早在1964年東京奧運(yùn)會(huì)田徑場(chǎng)上，就出現(xiàn)了超聲風(fēng)向風(fēng)速儀。20世紀(jì)70年代中期歐、美、日已先后研制成功氣體超聲波流量計(jì)，但并不成熟。至90年代中后期則出現(xiàn)較完善和成熟的產(chǎn)品。由于使用了*，流量計(jì)已能測(cè)量微小時(shí)差，分辨率已達(dá)1mm/s，已能測(cè)量小流量，以及雙向氣體流量。在工程應(yīng)用和天然氣貿(mào)易中，大有取代傳統(tǒng)儀表的趨勢(shì)。在巨大商機(jī)驅(qū)使下，各國(guó)生產(chǎn)廠商紛紛投人巨資爭(zhēng)先開發(fā)氣體超聲波流量計(jì)。我國(guó)天然氣“西氣東輸”工程，就采用了氣體超聲波流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。

一、工作原理

流速測(cè)量采用時(shí)差法。如圖4.25所示根據(jù)本章第三節(jié)中氣流速度應(yīng)為

式中  t1、t2——氣體中順流和逆流時(shí)的聲傳播時(shí)間；

          v——沿聲道線上各點(diǎn)氣流速度的平均值。

由于管內(nèi)存在流速分布不均勻性，需用校正因子加以修正，如圖4.26所示，則平均流

    F值直接與儀表的輸出相乘。經(jīng)過這一調(diào)整，可使儀表的誤差縮小到zui低程度。

    二、基本構(gòu)成、主要技術(shù)性能和特點(diǎn)

    由流量傳感器和變送器組成，通常還有一副帶球閥的套筒，供換能器安裝和檢修。流量傳感器的安裝，對(duì)于單聲道采用V形，這不僅可以將聲道長(zhǎng)度延長(zhǎng)一倍，提高測(cè)量的精確度，還能在雙倍聲程中自動(dòng)消除氣渦流的影響。高精確度的氣體流量計(jì)所采用的聲道呈矩陣分布，如圖4.8所示。*均是插入式的，工作頻率一般選擇在60~120kHz之間；聲束的半角約在5°~8°；靈敏度不低于60dB為佳。用于可燃?xì)怏w應(yīng)防爆。

    變送器的工作原理方框圖類似于圖4.12所示。流量傳感器的兩個(gè)換能器交替發(fā)射和接收聲脈沖，一般每秒20~60次，信號(hào)經(jīng)放大、運(yùn)算、補(bǔ)償后，輸出數(shù)字和模擬信號(hào)。

的基本技術(shù)性能，見表4.18。

表4.18  若干的基本技術(shù)性能

有如下一些特點(diǎn)。

①雙向氣流量測(cè)量。

    ②可精確測(cè)量脈動(dòng)流。

    ③范圍度很寬。

    ④無可動(dòng)部件，無壓力損失。

    ⑤傳感器更換可在帶壓條件下進(jìn)行。

    ⑥在使用現(xiàn)場(chǎng)可以干法校驗(yàn)。

    三、應(yīng)用

    按實(shí)際用途基本上分為兩類:一類用于氣體流量測(cè)量；另一類用做氣流量標(biāo)定裝里或貿(mào)易計(jì)量。前者通常在使用的現(xiàn)場(chǎng)，將輸氣管打孔進(jìn)行安裝；后者均為標(biāo)準(zhǔn)管段式。具體用途：用于氣體貿(mào)易時(shí)的流量計(jì)量；校驗(yàn)一般氣體流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)表；地下儲(chǔ)氣罐雙向流的側(cè)zui；氣體分配時(shí)的計(jì)量；控制空氣壓縮機(jī)等。

    所測(cè)氣體基本上是天然氣、空氣兩種。天然氣是一種混合氣體，主要成分是甲烷（占95%以上）、乙烷、丙烷、N2、CO2等氣體。15℃時(shí)聲速在420m/s左右。其聲速與成分、壓力、密度、溫度有關(guān)。

    安裝位置要有足夠直管段才能保證測(cè)量的精確度。管道內(nèi)的顆粒物和液滴若附著在換能器輻射面上，將會(huì)影響聲脈沖的傳播，甚至使流量計(jì)不能工作。

    四、的干法校驗(yàn)簡(jiǎn)介

    一般氣體流量的校驗(yàn)均是通過容積法或參照標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行的。但是，這樣校驗(yàn)大流量時(shí)十分困難。無論管徑大小，可在使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行千法校驗(yàn)，完成自身的標(biāo)定。其基礎(chǔ)是建立在聲時(shí)測(cè)zui精確度高，直接測(cè)出氣體流速。對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，調(diào)整儀表的校正因子來完成校驗(yàn)。這種方法對(duì)儀表的技術(shù)性能和質(zhì)量提出了相當(dāng)高的要求。

    從式（4.26）不難看出，流量傳感器的聲程長(zhǎng)度和聲道角應(yīng)安裝和測(cè)量準(zhǔn)確。儀表所用集成電路和石英振蕩器應(yīng)該是高質(zhì)量的。時(shí)間測(cè)量的精確度和穩(wěn)定性要優(yōu)于0.01%。當(dāng)氣流靜止時(shí)，順向和逆向的聲傳播時(shí)間應(yīng)沒有差異，所指示的流盆為零。

    在氣流靜止、溫度穩(wěn)定條件下，采集數(shù)百秒（測(cè)量時(shí)的脈沖每秒20~60次）的氣流速度值，并加以平均。一個(gè)口徑30cm的氣體流量計(jì)，所產(chǎn)生的平均流速應(yīng)低于3mm/s。zui小的變化可為零，這是儀表校驗(yàn)的前提條件。在測(cè)量聲速時(shí)，應(yīng)保持壓力、氣體溫度、成分、流速不變和精確的聲程長(zhǎng)度，儀表應(yīng)工作正常.聲速側(cè)量的精確度優(yōu)于0.05%。聲程長(zhǎng)變可用聲速的測(cè)量結(jié)果加以調(diào)整。

    干法校驗(yàn)不確定范圍的分析如下。

    干法校驗(yàn)的不確定性有以下幾個(gè)部分。

    （1）氣流速剖面校正因子對(duì)于單聲道不確定范圍估計(jì)在l%；對(duì)于三聲道約為0.4%；對(duì)于五聲道約為0.3%。

    （2）流量傳感器的幾何尺寸  主要為聲程L，聲道角θ和管道截面積S的誤差應(yīng)該控制好。例如，一個(gè)口徑375mm，聲道角 60°，聲程886.025mm的流量傳感器，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)各參量的不確定范圍值，聲道角約±0.05°；聲程長(zhǎng)度約±0.525mm；管徑約±0.125mm 。每一參量根據(jù)式（4.28）可以計(jì)算其不確定范圍。聲程長(zhǎng)度為±0.06%, cosθ為±0.15%，截面積S為0.06%。這些因家加在一起zui壞的情況，幾何尺寸產(chǎn)生的不確定范圍是±0.27%。若按均方根誤差計(jì)算不確定范圍為±0.18%。

（3）時(shí)間測(cè)量的不確定范圍  傳播時(shí)間測(cè)量的不確定范圍可用零讀數(shù)與增量誤差之間的區(qū)別來評(píng)估。*與傳播時(shí)間測(cè)量的分辨率及傳播時(shí)間的補(bǔ)償有關(guān)系。當(dāng)流速為零時(shí)會(huì)引入傳播時(shí)間上的不同，從式（4.28）可得下式

傳播時(shí)間測(cè)量的不確定范圍zui大在l0ns。一個(gè)口徑為375mm，聲道角為60°，內(nèi)部的氣體聲速為348m/s的表體，把時(shí)間測(cè)量的不確定范圍轉(zhuǎn)換為氣體速度大約為1.5mm/s。若將流速范圍變換為百分?jǐn)?shù)，如圖4.27所示。按每秒誤差1.5mm所作出的一條相對(duì)誤差曲線。若口徑縮小，在低流速時(shí)將會(huì)補(bǔ)償一個(gè)顯而易見的大誤差。

    這條曲線表明傳播時(shí)間測(cè)量的不確定范圍，在低流速時(shí)是重要的，正常工作范圍并不重要。作為參考，一個(gè)口徑325mm的流量?jī)x表，典型補(bǔ)償誤差為2mm/s。

    （4）儀表總的不確定范圍氣體超聲波流量計(jì)總的測(cè)量不確定范圍是：流速剖面校正因子為K±0.3%；表體尺寸為±0.18%?？偟牟淮_定范圍為±0.48%，用均方根誤差表示，則為√0.32+0.182=0.35%。

    這個(gè)數(shù)值與**的校驗(yàn)設(shè)備所具有的不確定范圍量值（0.25%~0.3%）相當(dāng)。

 本產(chǎn)品由：超聲波流量計(jì) www.abgbaina.com