气体超声波流量计|厂家价格|规格参数选型

气体超声波流量计|厂家价格|规格参数选型伴随着工业化水平的不断提高，化工、冶金、石油天然气输送等各行各业对气体流量计的需求也越来越大[1]。而目前大规模应用于市场的气体流量计主要有孔板、涡街和涡轮流量计等[2]。其中，孔板流量计具有结构简单、性能稳定、成本低廉等特点，但是，其压损较大、量程比较低。相对于孔板流量计，涡轮和涡街流量计对气体压力损失相对较小，量程比较宽，但是，其对管道振动和脉动流比较敏感。

与传统气体流量计相比，气体超声波流量计具有无压损、量程比大、精度高等优点，特别适合测量不易接触和观察的流体以及大口径流量[6-10]。超声流量计与这些传统仪表的详细对比如表 1.1 所示。
表 1.1 多种气体流量计的性能对比

表 1.1 多种气体流量计的性能对比

气体超声波流量计测量原理：
  气体超声波流量计是利用气体流动对超声波束的信号调制作用并通过检测回波信号来获取气体体积流量[11]。测量原理主要有多普勒法、噪声法、相关法、波束偏移法和传播速度差法。而传播速度差法在实际中应用较为广泛[12]。
  当管道有流体流过时，以管道作为固定的坐标系时，超声波信号在管道内部的顺逆流传播速度是不同的。而传播速度差法就是利用顺流传播速度和逆流传播速度之差与管道中流体流速之间的关系来计算出流量[13]。按照测量量的不同可以分为频差法、时差法和相位差法。目前，相位差法和频差法的仪表由于受环境影响较大，已不再生产，而时差法受温度变化引起的测量误差较小，得到了国内外厂家的普遍应用[14]。因此，本论文运用时差法测量原理。
  气体超声波流量计示意图如图 1.1 所示。在管道的两端，分别安装两个超声波信号的换能器用于发射和接收超声波信号。两个换能器的直线传播距离为 L，超声波传播方向与管道轴线之间的夹角为，顺流和逆流的传播时间分别为和，管道内气体的平均线流速为，静止状态下，超声波的传播速度为。
图 1.1  气体超声波流量计示意图

图 1.1  气体超声波流量计示意图

  超声波的实际传播速度是声速和流体在声道方向上的速度分量 ucosθ 的叠加。
计算公式

式中，为比例参数，通过气体流量标定实验可以获得。 流体的瞬时流量等于管道横截面积乘以管道面平均速度。 
计算公式
由式(1.4)可见，通过测量出超声波在顺流和逆流的传播时间，即可计算出管道中气体的平均线流速，与超声波传播速度、压力、温度等无关。因此，气体超声波流量计测量精度受外界环境影响较小。

气体超声波流量计组成：
  一次仪表包括流量管、超声波换能器及其安装部件。一次仪表是通过将激励信号转换为气体超声波，并将含有气体流速信息的超声波信号转换为回波信号来实现能量的传输和信号的传递[16]。根据超声波换能器声道走向分布方式，流量计可分为直射式、一次反射式和二次反射式[17]。三种分布方式的优缺点对比如表 1.2 所示。
表 1.2  各声道分布方式性能对比

  根据超声波声道个数分类，超声波流量计主要分为单声道、双声道、四声道。由于单声道气体超声波流量计只有一对声道，因此，它只能测量管道中一个流层的气体线流速。当管道内流场分布不均时，单声道气体超声波流量计的测量精度较差。国内研究好广泛的流量计是双声道气体超声波流量计，其主要应用于城市管道燃气的过程控制中。在天然气贸易计量领域，四声道气体超声波流量计则占有绝对的比重[18]。
  由于市场上双声道和四声道的仪表应用较为广泛，下面详细分析双声道直射式和四声道直射式一次仪表的结构特点。
  双声道直射型分布方式示意图如图 1.2 所示。两对换能器分别安装在管道两侧，形成一对交叉的声道。因其声道的对称性，所以，不需要考虑声道权重的调配问题。但是，当其中一个声道出现问题时，其测量精度和量程比会受较大的影响。目前双声道直射式仪表主要应用于过程控制和城市燃气的计量。