行维修，其特点是测量的准确度高。（2）插入式探头，安装时需用钻孔工具在使用企业不停产状态下将探头插入管线中。特点是能在水中带气体或水管内壁结垢情况下实现准确可靠的测量。（3）外夹式探头，安装时需将管外壁的预安装位置用打磨工具打磨光滑后用耦合剂将探头贴于管外壁再用专用夹紧装置固定。此类方法能方便地在管壁外进行水流量测量，也适合便携式流量计。不好的地方是易造成耦合剂的处理不当引起信号接收状态异常而影响测量的准确性和可靠性。
3.2 超声波流量计探头的安装方法
超声波流量计传感器的安装方法直接关系到水流量测量的运行可靠性、可信度和准确性。
超声波流量计探头的安装位置一般选择两个探头管轴在与管轴水平面成45度夹角处或管道的管轴水平方向上。
超声波流量计探头的安装方法有Z、V、N、W方法。其中N、W方法适用于管径为50mm以下的管道，因性价比和使用难度原因而被很少用到。常用方法主要有两种：（1）“Z”方法安装，“Z”方法安装一般适用于水介质较差不洁净、输水管道管径较大、管道内壁有水垢或使用“V”方法安装信号失真较严重的情况。一般“Z”方法安装的可测管径范围通常在100mm～600mm，300mm以上管径的管道选用“Z”方法安装较适合。安装探头时须注意管道轴线与上下游两探头在同一平面内，且上游探头在高位，下游探头在低位。（2）“V”方法安装，“V”方法安装是标准的安装方法，可测量外管径范围为25mm～400mm。安装探头时须注意上下游两探头水平方向对齐，使其管道轴线与中心连线水平一致。
3.3 超声波流量计探头安装的后续检查
（1）通过流量计表头核查上下游端探头的信号质量和信号强度是否满足要求，判断探头能否接收到流量计表头工作所需的超声波信号。（2）主要检查安装位置与探头需要的间距是否合适。（3）与管道外壁结合面的接触是否光滑，结合是否紧密。
4 超声波流量计使用中的常见故障与处理方法
4.1 故障表现：外夹式超声波流量计探头的信号过低
（1）故障分析：输水的管道结垢较厚、管道外径过大超过允许范围、管道中介质不满管或探头选用的安装方法不合适。（2）处理方法：管道结垢较厚可选用插入式的探头安装，对于外管径过大和管道中介质不满管可以重新选择探头的安装方法。
4.2 故障表现：流量计仪表在安装现场的强磁场干扰下无法正常使用
（1）故障分析：有可能是探头周围有强磁场干扰、有大功率变频器、接地线的安装不合适或流量计的供电电源波动较大。（2）处理方法：将流量仪表安装在远离强磁场和大功率变频器的场地，将流量计表头正确方法接地，给流量计换装稳定的电源供电。
4.3 故障表现：流量计的瞬时流量数据波动较大
（1）故障分析：可能由于探头的安装位置和管道内气体的影响使信号强度波动较大，从而使流量数据波动较大。（2）处理方法：首先重新调整探头的角度和位置，使管道轴线与上下游两探头在同一平面内，其次保证探头的安装间距准确无误。如管道内有气体影响管道内本身流体波动大，也可以重新选择探头的安装位置，但是要确保探头安装前10D后5D的安装要求。
4.4 故障表现：插入式探头在使用一段时间后出现主机信号降低现象
（1）故障分析：可能管道内或者探头表面产生水垢、探头安装位置改变或者发生偏移、探头长时间日晒导致信号衰减。（2）处理方法：重新安装和调整流量计探头的位置，清洁探头和管壁上的水垢，若探头信号已经衰减可重新更换新的探头。
4.5 故障表现：流量计在开机的情况下无法显示数据
（1）故障分析：流量计表头的保险丝已经烧断或者使用方提供的电源与流量仪表所需要的额定值不符。（2）处理方法：在仪表上检查保险丝是否已经烧断，并检查使用方提供的电源参数是否与流量仪表所规定的额定值相符合。
4.6 故障表现：流量仪表开机后只有背光显示却无任何数据显示
（1）故障分析：此类情况一般为流量仪表本身的内部程序芯片异常所致。（2）处理方法：联系流量计生产厂家现场检查故障并处理，如无法现场修理则需寄回厂家检查并维修。
参考文献
[关键词]超声波；流量计；故障；分析；对策
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0146-01
超声流量计是通过检测流体流动时对超声束的作用，以测量体积流量的仪表。超声波流量仪的传感器是将传感器直接捆绑在被测管道的外表面，从而实现流量测量的一种安装方式，解决了其它原理的流量仪在安装时必须断管、停产的难题，是超声波流量仪的基本安装方式，具有与管径无关、安装简单、无需停产、无压力损失等特点。超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法，其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流量。它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点，测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值，从而计算流体流动的速度和流量。
1.超声波流量计优缺点
1.1 超声波流量计优点
（1）节约能源。改仪表可以夹装在测量管道的外表，不接触流体，所以不干扰流场，没有压力损失，因此是一种比较理想的节能仪表。特别是大流量计量时，节能效益更加显著。（2）特别适合大口径的流量测量。其它流量计随着口径的增加，造价更大幅度增加，而超声波流量计的造价基本上与被测管道的口径无关。所以，口径越大，优点越显著。（3）解决流量测量的难题。由于超声波流量计是非接触式仪表，所以，除了用于测量水、石油等一般介质外，还能对强腐蚀介质、非导电介质，易爆和放射性介质进行流量测量，而且不受流体的压力、温度、粘度密度的影响。（4）安装维修方便，无论是安装还是维修，都不需要切断流体，不会影响管道内流体的正常流通。安装时不需要阀门，法兰、旁通管路等，因此，安装方便，费用低。（5）通用性好。其它流量计的仪表结构与管道口径的大小是密切相关的，口径改变时，就需要换用不同尺寸的仪表。对超声波流量计来说，无论是管道尺寸的改变，还是流量测量范围的变化，都有较大的适应能力。
1.2 超声波流量计缺点
超声波流量计是基于集成电路、单片机和自动控制技术的高集成、多功能仪表，先进的控制理论和成熟的电路设计为流量计多种功能的实现奠定了基础，如果要提高流量的测量精度，必须进一步完善测量线路的设计，提高对声速的测量。超声波流量计高度集成的电路设计势必会提高设计制造的成本与难度，而一旦发生故障，维修难度也相应增加。另外，受超声波换能器及传感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原始数据不全因素的影响，目前还难以将超声波流量计应用在高温介质的流量测量上。
2.常见故障分析
2.1 瞬时流量异常
瞬时流量异常可能是由于温变压变、通讯电缆、浪涌保护器、流量计算机等故障引起，需要仔细检查确认。通过与其它流量计的温变、压变上传通讯线对换，判断是流量计算机的问题或是现场线路、仪表的问题。以下以A、B超声波流量计举例说明，A正常，B异常。
1）仪表及线路故障判断
把A和B的温变、压变通讯线对换后，B的显示正常，A显示异常，可判断A的温变、压力通讯线路或仪表存在问题。温变和压变都支持HART通讯协议，通过以下方法判断：断开二次仪表的电源，用FLUK供电，并检查二次仪表，如检测不到或数据异常，判断是仪表故障，更换仪表恢复正常生产。
如果能够检测到仪表值并且显示正常，那么恢复向现场仪表的24V供电，逐段检测到流量计算机的通讯电缆如在某段检测不到信号或信号异常，可以判断是该段电缆破损，更换该段电缆恢复正常通讯。如果在经过浪涌保护器后信号异常，可判断是浪涌保护器故障，更换浪涌保护器恢复数据正常传递。
2）流量计算机Hart板故障
把A和B的温变、压变通讯线对换后，A显示正常，B显示异常，说明B的流量计算机故障。检查流量计算机Hart板LED指示灯状态，正常情况下是绿色闪烁，如果显示红色常亮或不亮等其它状态，说明温变和压变对应的Hart板通道损坏。解决办法有两个，一是直接更换Hart板，不用刷新组态；二是更改刷新组态，请技术工程师更改组态，更改温变和压变对应Hart板的通道。一般在夏季雷雨天气下容易出现流量计算机被雷击损坏的情况，特别是Hart板，更容易损坏，需要格外留意。
2.2 无瞬时流量
1）CPU板故障
CPU板LED指示灯不亮或显示红色。检查方法：笔记本电脑首先安装相关组态软件并激活，用网线连接，把笔记本电脑的IP地址更改，建立通讯局域网，下载组态备用。更换使用备用CPU板，把组态刷到备用CPU板中，冷启动，检查指示灯状态。
2）流量计故障
CPU板LED指示灯不亮或显示红色，表示流量计与流量计算机之间的通讯异常，需要检查流量计的超声换能器和信号放大单元。检查方法：笔记本电脑安装相关软件，通过数据线与流量计的端口相连，通过软件检查在带压下四个声道是否有报警，如果是表示所有超声换能信号全部没有上传上来，需要拆卸下表头，紧固信号放大器，如果信号还传递不上去，表示信号放大器损坏，需要更换新的。
如果检查发现声道报警、信噪比异常、声道增益信号异常，可能是声道换能器损坏或信号放大器损坏，可以通过交叉接线的方法判断。超声波流量计的4对声道分别是A、B、C、D，如果C声道正常，D声道异常，把C1与D1、C2与D2分别对换，如果C声道异常，D声道正常，表示超声换能器损坏，可以拆卸、清洗信号放大器，如果仍然异常，则需要更换同型号的超声换能器；如果C声道正常，D声道异常，表示信号放大器损坏，需要更换同型号的信号放大器。
3.结论与认识
流量仪表大都需要适合的测量介质和工况条件为依托方可发挥正确作用，只有优势而没有缺点的流量仪表现今是不存在的，合理的选择仪表对于现场工程师和管理者是至关重要的。在工业装置中要正确和有效地选择，使用流量测量方法和仪表，必须熟悉流量仪表和生产过程流体特性这两方面的技术，同时还应考虑经济因素。
基于不同原理，适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现，其测量准确的优点，也使其成为化工行业测量流速的首选工具。由于超声波流量计具有抗干扰能力强、测量精度高、无压损、量程比宽、维护量小等特点，近几年，得到了大力的应用。在实际生产中，超声波流量计会出现各种各样的问题，需要我们做到以下几个方面：一是结合实际情况，建立合理的维护保养制度，半年对超声换能器进行检查，半年使用软件检查；二是储备适量的备件和组态，在出现问题时能够及时更换更新；三是技术人员需要不断加强学习，提高自身的技能水平和解决问题的能力。只有这样，才能最大限度的减少因超声波流量计故障造成的影响，降低企业运营成本。
参考文献
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