超声波流量计范文

时间:2023-03-09 15:42:35

超声波流量计

超声波流量计范文第1篇

关键词:超声波;流量计;输气站场;精确度

1.输气站场流量测量的现状分析

1.1流量测量的复杂性

与液体流量计量不同,由于气体的可压缩性,压缩因子的确定较为复杂,导致气体流量计量存在一定的复杂性;在计量过程中,对流经计量装置处气体的流态要求也比较高,在理想情况下,要求气体流经计量装置时,气体流动方向保持与管道平行,气体沿径向均匀分布等,不能存在旋流或涡流等异常流态,但在实际中要达到绝对的理想状态几乎不可能。由于上述原因,造成输气站场流量测量工作复杂,在测量过程中,一方面要求测量结果具有一定的精确度,另一方面,又要求能够满足的经济性的要求。

1.2目前输气站场所用流量计的种类和存在的问题

目前,长输管道工艺站场的天然气计量装置主要有两种形式,一是超声波流量计量装置,其主要由现场超声波流量计、压力变送器、温度变送器、直管段、整流器和流量计算机等组成;二是涡轮计量装置,主要由现场涡轮流量计、压力变送器、温度变送器、直管段和流量计算机等组成。

2.输气站场超声波流量计的种类、工作原理及影响精确度的因素

2.1超声波流量计的种类及工作原理

按照流量计的声道数划分,超声波流量计可分为单声道流量计和多声道流量计两种。为了保证计量精度,目前输气站场广泛采用的是四声道超声波流量计。按照超声波发生和接收过程划分,超声波流量计还可分为对射式和反射式两种。例如,丹尼尔流量计多为对射式流量计,而阿尔斯特流量计一般为反射式流量计。

超声波流量计工作的基本原理是,超声波在天然气中,沿气体顺流方向和逆流方向的传播速度不同,通过测量两个方向传播的时间差,来计算出天然气在管道中的流速,从而得出天然气的瞬时流量。

2.2影响超声波流量计精确度的主要因素

从理论上讲,影响超声波流量计量系统精确度的因素很多,直管段长度,温压变送器的安装位置及精度,流量计本体内加工精度,换能器性能及声道数等都与计量精度密切相关。

换能器(探头)性能的好坏和声道数是影响流量计准确度的重要因素。从理论上讲,通过单声道超声波的发射和接收,就可计算出气体流量,但实际天然气在管道内的流动往往是不均匀分布的,这样,只有通过多声道流量计在不同截面的发射和接收,才能消除这种不均匀性,从而提高计量精度。

3.输气站场超声波流量计的应用建议

3.1做好流量计的设备选型工作

输气站场环境复杂,在选用超声波流量计时,应重点关注一下几个方面。

一是要尽量选用多声道流量计。目前天然气输气站场用于贸易计量的流量计一般为四声道超声流量计,只有声道数在四个以上时,才能满足计量所需精度,减少与下游用户的计量纠纷。

二是在流量计量程选择上,要兼顾设备投用初期和远期用气量;兼顾日峰谷、年峰谷用气量。由于超声波流量计的量程比比较宽,在用户流量范围波动不是很大的情况下,根据计量管段压力等级,通过合理的选择流量计口径,一般都能做到对上述不同流量值的兼顾。

3.2做好流量计量装置的现场安装和初始化配置工作

流量计现场安装是否符合要求,对流量计量的准确性影响很大。首先,在直管段的安装上,不能仅限于满足设备厂商的技术要求,更重要的是要满足行业的相关标准。设备厂家的技术要求是在理想状态下提出的,而输气站场具有复杂多样性,各种配套设备的安装状况、运行时的不同工况等都可能给准确计量带来影响。建议超声波流量计上下游直管段应满足前30D、后40D,且上游安装整流器的要求。另外,压力、温度取样点的选择也很重要,一般压力的取样点应选择在流量计本体上,以便能准确测量流过流量计的天然气压力;温度的取样点一般选择在流量计下游直管段5D左右处,这样即能以减少温度套管对气体流态的影响,又能相对准确地反映实际气体的温度。

3.3做好流量计的日常维护工作

虽然,超声流量计的日常维护工作量并不大,但也要重点做好以下几点工作,一是要定期对探头进行清理,污损的探头对超声波的发射和接收会造成影响,从而影响计量精度;二是要定期对流量计进行声速核查,通过软件检查各探头的工作情况,使流量计始终处于最佳工作状态,确保计量准确。

3.4建立流量计远程维护系统,延长流量计检定周期,从而减少设备维护工作量

天然气长输管道具有距离长、社会依托差、远离城市的特点,这就给系统维护带来一定难度。为此,建立一套远程维护系统是非常必要的。超声波流量计远程维护是以局域网和广域网(或互连网)为基础的一套远程维护系统。在该系统中,输气站场需将流量计、流量计算机等设备组成局域网,并向上通过交换机、路由器等设备与广域网(或互联网)连接,这样,在远端就可通过网络访问到当地的流量计或流量计算机,对其进行检查、维护或修改配置等。按照国家相关规定,具备远程维护能力的流量计,其检定周期可以适当延长,从原来的两年一检延长到六年一检,这样就可大大减少设备维护工作量。

4.结束语

综上所述,文章通过研究,基本明确了超声波流量计在输气站场的应用方法,但鉴于输气站场环境的复杂性和多变性,因此以上方法在实际工作中的应用,仍然需要结合输气站场本身的计量条件和现状,予以进一步弥补和完善,以提高超声波流量计应用的实效性,为输气站场提供更为专业的计量技术。

参考文献

[1]刘军芳.气体超声波流量计诊断功能的实践应用[J].中国科技博览,2014,(5):325.

[2]张建荣,乌云毕力格,郭超.超声波流量计的原理与校准使用[J].内蒙古科技与经济,2013,(23):64-65.

[3]谭德强.气体超声波流量计的应用与研究[J].仪器仪表标准化与计量,2013,(4):34-35.

超声波流量计范文第2篇

关键词:超声波流量计 应用 管理

随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展,利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快。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。

1.超声波流量计的测量原理

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。设流体中声速为c,流体流动速度为v,把一组换能器P1、P2与管渠轴线安装成?兹角,换能器的距离为L。从P1到P2顺流发射时,声波传播时间t1为:t1=L/(c+vcos?兹)从P2到P1逆流发射时,声波的传播时间t2为:t2=L/(c+vcos?兹)

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,吸收器吸收到的超声波信号,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。传感器具有:方便安装的外缚式、可靠工作的插入式、高可靠高精度的标准管段式、超高精度的标准型?仔管段式。超声波流量计的重要特点是:流体中不插入任何元件,对流速无影响,也没有压力丧失;能用于任何液体,特别是具有高黏度、强腐化,非导电性等性能的液体的流量测量。

2.超声波流量计的现场应用情况

在相距为L的两处放置两组超声波产生器和吸收器(T1,R1)和(T2,R2)。当T1顺方向,T2逆方向发射超声波时,超声波分辨达到吸收器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,因此两者的时间差为t=t2-t1=2Lu/cc由此可知,当声波在流体中的流传速度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。

3.超声波流量计的现场管理

3.1是传播时间法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,外夹装换能器不能用于衬里或结垢太厚的管道。一般均安装于水平、倾斜或垂直管道,垂直管道最好选择自下而上流动的场所,以防止测量点出现非满管流。

3.2是流体运行流速不能过低,过低的流速会使离散体分布不均匀。若测量管水平安装,气体会浮升在顶部流动,颗粒会沉淀于底部。最低流速通常为0.1-0.6m/s。

3.3是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,流量传感器上的传感器尽可能在与水平直径成45度的范围内,在测量液体时换能器声波表面易受气体或颗粒影响,测量液体时必须充满液体,最高温度为150℃,环境的相对湿度≤90RH。

4.结论

超声波流量计范文第3篇

关键词:超声波;流量计;应用;研究

中图分类号:U467.4+6文献标识码:A 文章编号:

1 超声波流量计的原理

超声波流量计的测量原理主要分为两种类型,一种是利用超声波在穿过介质的过程中,介质的微粒会将对超声波产生一定的反射作用,从而产生多普勒效应。这种利用超声波通过介质后产生的多普勒效应检测流量的流量计被称为多普勒流量计或超声波流量计。测量的另一种方法是利用超声波在穿过介质后,介质对超声波传播速度所产生的影响来测量流量,此类流量计被称为声波时差流量计。在多普勒流量计工作的过程中,超声波发生装置产生的超声波被发射到管道当中,管道中的介质可以反射超声波,通过收集这些粒子的多普勒频率就可以测出管道内介质的流量。声波时差流量计是通过分别计量出超声波在顺流方向、逆流方向的传播时间差来测量出相应的管道内流体的流量。超声波流量计作用的发挥靠的是流量计硬件和软件共同完成,其中超声波流量计在操作的过程中涉及的主要硬件有:超声波流量计的工作电路、流量计的壳体、传输线路、计算机和超声波发生和传感器等。

2 超声波流量计的应用

2.1 液体测量

不同类型的超声波流量计的基本工作原理虽然大体相同,但是如果从结构参数等方面对其进行细分,还是可以将超声波流量细分为多种类型。在超声波流量计的工作过程中,如何选择信号传感器的位置,采用何种安装方式,都会对超声波流量计的测量精度造成巨大的影响。首先,为了能够保证超声波测量管道内的流体是平行流动的,工作人员必须要设置一定长度的直管段。就现阶段操作的实际情况来看,超声波流量计的前方一般都需要设置至少长于十倍管径的直管段;在超声波流量计的后方,一般会设有至少长于五倍管径的直管段。在对超声波流量计进行安装的过程中,必须要保证实际安装的位置符合设计与规范所提出的要求。同时,超声波流量计的传感器的安装方向要与直管的方向形成夹角,并将角度控制在45°的范围内。另外,在安装超声波流量计的过程中,工作人员要尽可能避免将其安装在管道的接口处以及存在焊接的地方。

2.2 燃气测量

目前,国内燃气公司的用户基本可分为工业、商业、民用、公福用户四种类型,这些用户在城市的分布较为散乱,需求也各有不同,总体来看,其特征主要为:中小流量、低压、管理薄弱、安装条件恶劣,所以燃气公司对于操作、维修与管理有着较高的要求。超声波流量计在燃气流量测量工作中的优势表现在以下几个方面:

(1)精确度与重复性

精确度属于外加特性,重复性则由设备的原理与制造工艺所决定,相对于其它类型的流量计而言,超声波流量计无论在重复性还是由此计算出的精确度方面,都占据着更多的优势,其中,在燃气系统的超声波流量计中广泛采用的“传播时间倒数”法是保障测量精度的重要因素,它能够将精度控制在±1%R~±2%R的水平。

(2)压力损失与量程比

压力损失是衡量设备能量消耗水平的技术经济指标,用以反映介质因装置而损失的机械能,超声波流量计并不包含任何的阻碍介质运动的部件,所以压力损失极低;量程比则是测量的最大、最小范围的比值,其值越大,工艺条件改变对设备使用所造成的影响就越低,与同等口径的罗茨流量计、涡轮流量计相比,超声波流量计的量程比要高出300%~600%的水平。

(3)经济性

经济性主要包括购置、运行、校验、维护、备品费等指标,同时,也会受到流量计的可靠性、使用性能、使用寿命等因素的影响。目前,小口径的超声波流量计已经开始投入国内市场,相比于传统的流量计开始具有更高的优势。同时,超声波流量计不需要添置其它的附属设施,运行中的介质压损几乎到了可以忽略不计的水平。另外,超声波流量计并不包含任何可动不见,维护保养简便,且耐油污性、耐灰尘性能优越,因不需配置过滤器,所以也不需要进行频繁的清洗。

2.3 日常检测

为了能够保证流量计的测量精度,工作人员要定期使用高精度的流量计对待检查流量计进行对比测量,然后计算被检测超声波流量计存在的误差。整个检测工作需要在同一时间测量多组数据,在对所获得的结果进行分析的基础上,计算出所需的流量修正系数,从而为测量的精确度提供更多的支持和保障。若流量计的安装已经过去了一段时间,工作人员应根据相关制度的要求对其进行定期复查,检查投入使用的超声波流量计是否存在安装松动等问题,并对其进行必需的清洗,使之能够长时间处于最佳工作状态。

3 结语

与其它类型的流量计相比,超声波流量计在实际应用的过程中拥有着很多独特的优势,相对而言,超声波流量计全套设备的成本较低,安装使用更加方便、快捷,能够适用的管径范围也比较大。总的来说,超声波流量计的工作原理主要包括两种类型:一种测量流量的方法是利用多普勒效应来检测介质流量的多普勒流量计;另一种方法是利用了声波时差来测量流量的声波时差流量计。需要注意的是,超声波流量计在使用过程中必需要有一个正确的安装位置,必需采用合理的安装方式。为防止受潮影响流量计的精度,还要形成相应的定期检查与维护制度,是投入使用的设备始终维持在良好的工况。

超声波流量计范文第4篇

【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:

式中: L――声程,m;

φ――管轴线与声道之间的夹角,即声道角;

c――声波在静止流体中的声速,m/s;

v――流体沿管道轴向的流速,m/s;

超声波传播的时间差t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.

超声波流量计范文第5篇

关键词:超声波流量计 气体超声波 计量误差

超声波流量计在我国气体计量领域中的应用,始于20世纪末,随着天然气工业的不断发展,已经有越来越多的超声波流量计应用在天然气的计量工作中。超声波流量计在进行气体测量时,能够满足高压、大流量的气体计量要求,并且具有较高的测量精确性。由于气体介质本身的特殊性以及计量现场环境等多种因素的影响,在气体计量中仍然会受到各种因素的影响,使得计量结果的准确性产生一定的误差。因此,对于超声波流量计气体计量误差进行分析是十分必要的。

一、超声波流量计气体测量

超声波流量计进行气体测量的过程,就是通过对超声波沿着气流顺向和逆向传播的生速差、压力和温度等因素的测量,对气体的流速和标准状态下的流量进行测量的过程。常见的气体超声波流量计结构如图1所示。

二、超声波流量计气体计量误差的因素

1.信号因素

利用超声波流量计进行气体计量时,其主要的参数就是气体的传播时间,通过传播时间的获得和计量,才能实现对不同超声波信号的有效处理。因此也可以说,信号的质量是影响超声波流量计气体计量准确性的主要因素。如果超声波的信号质量不高,则对气体传播时间的测量和流量的确定都无法保证其准确性。

2.流场因素

超声波流量计计量过程中,由于管道弯曲所引起的气体二次流动也会对超声波计量的准确性产生影响。当气体流动在弯曲的管道中,二次流动会由于弯管内部和外部的曲率不同而形成不同方向的流动,加之离心力的作用,就会在管道的截面位置形成一个力场,推动管内气体的流动。

3.噪声因素

在超声波流量计气体计量系统中,阀门、整流器等设备都会产生定的噪声,而且在计量现场不断变化的温度和压力条件下,也会对噪声的形成产生一定的影响,而噪声的产生源,主要有流经管道的气流、整流器的运转、调节阀的运转等等,当噪声产生的频率与超声波流量计的工作频率范围一致时,就会对超声波流量计的正常工作产生影响,因为噪声会影响超声波脉冲的探测,进而对测量结果产生影响。另外,有些元件对于噪声较为敏感,当其受到噪声影响时,对元件本身也会产生较大的破坏。

4.脏污堆积

应用超声波流量计进行气体计量时,气体中含有的水分和其他杂质就会在流量计的管道系统内和超声波探头上形成不同程度的堆积,当脏污堆积到一定程度时,就会对计量的结果产生不同的影响。一方面,可能会导致计量表管径的缩小,进而导致计量的数据结果偏高;另一方面,超声波探头上堆积的脏污,对降低探头对超声波测量的敏感性,无法准确的判断气体的压力和流速,在这种情况下就会导致计量的数值偏低。另外,在管壁内侧大量堆积脏污,会导致管壁发生腐蚀现象,而超声波对于管壁内部的堆积物有着不同的敏感程度,这就会影响探头探测的准确性,进而造成计量结果失真。

三、减小超声波流量计气体计量误差的措施

1.加强信号质量的控制

对气体进行计量时,超声波形成的脉冲信号本身就有一定的不稳定性,这与以往的液体超声波流量计有着较大的不同,气体在输送的过程中必须要通过多次的声压和降压过程才能对检测点进行确定。即使是在同一个输送区间,气体的流动也会对超声波产生不同的影响。因此,在实际的工作中,要尽量降低气体流动所带来的压力波动,当气体在不同的压力条件下,要对其密度的变化进行控制,使气体在传播的过程中不会由于受到压力的波动而产生较大的发射和接收声能,避免由于幅值的变化而对信号产生影响。

2.降低噪声的影响

一方面,在应用超声波流量计进行气体计量时,要对计量管路系统进行科学的设计,对管路系统内部各种阻流件所产生噪声进行评估,才能在实际的计量过程中进行有针对性的降低噪声;另一方面,对超声波流量计和调节阀进行串联时,需要在专业的人员或者是生产厂家的指导下完成,必须要对调节阀产生的噪声进行全面评估,才能降低调节阀对流量计计量结果准确性所产生的影响。另外,有些调节阀在压力大、流速高的情况下所产生的噪声会超过超声波频率范围,可能会对流量计的正常工作产生影响,所以也需要加以重视。

3.减少污染物的堆积

首先要加强计量气体质量的监控,使用合理的管段布局,并且定期对管线进行清理。如果在管壁内存在较多的杂质残留,则会对气体的密度产生影响,这时就需要对管壁进行清理,清理之后的管壁直径会增加,所以需要进行重新校准之后才能再次使用。其次,不同的超

声波流量计生产厂家都有针对超声波流量计现场计量性能的测试软件,在实际的计量工作中,要充分重视测试软件的作用,并且根据测试的结果对计量现场可能存在的问题进行判断,从而保证计量的有效性。另外,当气体质量较差时,一般可以采用较大口径的超声波流量计进行测量,能降低测量结果的不稳定性。

结束语:

综上所述,应用超声波流量计进行气体测量时,受到不同因素的影响会使测量结果产生误差,对气体计量的稳定性和精度都会产生一定影响,因此必须要对这些影响因素进行全面的分析,才有利于通过合理的规避措施减少或者避免误差的产生,提高气体计量的精确性。

参考文献:

[1] 李国政,康兰昆.气体超声波流量计[J].油气田地面工程,2009(04)

[2] 杨声将,何敏,任佳.超声波流量计计量系统性能的主要影响因素[J].天然气工业,2006(03)

超声波流量计范文第6篇

关键词:超声波流量计;故障;原因分析

0 概述

中洛线六个泵站自动控制系统就采用了超声波流量计与气动调节阀紧密配合进行自动调节控制,与泄漏定位系统配合实现精确定位。它准确可靠地工作对保证全中洛线自动控制系统的正常运行和安全生产有着重要的意义。

1 超声波流量计简介

超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的仪表,技术成熟领先、性价比高。特别是管道式一体型超声波流量计,应用范围广泛,测量声道可达3个,稳定性和可靠性高,可在线检定,操作和维护成本非常低,性价比高,精度可达±0.3%。它采用先进 “时差法”测量原理,利用超声波脉冲在通过液体顺逆两方向上传播速度之差来求圆管内液体的流量,几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响。

2 超声波流量计工作原理

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 为管道直径,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

3 与调节阀配合实现自动配输

自动配比输油系统是由给油泵、电机、电动阀门、超声波流量计、配输调节阀组成。自动配输通过超声波流量计流量计和配输调节阀来实现,其工作流程是中洛线进口油、中原油分别经过进口油管线、中原油管线进入濮阳首站,分别进入两条配输管道,经过超声波流量计给调节阀提供精确地介质流量实现自动调节每条管线的输油流量,进口油、中原油按照既定的输油比例在配输调节阀后混合输油。

4 与泄漏定位系统配合实现精确定位

安装超声波流量计,增加流量信号后,可以利用瞬时流量的对比区分管道泄漏与管道正常工况的变化:当管道发生泄漏时,管道上游端瞬时流量上升、压力下降,管道泄漏端瞬时流量下降、压力下降;管道正常工况变化时,管道上(下)游端流量、压力同时上升或下降。利用这一特点,可以准确区分管道是否发生泄漏。

(1)当管道首末端安装流量计后,可以采用实时模型法判断和定位泄漏。实时模型法认为流体输送管道是一个复杂的水力与热力系统,根据瞬变流的水力模型和热力模型及沿程摩阻的达西公式建立起管道的实时模型,以测量的压力、流量等参数作为边界条件,由模型估计管道内的压力、流量等参数值,估计值与实测值比较,当偏差大于给定值时,即认为发生了泄漏。

(2)管道首末端安装流量计,为需要流量计提供累计流量、瞬时流量等参数。

(3)采用管道首末端流量计提供的累计流量值,可以根据质量平衡法判断管道是否发生泄漏,进行流量对比的时间段可以改变,以发现较小的泄漏。

(4)采用流量平衡法,需要同时测量流体的温度,以便对流量数据进行修正。流量平衡法可以弥补这种缺点,它也是判断管道是否发生泄漏的一种常用方法,这种方法依靠质量守恒定律,没有泄漏时进入管道的质量流量和流出管道的质量流量是相等的。如果进入流量大于流出流量,就可以判断出管道中间有泄漏点。对于加热输送的管道,还需计算沿程温降对流体密度和体积的影响。这意味着“进多少出多少”的简单系统在某些应用中是不够完善的,为此质量/流量平衡法检测管道泄漏的故障方法需要配合其它方法联合使用。

(5)采用管道首末端流量计提供的瞬时流量值,可以根据瞬时流量的变化,准确判断管道是否发生泄漏,排除正常的工况变化。

(6)可以建立管道的实时模型,根据实时模型法判断是否发生泄漏以及确定泄漏发生的位置。

(7)可以采用多种方法判断泄漏和定位泄漏。利用流量校核帮助判断管道是否发生泄漏。

5 维护

超声波流量计日常不需维护,每半年应检查其信号强度,如发现信号强度低于65,应将传感器取下,将焊接在管段上的导波管内螺纹孔清理干净,保证没有水分,然后将传感器清理干净,表面重新涂上耦合剂,用手小心旋入导波管内。注意:用手拧紧即可,切勿使用扳手加力!

参考文献:

[1]超声波流量计操作维护规程.

超声波流量计范文第7篇

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

总之,超声波流量计作为非接触式的仪表,既可以进行大管径介质的流量测量,也能够用于不容易进行接触及观察的介质测量,并且测量的准确度高、不会受到被测介质参数干扰,是有效解决对非导电性、强腐蚀性、易燃易爆、放射性等介质进行测量流量的重要手段,非常适用于石油化工行业计量工作的要求,在石油化工行业具有十分广泛的应用前景。

超声波流量计范文第8篇

【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.

基金项目:天地(常州)自动化股份有限公司科研项目(13SY014-01)。

超声波流量计范文第9篇

【关键词】超声波流量计;MOS场效应管驱动器;高速模拟切换开关

超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速,从而换算成流量。超声波用于测量流体的流速有许多优点。和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。超声波流量计的测量方法有时差法、多普勒效应法、波束偏移法等、其中时差法的电路最为简单、使用也最为广泛。

1.时差法超声波流量计的原理

时差法超声波流量计其工作原理如图1所示。它是利用一对超声波换能器相向交替收发超声波、通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速,其关系符合下面表达式:

(1)

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。

图1 超声波流量计测量原理

由此可见, 流体的流速与超声波顺流和逆流传播的时间差成正比。流量Q可以表示为:

(2)

2.超声波脉冲信号激励电路

超声波信号发射的驱动方式一般有高压单脉冲信号和低压多脉冲信号两种。高压单脉冲信号用升压变压器升压到小于600Vpp的单脉冲信号,主要用于气体流速的测量。低压多脉冲信号,用驱动电路将电压转换为20~30Vpp的5~10个脉冲信号,主要用于液体流速的测量。

一个典型的双声道超声波流量计信号处理电路框图如图2所示。超声波换能器载波频率一般为500kHz,1MHz或2MHz。经过驱动电路处理,将微控制器发出的3.3V或5V脉冲信号转换为15V的脉冲信号,并经BTL电路驱动,形成峰峰值30V的脉冲信号加到超声波换能器两端。经过介质传播后,另一个超声波换能器接收到衰减后的超声波回馈信号,让后级电路进行后续处理。这里由于采用的是一体型超声波换能器,所以两个传感器在某一时刻,一个是发射传感器,一个是接收传感器,另一时刻两个传感器的作用又进行调换。所以,需要一个高速低阻的四路模拟开关进行信号的转换。

2.1 信号驱动电路

为了实现微控制器的脉冲信号电平到15V电平输出的转换,采用TC4427芯片, 这是一款双低边MOS场效应管驱动器,最大峰值输出电流为1.5A。该芯片可以将TTL或者CMOS电平信号转换为电源电压信号电平,电源电压可在4.5V到18V之间,输出延时小于40ns。

图2 信号处理框图

图3 信号驱动电路图

如图3所示:引脚1和2、3和4交替出现等幅等频脉冲信号高低电平, 输出形成一个BTL驱动电路, 频率为输入引脚的一半,幅度为30V的峰峰值脉冲信号。因为超声波换能器是一个容性负载,为了提高波形质量减小上升沿和下降沿的尖峰脉冲,加入了四个IN4148二极管和四个180Ω的分流电阻进行匹配。

2.2 信号切换和采集电路

本设计通过采用美信半导体的DG403芯片实现信号切换和采集,这是一款四路高速模拟切换开关,开关切换时导通时间只需100~150ns,关断时间只需60~100ns,导通电阻最大38Ω。

如图4所示,U13为DG403芯片,在上游超声波换能器发射脉冲波形的时候,通过OEC的通道选择,关断上游超声波换能器,导通下游超声波换能器到输出端D,通过并联一个电容进行阻抗匹配之后,经电容去波形直流电压成分送中U12频放大器MC1350进行初级放大。微控制器可测出从上游传感器发送脉冲到接收到放大后的脉冲的时间间隔Tup即为顺流传播时间。于此类似,下游超声波换能器发送脉冲,上游超声波换能器经OEC选择信号后经过匹配电容进行放大处理,可测得逆流传输时间Tdown。时间差T=Tup-Tdown。微控器根据公式即可计算得出介质的流速,并可转换为流量。

3.具体电路调试

为电路调试方便,首选固定OEC,也就是先只测某个方向的传输时间,当测试稳定后再测反方向的传输时间。两个都能测出来的时候,就可以加入定时切换两者的发射或接收状态。

首先,发射10个周期的脉冲,然后测试超声波换能器两端的电压信号。如果出现杂波较大,则需调整匹配电容的参数,直到观测到波形较好的30Vpp的10个方波脉冲信号。然后经过初级IF 放大芯片MC1350后观测接收波形,通过示波器看一般幅度较低,略有频偏。在发射脉冲信号一定时间后出现若干组回馈信号, 其中只有一组是正确的信号, 其他均为无用的干扰信号或反复折射后的信号。反向测试与上述过程类似。

4.结语

该电路已经通过仿真及电路实验,并已经应用于液体超声波流量计上, 测量实验室用自PVC管,可测得较为稳定的流量数据。该超声波电路根据选用不同的超声波换能器, 理论上可测管径为10~100cm。

参考文献

[1]李广峰,刘,高勇.时差法超声波流量计的研究[J].电测与仪表,2000(09).

[2]杨景常,刘冬梅.高速切换开关技术在高速数据采集电路中的应用[J].电测与仪表,2002(06).

[3]刘丽.基于时差法的超声波流量测试系统研究[D].浙江理工大学,2010.

基金项目:天地(常州)自动化股份有限公司科研项目(13SY014-01)。

超声波流量计范文第10篇

中图分类号:TE978 文献标识码

一、前言

Daniel气体超声波流量计具有现场监测诊断功能CBM (Condition Based Monitoring),METERLINK作为诊断功能的流量计操作软件能实时显示流量计受脏污影响的情况 ,动态反映流量计运行状况 ,提示需要再标定的时间 ,有效延长再标定周期从而节约运行成本。Daniel气体超声波流量计的精度受污染物的影响非常小 ,通过METERLINK ( 超声波流量计用户操作界面 ) 软件能够周期性自动获取流量计数据并加以分析 ,微小变化较难通过单个数据显示出来 , METERLINK可将多个 Excel 数据文件合并成一个文件 ,并形成趋势图 。

二、CBM基本参数

CBM的五个基本参数是诊断计量装置存在计量隐患,方便计量维护人员采取预防性维护的重要指标:

1、增益值 (Gain):增益值随压力, 气体流速, 探头受脏污介质影响的情况而变化。

2、信号质量 (Signal Quality):Daniel 超声波流量计通常有 100% 信号质量, 接近流量计所允许的最大流速时, 信号质量可能会小于 100%, 当流速仅达最高流速的 50% 而信号质量未达 100% 时, 应对流量计进行必要检查。

3、信噪比 (SNR):信噪比是接收到的信号和背景噪音的数值比率。在信噪比小于 100 时, 精度会受到影响。

4、流速特性 (Velocity Profile):流速特性的显示根据流量计声道设计而不同, 剖面系数是流量计受脏污影响的最佳指示器, 对剖面系数的实时监测对保持精度非常重要。

5、声速 (Speed of Sound):声速计算能帮助辨别探头上是否有异物, 声速受气体组分, 压力和温度的影响, 1 引起 SOS 0.17% 的误差, 5 psig 引起 SOS 0.01% 的误差。

三、METERLINK在实践中的应用

定期做好超声波流量计系统的维护和诊断,是发挥气体超声波流量计的最大效能,解决和避免影响其测量准确度因素的必要手段,下面是我们对超声波流量计性能进行诊断测试时的截图:

图解及分析:

(1)增益值

增益指要对接收到的信号增强多少,才能达到需要的振幅强度,如果信号强度衰减,增益就加强。从现场截图来看,增益值 (Gain)正常。

(2)信号质量

Daniel 超声波流量计通常有 100% 信号质量, 接近流量计所允许的最大流速时, 信号质量可能会小于 100%, 当流速仅达最高流速的 50% 而信号质量未达 100% 时, 应对流量计进行必要检查。从现场截图来看,信号质量正常。

(3)信噪比

信噪比是接收到的信号和背景噪音的数值比率。通常情况下, 流量计正常工作有较高的信噪比, Daniel 超声波流量计正常工作信噪比大于1000, 低信噪比常常意味着控制阀噪音的存在, 信噪比小于 250 会导致信号质量小于 100%, 信噪比小于500时,则需要调查。在信噪比小于 100 时, 精度会受到影响,从现场截图来看,信噪比正常。

(4)流速特性

流速特性的显示根据流量计声道设计而不同, 普光分公司净化厂的超声波流量计为四声道流量计,从现场截图来看,流速正常。

(5)声速

声速计算能帮助辨别探头上是否有异物, 声速受气体组分, 压力和温度的影响,此超声波流量计的运行环境中,组份、压力和温度相对稳定,从现场截图来看,声速也正常。

通过测试,超声波流量计的流速、声速、增益值、信噪比等各项参数均在正常指标范围,波形和组态也没有发现异常情况,说明目前超声波流量计运行比较正常。在对超声波流量计检测过后,我们会导出一份超声波流量计的维护日志,用于和日后维护的性能进行比较。

四、效益及结论

采用METERLINK诊断软件对外输产品气五台超声波流量计进行详细的“体检”,有效的在计量故障发生之前,发现问题根源。通过METERLINK、流量计量监控系统与净化厂原有的计量管理检测体系相结合,可以实现:1、不断提高计量的准确度和重复性;2、定期诊断计量装置的各种数据和动态趋势信息;3、方便计量维护人员采取预防性维护;4、有效监控计量装置的动态变化,发挥现有计量设备的巨大潜能。

参考文献

1. 超声流量计的现场应用与研究技术报告,中国石油西南油气田分公司,2001年3月。

2、GB/T18604-2001《用气体超声波流量计测量天然气流量》;

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