时辰：2022-07-23 14:41:59
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跟着电子手艺、数字手艺和声楔资料等手艺的成长，操纵超声波脉冲丈量流体流量的手艺成长很快。基于差别道理，合用于差别场所的各类情势的超声波流量计已接踵呈现，其丈量切确的长处，也使其成为化工行业丈量流速的首选东西。
1.超声波流量计的丈量道理
超声流量计是经由进程检测流体活动时对超声束的感化，以丈量体积流量的仪表。超声波流量仪的传感器是将传感器间接绑缚在被测管道的外外表，从而完成流量丈量的一种装配体例，处置了别的道理的流量仪在装配时必须断管、停产的坚苦，是超声波流量仪的根基装配体例，具备与管径有关、装配简略、无需停产、无压力丧失等特色。超声波流量计经常操纵的丈量体例为传布速率差法，其根基道理都是丈量超声波脉冲顺水流和逆水流时速率之差来反映流体的流速，从而测出流量。它操纵声波在流体中传布时因流体活动标的方针差别而传布速率差别的特色,丈量它的逆传布布时辰t1和逆传布布时辰t2的差值,从而计较流体活动的速率和流量。设流体中声速为c，流体活动速率为v，把一组换能器P1、P2与管渠轴线装配成?兹角，换能器的间隔为L。从P1到P2逆流发射时，声波传布时辰t1为：t1=L/(c+vcos?兹)从P2到P1逆流发射时，声波的传布时辰t2为：t2=L/(c+vcos?兹)
超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显现和积累体系三局部组成。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，领受器领遭到的超声波旌旗灯号，经电子线路缩小并转换为代表流量的电旌旗灯号供应显现和积算仪表遏制显现和积算。传感用具备：便利装配的外缚式、靠得住使命的拔出式、高靠得住高精度的规范管段式、超高精度的规范型?仔管段式。超声波流量计的首要特色是：流体中不拔出任何元件，对流速无影响，也不压力丧失；能用于任何液体，出格是具备高黏度、强侵蚀，非导电性等机能的液体的流量丈量。
2.超声波流量计的现场操纵环境
在相距为L的两处安排两组超声波产生器和领受器（T1，R1）和（T2，R2）。当T1顺标的方针，T2逆标的方针发射超声波时，超声波分辩到达领受器R1和R2所须要的时辰为t1和t2，则t1=L/(c+u)t2=L/(c-u)因为在产业管道中，是以两者的时辰差为t=t2-t1=2Lu/cc由此可知，当声波在流体中的传布速率c已知时，只需测出时辰差t便可求出流速u，进而可求出流量Q。
3.超声波流量计的现场办理
3.1是传布时辰法只能用于洁净液体和蔼体，不能丈量悬浮颗粒和蔼泡跨越某一规模的液体，外夹装换能器不能用于衬里或结垢太厚的管道。普通均装配于程度、倾斜或垂直管道，垂直管道最好挑选自下而上活动的场所，以防止丈量点呈现非满管流。
3.2是流体运转流速不能太低，太低的流速会使团圆体散布不平均。若丈量管程度装配，气体味浮升在顶部活动，颗粒会积淀于底部。最低流速但凡为0.1-0.6m／s。
2超声波流量计选型的注重事变
超声波流量计选型使命较为庞杂，存眷的内容包含：被测的介质种别、仪表的机能和参数、换能器的范例、功效及合用的规模、声道的设置、前后的直管段长度的请求等等。选型该当注重以下几个方面：一是要领会被测东西的现场环境和物理的特色；二是其旌旗灯号的处置单元必须适合户外、爆炸、风险性等范例的场所遏制装配，防爆和防护的品级必须适合现场的请求。二是换能器的前后应有必然长度的直管段，从而确保流体流速的散布，经由进程请求前面的直管段在10D以上，尔前面的直管段就在5D以上，并且其下流30D以内，不能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许装配阀、泵等扰动装备。三是换能器要装配于倾斜及程度的管道上的时辰，不能装于上部或底部，防止管道中的气体或杂质进到丈量的声道傍边。四是换能器装配必须使超声波的传布途径颠末管道的中间。四是要辨别被测东西遏制选型，气体用的换能器频次普通在100至300KHz，而液体用的换能器频次普通为1至5MHz。
3超声波流量计在石化行业计量中的操纵
3.1用时差法超声波流量计来丈量制品油超声波流量计能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许遏制多声道遏制丈量；能经由进程报警功效和智能检定软件诊断来监测其运转的状况；能对各声道主动增益遏制调度；能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许丈量出各声道流速的散布、遏制第一声道声速的计较，从而校订旋涡流、横向流及毛病称流；在被测的液体密度和粘度产生变更的时辰，能经由进程声速的丈量来反推油品密度和粘度，从而操纵超声波流量计替替换密度计，处置处置混油段手艺。
3.2规范体积管实流标定超声波流量手艺双向规范体积管属于规范容积式的机器装备范例，在U型的规范管段的入口和出口装着检测开关两（或四）个，排液球或活塞一个。震动首个检测开关，排液球进到规范段；排液球震动第二个检测开关，则分隔了规范段。超声波流量计遏制丈量的道理申明，其脉冲与实在的流速（或流量）会有牢固的延时。可是管道中流体的扰动很庞杂，会包含屡次扰动的涡流及非轴向的速率成份。超声波流量计沿一或多个采样的声道，经由进程发射器与领受器的正反向的时差，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许检测、推导、计较出流体的流速。
绝对传统手艺手艺新型自然气超声波计量手艺具备更高的切确度，可是这类计量手艺的计量成果也会遭到必然身分的影响，为了保障取得切确的计量成果本文将对影响计量成果的身分遏制阐发，并且切磋现实操纵中该当注重的题目。
一、自然气流量计量中气体超声波流量计的操纵
自然气流量计量首要是经由进程多参数丈量完成的，并且还须要设置呼应的流量比对装配以确保丈量的切确性。为了进一步保障尝试数据的切确性和有用性，将一套规范孔板流量计与气体超声波流量计遏制串连运转。选用的气体超声波流量计为四声道，具备300mm内径，流量规模是240~6405m3/h。
（一）气体超声波流量计切确度与超声的干系
表1阀门1节制流量、阀门2全开时气体超声波流量计的运转气体超声波流量计丈量切确度会遭到被测介质外部噪声的影响。若是接纳气体超声波流量计这类体例来节制流量的巨细，那末其节省的声响与流量的增添是成反比的干系，规范孔板流量计与气体超声波流量计之间的绝对偏差就会加大，这就会产生这两种流量计所计较出来的流量严峻分歧适。当阀门1全数翻开的时辰，在阀门2节制流量巨细的环境下，气体超声波流量计的信噪会绝对照拟大，规范孔板流量计和蔼体超声波流量计之间则会具备绝对牢固的偏差。尝试数据如表1和表2。按照表1和表2可知，若是由下流阀门1节省，气体超声波流量计信噪就会比下流阀门全开时低，这是因为当下流阀门在遏制节省的进程中，人类没法听到的高频声波和人类能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许听到的声响将会同时产生，若是声波频次与气体超声波流量计量的使命频次无穷度类似的时辰，那末就会构成气体超声波流量计信噪比的减小，如许流量计的丈量切确度就会遭到影响。
（二）气体超声波流量计与流态的干系
按照GB/T18604-2001《用气体超声博流量计丈量自然气流量》中的相干划定，气体超声波流量计的下流直管段起码具备10D、下流直管段起码具备5D，其方针便是确保适合对称紊流速率散布请求的自然气流态能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许进入流量计。空间弯头和计量管路中阀门对自然气的速率散布会有间接影响，从而使丈量的切确度有所降落。气体超声波流量计的升到散布表现图如图3，四个声道沿管道横截面由上至下散布。管道中气体的平均流速能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许经由进程气体超声波流量计加权平均各个声道测得的流速取得。在阀门1节省、阀门1全开测得的气体流态在管道中散布环境如表3和表4所示。按照图1、表4、表5可知，在阀门1节省的环境下，经由进程超声波A、D声道流速大于B、C通道流速可知，自然气在管道中的流速散布不平均程度会跟着流量增大而增大。跟着流量的增大管道内气体的散布慢慢取代散布，换句话说，管道中间气体的流速小于管道壁的气体流速，当全数翻开下流气流的阀门的时辰，不会反对气流，管道内的气体流速不会跟着流量的增添而产生较大的变更。当闸阀不完整开启的时辰，自然气的颠末会遭到阀门闸板的反对，产生毛病称的扭转气流，这现实上是旋涡流的成长预兆。
（三）气体超声波流量计与气质的干系
气体超声波流量计在我国成长较晚，以是还不在真正周全熟习其现实使命机能。普通环境上去讲，在遏制气体超声波流量计的进程中，对其气质前提并不严酷的请求，产业环境下能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完成气体的大大都洁净均质液体或不含大浓度悬浮粒子的流量丈量。在用气体超声波流量计丈量自然气的进程中，若是自然气傍边含有大批的粉尘、雾状液滴和饱和水蒸气的时辰，就该当充实斟酌到气质前提能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许带来的影响。最后，笔者发明相较于规范孔板流量计这类体例而言，气体超声波流量计的流量丈量成果绝对偏高。经由进程对气体超声波流量计遏制诊断的进程中发明，处于非使命状况下的D声道很轻易被饱和自然气所凝析出来的液体覆没，从而影响了换能器的普通运作。当解除积压在管道内的液体的时辰，超声波流量计便能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许规复普通的使命状况。在一个声道产生毛病时多声道气体超声波流量计能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完成主动弥补运算，进而构成流量计的流量输入略高于普通环境。能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许影响气体超声波流量计使命机能的还包含自然气中的粉尘，比方当下流某个气体处置厂不普通开机时，份子筛中的粉尘会跟着气体超声波流量计的使命流程而带入出去，如许就很轻易在底部的换能器处构成粉尘聚积的景象，影响气体超声波流量计的普通运转。
二、操纵气体超声波流量计时该当正视的题目
（一）迷信选型
普通环境下，型号差别的流量计，其丈量的规模也是差别的，现实出产糊口中触及到的超声波流量计的丈量规模都较为宽阔，最大流量但凡是最小流量的三十倍。操纵丈量自然气的流速必定自然气流量是气体超声流量计的使命道理，2.7~27m/s是其抱负的使命规模，气体超声波流量计要想保障检测切确度就该当将使命流速节制在这个规模内。若是自然气流量比气体超声波流量计的流量拐点低时，就会在必然程度高低降气体超声波流量计的切确性，构成增大偏差的效果。而在自然气流速太高的环境下，超声波旌旗灯号没法被换能器查抄到，进而构成计量毛病题目。是以，遏制超声波气体流量计选型时，该当切确把握管道中自然气的流速，防止超底限或超高限运转环境的产生。挑选气体超声波流量计时，还该当对是不是存在声波搅扰源遏制充实斟酌，此中首要指的是消音装备、大压差减压装备、高速率等能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许产生超声波旌旗灯号的装备。人们耳朵能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许闻声的声波经由进程消音装备能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许转化为听不到的声波，一旦气体超声波流量计使命频次靠近消音装备的超声波频次或减压装备的超高频噪声，那末超声波流量计就会没法普通使命。以是该当尽能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许防止在能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许产生影响流量计声波场所，装配和选用气体超声波流量计[1]。
（二）严酷装配
设置气体超声波流量计高低流直管段的进程中，该当充实履行呼应规范，此中下流直管段和下流直管段该当别离大于10D和5D，并且还该当装配活动调剂器处置装配前提受丈量现场限定的题目。同时装配气体超声流量计时该当坚持程度标的方针，如许便能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许有用丈量含液较多的自然气，还要严酷按照手艺请求遏制气体超声波流量计和计量管段的装配，以保障气流便能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许将自然气凝析出来的液体带走，防止超声波流量计存在液体聚积题目。若是固体粉尘含量较大额自然气，就该当将在下流直管段加设过滤器，防止因换能器外表聚积聚积物而产生毛病[2]。
（三）迷信掩护
在操纵气体超声波流量计的进程中，须要遏制掩护的环境少之又少，但若是计量气体气质较差那末就须要对气体超声波流量计的换能器遏制及时洗濯，并对调能器外表是不是存在沟渠和杂质遏制查抄。同时还该当存眷有不泄露存在于气体超声波流量计的各毗连件中，链接线路是不是普通和检测零流量是不是切确等等。
（四）按期诊断测试
一旦气体超声波流量计产生流量渐变的环境，就该当操纵其余与气体超声波流量计串连运转的流量计遏制比对校核，必定显现自然气流量变更的真正缘由。对不其余流量计作比对的环境，就该当经由进程气体超声波流量计的诊断软件对各个换能器的使命参数遏制周全查抄，进而领会非常参数值是不是存在。对操纵超声波流量计较多的环境，该当将便携外夹式超声波流量计作为首选，如许能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许随时校核牢固装配的超声波流量计[3]。
竣事语：
新型自然气超声波流量计量手艺作为一项进步前辈的手艺，已取得人们的普遍承认和操纵。可是在现实操纵进程中依然要充实斟酌影响计量进程的相干身分，并经由进程接纳呼应的体例取得最切确的计量成果。
参考文献：
[1]申思,申云廷.超声波在自然气流量计量中的操纵[J].城市燃气,2014,(09):11-15.
Abstract: In the natural gas project, the general to used the time ultrasonic flowmeter. Noise, the fluid flow pattern and gas the temperament are the impact of factors to measure the ultrasonic flowmeter. Ultrasonic flowmeter should be noted that the correct selection and reasonable installation. Key words: ultrasonic; natural gas; velocity
中图分类号：O657.5文献标识码： A 文章编号：
1弁言
超声波流量计用于流体的流速丈量有良多长处。和传统的机器式流量仪表、电磁式流量仪表比拟，超声波流量计的计量精度高、对管径的顺应性强、非打仗流体、操纵便利、易于数字化办理等等。最近几年来，因为电子手艺的成长，电子元气件的本钱大幅度降落，使得超声波流量仪表的制形本钱大大降落，超声波流量计也起头进步起来。
超声波流量计有多种分类体例，杜绝丈量道理的差别，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许分为多普勒式和时差式。
多普勒式普通用于丈量含有适当能反射超声波旌旗灯号的颗粒或气泡的流体，如工场排放液、未处置的污水、杂志含量不变的工场进程液等。它对被测介质请求比拟刻薄，即不能是洁清水，同时杂技含量要绝对不变，才能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许普通丈量，并且差别厂家的仪表机能及对被测厂家的请求也不一样。挑选此类超声波流量计即要对被测介质心中稀有，也要对所选用的超声波流量计的机能、精度和对被测介质的请求有深切的领会。普通合用于液体环境。
自然气工程中，普通接纳时差式超声波流量计。
时差式超声波流量计的道理
时差式超声波流量计其使命道理如图1所示。他是操纵一对超声波换能器相向瓜代（或同时）收发超声波，经由进程察看超声波在介质中的顺溜和逆传布布时辰差来间接丈量流体的流速，在经由进程流速来计较流量的一种间接丈量体例。
图1 时差法超声波流量丈量道理表现图
图1中有两个超声波换能器：逆流换能器和逆流换能器，两只换能器别离装配在流体管线的两侧并相距必然间隔，管线的内直径为D，超声波行走的途径长度为L,超声波逆流时辰为td,逆流时辰为tu,超声波的传布标的方针与流体的活动标的方针加角为θ。因为流体活动的缘由，是超声波逆传布布L长度的间隔所用的时辰比逆传布布所用的时辰短，那时辰差可用下式表现：
此中：c是超声波在非活动介质中的声速，V是流体介质的活动速率，tu和td之间的差为：
式中X是两个换能器在管线标的方针上的间距。
为了简化，咱们假定，流体的流速和超声波在介质中的速率比拟是个小量。即：
上式可简化为：
也便是流体的流速为：
是以可知，流体的流速与超声波逆流和逆传布布的时辰差成反比。
流量Q能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许表现为：
气体超声波流量计的丈量影响身分
（1）噪声对气体超声波流量计切确度影响。来自被测介质外部的噪声能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许会对气体超声波流量计的丈量切确度带来倒霉的影响。噪声的来历首要有环境噪声和蔼流颠末不全开的阀门季节省的噪声。接纳气体超声波流量计下流阀门节省节制流量巨细时，节省的声响跟着流量的增大而增大，气体超声波流量计与规范孔板流量计的绝对偏差也慢慢增大，气体超声波流量计的流量低于规范孔板流量计流量。当下流阀门全开，用下流阀门节制流量巨细的时辰，气体超声波流量计的信噪比拟大且根基坚持不变。
（2）流态对气体超声波流量计的影响。气体超声波流量计下流直管段起码为10D，下流直管段起码为5D，以保障进入流量计的自然气流态是对称的充实成长的紊流速率散布。按照丈量管径及精度请求的差别，超声波普通分两声道、四声道、八声道集合情势。普通沿管道横截面由上到下平行散布四个声道：A声道、B声道、C声道、D声道。气体超声波流量计经由进程对各个声道测得的流速遏制加权平均取得管道中气体的平均流速。
当下流阀门节省时，跟着流量的增大，自然气在管道中的流速散布愈来愈不平均，反映在超声波A、D声道的流速大于B、C通道的流速。跟着流量的增大管道内气体的流速由凸形散布慢慢变成凹形散布，即沿管壁的气体流速由低于管道中间气体流速变成高于管道中间气体流速。当下流阀门全开时，毛病气流产生反对，跟着流量的增大，管道内气体的流速散布变更不大，一直坚持普通散布，适合规范划定的流态。当自然气颠末不完整开启的闸阀时，自然气因为阀门闸板的反对产生与管道中间轴毛病称的扭转气流，颠末成长成为旋涡流。
（3）气质对气体超声波流量计的影响。自然气中的凝液和粉尘对气体超声波流量计的使命机能有影响。凝液或粉尘在气体超声波流量计最底部的换能器和表体的连系处聚积，致使气体超声波流量计的使命不普通，影响流量计普通使命。多声道的气体超声波流量计能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在一个声道毛病时按照别的声道测得的流量遏制主动弥补运算，这个弥补进程使流量计的流量输入比普通时略有偏高。
气体超声波流量计操纵中应注重的题目
气体超声波流量计丈量自然气流量的尝试数据标明气体超声波流量计简直有良多长处，但在操纵中该当注重以下题目：
（1）切确选型。任何流量计有它本身的丈量规模，气体超声波流量计丈量规模很宽，普通说来最小流量和最大流量比为1：30，大口径流量计最大能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许做到1：100。气体超声波流量计首要是操纵丈量自然气的流速来丈量自然气的流量。其抱负的使命流速规模为（2。7～27）m/s。以是，在遏制气体超声波流量计的选型时该当充实斟酌自然气在管道中的流速，防止呈现超低限或超高限运转的环境。
选用气体超声波流量计作为计量装配时还应斟酌是不是存在声波搅扰源，首要指能产生超声波旌旗灯号的各类装备，如高速率、大差压的减压装备和消音装备等。装配气体超声波流量计的时辰该当避开存在对流量计产生影响的声波的场所，亦可接纳呼应体例减小或消弭噪声。
（2）公道的装配。气体超声波流量计高低流直管段该当知足请求，对装配前提受丈量现场限定的场所该当加装活动调剂器。
气体超声波流量计装配体例该当程度装配。别的，在自然气含液较多的场所，气体超声波流量计及其计量管段的装配地位不应低于其高低流管道，使得自然气中凝析出来的液体能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许随气流被带走，而不在气体超声波流量计处聚积，构成计量毛病。对含有大批固体粉尘的自然气该当在气体超声波流量计下流直管段外加装过滤器，不然气体超声波流量计会因为换能器外表聚积物的聚积呈现毛病。
竣事语
气体超声波流量计作为计量机能优良的仪表，操纵愈来愈普遍，并且手艺更新很快，只需充实把握气体超声波流量计的使命道理和机能，能力更好地领会它，操纵它，让它更好地办事于自然气计量。
参考文献
中图分类号：
TB
文献标识码：A
文章编号：16723198（2013）21019102
1概述
最近几年来，跟着液体超声波流量计计量与丈量手艺的不时成长，使得液体超声波流量计在流量计量与丈量的范畴有着广漠的操纵远景，并且在良多操纵工况中，慢慢取代传统的容积式流量计和涡轮番量计，成为商业交代和进程丈量的新宠。美国Emerson公司的Daniel产物，德国Krohne，法国Faure Herman，美国Cameron等公司出产的多声道管段式液体超声波流量计已在国际外的制品油和原油的交代计量站中有屡次胜利的操纵，比方，在中海油的渤中LVDA27-2功课区，中海油伊拉克米桑油田区块外输计量，中海油-新田煤油协作平台LF7-2的外输计量撬中均已胜利投用。从手艺的角度动身，因为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凸起的上风，无附加压力丧失，无可挪动部件的机关及完美的自诊断功效，便利的在线掩护性的上风都跨越了传统的容积式流量计和涡轮番量计，并有着较其余液体流量计更宽的量程比，以是慢慢成为操纵于液体烃商业交代的计量仪表。
2液体超声波流量计使命道理及检定难点
液体超声波流量计的丈量道理是按照时差法，即当超声波在介质中传布时，会带下流体的信息，即便来回的声波旌旗灯号的传布时辰产生细小的变更，时辰的变更反比于流速。多声道液体超声波流量计是经由进程丈量差别声道上的传布时辰差来时辰丈量与计较的。
按照API 5.8章节中可知，超声波流量计差别于传统的容积式流量计和涡轮番量计，其是靠电子芯片间接丈量而对外收回计较脉冲的，此即为野生“制作”出与流量相干的脉冲（频次），因为流量脉冲和串行旌旗灯号是经由进程计较取得，是以输入旌旗灯号会掉队于流体的特色，并且颠末数据转换的处置，脉冲旌旗灯号很能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许掉队于串行数据的旌旗灯号。
超声波流量计在其外部几条声道上遏制高频次的时辰差丈量，因为流体活动存在的不不变性，任何细小的流量扰动和脉动城市被流量计所检测到，从而致使流量计产生不平均的脉冲输入（如图1），而这些信息是其余传统的机器性流量计而反映不出来的。
而活塞式体积管因为最大尺寸的容积仍远小于API的容积保举值，别的另有活塞式体积管在运转进程中的发射和收受接管能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许引发流量的较着扰动，是以活塞式体积管不能间接用于标定液体超声波流量计。
综上所述，因为超声波流量计本身的道理及特色存在不平均的脉冲输入，以是致使标定的体积管容积值庞大，大型的体积管在制作，操纵，运输装配方面存在良多便利的处所，特别是陆地煤油受平台及油轮上空间及分量的规模性，都严峻限定着超声波流量计在中海油的成长及操纵。
3液体超声波流量计的检定
由上所述，按照API规范可用球形体积管按照规范保举的容积来挑选间接标定液体超声波流量计。可是因为海上前提的限定，不是每个名目及操纵都有充足的空间来知足球形体积管，以是要在中海油的营业中追求更新和成长，必须要有体例来处置这个题目。
今朝国际上的操纵证明等精度通报现实即“活塞式体积管+规范流量计法”能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许处置超声波流量计须要体积管容积大的题目，规范流量计斟酌到量程规模，保举用涡轮番量计。
在流量计量范畴中有等精度通报现实，及流量量值通报时只须要知足计量学相干性根基准绳，流量计在操纵时和检按时流量点不异，介质不异和操纵介质的物理特色不异，流量计检定和操纵时多少特色不异，流量计在检定和操纵进程中的操纵进程不异，那末流量基准所复现的流量单元制将会同等精度通报给使命流量计。
“小容积体积管+规范流量计法”的检定体例为：
（1）先操纵活塞体积管检定作为中间通报的规范流量计，在划定的流量点下，逐点遏制屡次反复丈量（丈量次数不少于5次），再遏制温度，压力批改后，计较出规范表在每个检定点下的平均仪表系数和对应的反复性。规范流量计检定取得的反复性已优于0.02%为好。
（2）在不异的检定流量计和检定前提下，在划定的时辰段和划定的规范表脉冲数（但凡大于10000个）内同时记实规范表流量计和超声波流量计的脉冲数和那时遍地的温度，压力数据，此时体积管遏制运转。
（3）经由进程规范表的脉冲数及仪表系数及那时的温度，压力，计较出流过规范表的流体体积。
（4）经由进程规范表的流体体积及超声波流量计处的温度，压力能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许得出超声波流量计在每个检定点下的平均仪表系数和对应的反复性。
今朝“小容积体积管+规范流量计法”是液体超声波流量计的首要检定体例，外洋首要的手艺机构都接纳本体例，并且支流的流量计较机，比方S600+，OMNI等都在节制法式中都撑持该检定体例。
小容积体积管+规范流量计的检定体例适合JJG1030-2007超声波流量计检定例程中对现场在线检定的手艺请求，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许对操纵中的超声波流量计的遏制检定和查验。
4液体超声波流量计在中海油商业交代的操纵
中海煤油旅大32-2/27-2油田名目中第一次操纵液体超声波流量计作为商业交代的操纵。该油田在其旅大32-2PSP平台上装备了两套美国艾默生公司Daniel液体超声波流量计，接纳一台18in活塞式体积管（容积值约120L）及一台涡轮番量计为规范表。操纵本文提出的体例遏制标定后取得新的流量计系数。外输功课竣事后，经由进程对照流量计及油罐的数据取得较好的分歧性，两者之间偏差小于0.02%。今朝该名目已投用两年多，取得客户的必定和洽评。
随后中海油伊拉克名目接纳了三套DN150的液体超声波流量计，一样配用18in活塞式体积管及一台涡轮番量计为规范表，今朝已为中海油与伊拉克油田方供给商业计量的办事。
别的，液体超声波流量计+球形体积管体例操纵于中海煤油-新田煤油协作平台LF7-2原油的外输计量中。
对中海油近五年来首个FPSO，恩平油田群24-2船，已确以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）的外输计量计划。2014年将投产操纵。
5论断
作为商业计量仪表，切确性，反复性是流量计的首要参数方针，为了保障液体超声波流量计的这些方针，就该当遵照计量律例的可行的在线检定手艺和体例。商业计量仪表的标定是流量量值通报及溯源连中最首要的关头，国度计量检定体例对流量计的成长及操纵有着严峻的意思和推动感化。超声波流量计计量液态烃成长较晚，绝对其余传统的流量计而言，国际上呼应的规范也较少。美国煤油协会API于2002年10月拟定的接纳时差法超声波流量计丈量液态烃的手艺规范草案，2005年1月转为正式规范API MPMS 5.8：2005《用时差法超声波流量计计量液态烃》.我国不液体超声波流量计计量液态烃的专项规范规范，仅在2007年了用于检定超声波流量计的检定例程《JJG1030-2007超声波流量计的检定例程》，该规程是一个通用的规范，尤偏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别性不触及。
中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0398-01
节俭资本和环境掩护是我国的根基国策，也是我国以后首要的成长计谋。动力计量是节能减排的首要根本和保障，是完成节能减排的首要手艺体例和根本关头。据统计天下17000家摆布的重点用能单元动力花费占了天下动力花费的60%以上。重点用能单元便是年综合动力花费总量一万吨规范煤以上的用能单元和国务院有关局部或省、自治区、直辖市国民当局、节能办理局部指定的年综合动力花费总量五千吨以上不满一万吨规范煤的用能单元。抓好重点用能单元的节能，是完成“十二五”时代节能减排方针的首要撑持和保障。为此，国度质检总局机关拟定了JJF1356-2012首要用能单元动力计量查抄规范，对查抄内容、查抄请求、查抄体例及成果做了详细的划定。
按照查抄规范第6.1.1.2项划定重点用能单元应再装备须要的便携式动力计量用具，以知足自检自查请求。便携式动力计量用具是指便利装配的，在装配及丈量进程中不影响被测介质普通状况的动力丈量仪表，这类仪表大都是经由进程非打仗丈量来完成丈量方针的。第6.3.3项中第三条划定对没法装配的、无检定例程或校准规范的非强迫检定计量用具，应接纳可行、有用的体例（如：自校、比对、按期改换等）确保其量值切确靠得住。连系我厂现实环境咱们装备了0.5级便携式超声波流量计。下面咱们切磋一下便携式超声波流量计在我厂动力计量方面的操纵。
做为一个持续出产的工场，计量用具的撤除会致使车间停产，以是要遏制自校。所谓自校是指用能单元用便携式动力计量表与在线动力计量用具遏制比拟丈量。
一、用便携式超声波流量计遏制在线水计量流量计自校体例
在操纵现场对流量计丈量体系遏制校订时普通包含零点校验、经常操纵示值和积累流量校验。但凡先遏制零点校验，在零点普通环境后，遏制其余点的示值校验，若是零点不普通，应查找缘由，经处置使之普通后再遏制其余点的示值校验。
1、流量计丈量体系的零点校验
①保障流过流量计的流体流量确切为零，这是流量计校零的根本，普通现场操纵时辰长的堵截阀封闭后能做到无泄露者未几，以是校订零点时必然要确认这点，能力防止画蛇添足。
②在流量计丈量管道中必须布满被测的水。不满管会构成流量计示值的毛病。
③装配换能器时，管道外外表应去保温层、去漆，锈迹应砂平，涂匀耦合剂，不能有空隙，以防止声波在固、气界面上产生折射，没法传到被测流体。
④换能器装配在程度管道上时，为避开管道顶部能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许存在的气泡和底部能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许聚积的泥沙或其余固形物，应尽能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许装配在与程度成45度角的地位。
⑤换能器不能装配在管道焊缝处和有电磁搅扰的处所。
⑥将便携式超声波流量计电源翻开，将丈量的管道周长、壁厚、丈量试管道材质，有不衬里、介质为常温水等参数输入流量变送器中，流量变送器会主动计较出装配间隔。
⑦按照计较出的装配间隔遏制换能器装配，装配好后查抄流量计检测旌旗灯号，旌旗灯号普通后起头查验。
⑧读取被校验仪表和超声波流量计示值，必定是不是为零。
2、流量丈量体系的示值流量校验
零点校验后，将阀门翻开至经常操纵流量，待流量不变后，读取被校验仪表和超声波流量计示值，读取5次遏制偏差计较。
3、流量丈量体系的积累流量校验
对动力计量来讲，遏制数据收罗是按时定点的收罗，经由进程日用或月用量遏制查核。这就请求流量丈量体系的积累流量值必然要切确靠得住。水计量咱们接纳的多为机器水表和电磁流量计。下面先容一下校验体例：
①示值校验后，将超声波流量计的积累流量设置显现界面上清零。
②将被检水表或电磁流量计积累表数记下，同时启动超声波积累计量。
③按照程度螺翼式水表检定例程，检定操纵中水表，检定用水量不少于水表最小分度值的200倍，计较通水量，计时起头。
④到达时辰后，计较被校验表的积累用量和超声波流量计积累用量，计较偏差，分歧格再做一遍，再分歧格，调试或改换。
二、用便携式超声波流量计必定重点用能装备
按照查抄规范第6.1.2.1划定，重点用能单元动力计量用具装备应适合GB17167-2006《用能单元动力计量用具装备和办理公例》的请求，详细请求见附录A。此中附录A中A.4.3.4划定单台装备动力耗损量大于或即是表二中一种或多种动力耗损量限定值的为首要用能装备，首要用能装备应按请求加装动力计量用具。按照请求用水量单台装备跨越每小时1吨的应加装流量计。若何必定那些装备用水量跨越规范呢？咱们挑选用超声波流量计实测。在装备持续运转时用超声波流量计不按时测试3次必定，不达标的不必装配计量仪表。
据统计但凡装备了便携式节能检测仪表的用能单元，则具备必然的节能检测能力，设置装备摆设便携式节能检测仪表对进步用能单元节能检测及格率，不时进步用能单元节能办理程度长短常须要的，有益于降落配表本钱，也能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许知足动力操纵报告轨制的请求。以是说设置装备摆设便携式动力检测仪表长短常须要的，这就请求咱们要针对动力计量仪表的综合性、难易装配性，引进研制更多更好的便携式仪表和研讨更多的在线检定体例，保障动力计量数据的切确靠得住，为节能减排使命供给强无力的撑持，以完成节能减排的方针。
参考文献
超声波流量计是现今产业出产主动化和检测手艺中经常操纵的计量仪表，但凡接纳232/485通讯接口或4～20mA摹拟旌旗灯号接口输入。这类输入体例在很长一段时辰内知足了产业上数据传输的请求。但跟着现今产业主动化的敏捷成长特别是各类检测体系的成长，惯例的输入体例的弊病已愈来愈较着，流量计的长途通讯成为一种趋向。此刻经常操纵的处置计划是经由进程RTU领受仪表的数据，再完成仪表数据的远传。
一、超声波流量计的根基布局
计量仪表的设想但凡分为一次仪表与二次仪表两局部，这类超声波流量计的根基构架设想也顺从这类体例，接纳一次仪表与二次仪表分隔设想。超声波流量计布局如图1所示。
一次仪表首要完成将电能转换为超声波，同时完成超声波旌旗灯号的检测与处置，
二次仪表首要完成检测超声波旌旗灯号传布时辰，计较出呼应流速，并对呼应的成果遏制判定与考证，同时完成数据的处置与输入。能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许说，二次仪表是计量仪表的大脑，一切的逻辑运算与数据处置都在二次仪表中遏制。
超声波流量计整体由一次仪表与二次仪表组成[1]，一次仪表包含压电换能器及其相干电路，包含：
（1）超声波旌旗灯号收发局部：完成超声波旌旗灯号的发射与领受，完成换能器对能量情势的转换；
（2）超声波旌旗灯号处置局部：完成对收发旌旗灯号的处置，使电路旌旗灯号能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许与节制芯片旌旗灯号较好的共同
二次仪表首要完成人机交互、旌旗灯号处置等功效，其首要包含：
（1）最小体系：ARM芯片能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许使命的最根基体系前提，包含电源电路、时钟电路、复位电路等
（2）数字旌旗灯号处置局部：包含已调度旌旗灯号的处置、数据输入存储器等
（3）驱动办事：完成人机互动、数据通讯等功效
二、长途通讯模块的根基布局
此刻经常操纵的RTU接纳485和谈与仪表遏制通讯，而后经由进程收集通讯模块遏制数据传输。罕见的收集模块包含ZIGBEE模块、GPRS模块、3G模块和最新的4G模块等。
较为公道的长途通讯体例能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许斟酌接纳ZigeBee手艺组成小规模的无线传感收集处置有线通讯走线庞杂的题目，同时能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完成网内传感器的互联互访。再经由进程某一至两个GPRS节点上传数据完成远间隔的数据通讯，如许的布局既能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许节省485通讯线路走廊，也能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许节俭GPRS节点的个数。
总之，全部通讯流程中，ZigBee与GPRS通讯手艺彼此共同，扬长避短，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许，接纳ZigBee手艺完成近间隔通讯，GPRS完成数据远传，两种体例能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完成大规模、远间隔的传感器组网数据通讯。
三、长途超声波流量计长途模块的设想
3.1长途模块硬件布局
设想将惯例超声波流量计与RTU的设想相连系，接纳ARM作为处置焦点。因为ARM具备的多使命处置的能力，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完成数据的处置与传输。这类计划在传统超声波流量计的硬件布局的根本上，只须要增添了传感器的远传模块便能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完成数据的长途传输。传感器基于Zigbee组网并经由进程GPRS完成数据远传功效，使传感器成为真正意思上的长途流量计。
长途超声波流量计的根基布局与惯例流量计并不太大区分，但他的设想增添了收集调和器。其硬件布局设想如图2所示。
以LPC2210作为节制器为例，经由进程SPI接口完成与MC13192 Zigbee模块的数据传输，再经由进程UART1串口完成与SIM800 GPRS的数据传输。
3.2软件布局的设想
无线收发功效首要是由GPRS模块和Zigbee模块共同完成的无线收发模块的操纵法式各首要使命如表1所示：
经由进程优先级的差别，顺次完成各使命。
四、总结
经由进程将二次仪表的设想与RTU相连系，流量计的可嵌入性取得极大的晋升，极大的降落了产业主动化出产、流量监控体系等操纵场所中的装配本钱与设想难度，进步了数据传输效力，具备较好的研发远景。
参 考 文 献
弁言
超声波流量计是一种能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许操纵非打仗的体例来丈量流体流量的仪表。它既能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许丈量其余仪表不能检测的非导电介质、喷射性、易爆和强侵蚀介质的流量，也能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许用于不易察看和间接打仗的介质流量的丈量。它的丈量切确度较高，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许不受被测介质的各类参数的搅扰，特别能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许处置丈量大管径的液体流量题目。是以超声波流量计被普遍操纵于环保、油田、水务公司、冶金、发电等行业，而熟习和把握超声波流量计的装配及罕见毛病题目处置是处置流量丈量切确这一题方针关头地点。
1 超声波流量计的丈量道理
超声波流量计是经由进程丈量流体活动对超声波产生的旌旗灯号影响来对流体流量遏制丈量，其丈量道理是操纵“时差法”来丈量的。
而时差法的丈量道理为：一个超声波探头发射声波旌旗灯号穿过流体介质、管壁到别的一侧的管壁后，被管壁的别的一忍酵方邮盏叫藕牛与此同时，第二个探头也发射声波旌旗灯号被前一个探头领遭到，因为遭到流体介质间流速的影响，两者之间存在必然的时辰差Δt，按照公式推算出时辰差Δt和流速V之间的转换干系V=（C2/2L）×Δt，进而能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许取得相干的管道内的流量值Q。
2 超声波流量计的特色
2.1 操纵面广
在发电厂中，用便携式超声波流量计丈量水轮机进水量、汽轮机轮回水量等大管径流量。超声波流量计也可用于气体流量丈量。管径的合用规模从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到河道都可合用。多普勒法超声波流量计可丈量双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏浊流的丈量。
2.2 价钱适中
因各类超声波流量计都可管外装配、非打仗测流，流量仪表本钱根基上与被测管道口径巨细有关。从而比起其余范例的流量计，超声波流量计跟着口径增大造价大幅度削减，以是，口径越大，长处越较着。别的普通流量计跟着丈量管径的增大会带来制作和运输上的坚苦，从而举高本钱和造价，而超声波流量计在本钱和造价方面都可防止。
2.3 维修和装配便利
装配时不须要阀门，法兰、旁通管路等，不管是装配仍是维修，都不须要堵截流体，不会影响管道内流体的普通畅通。是以，维修和装配便利。
2.4 处置丈量各类介质流量的坚苦
超声波流量丈量的切确度几近不受被测流体温度、密度、压力和粘度等参数的影响。因为超声波流量计长短打仗式流量仪表，以是，除用于丈量水、煤油等普通介质外，还能对非导电介质、喷射性、易爆和强侵蚀介质遏制流量丈量。
3 超声波流量计探头的分类及首要装配体例
3.1 超声波流量计探头的品种
经常操纵的超声波流量计探头按装配体例有以下三种：
（1）管段式探头，装配时须要切开选定的直管段，接纳法兰毗连。产物已颠末出产厂家标定，益处是探头能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在操纵企业不必停产的环境下遏制维修，其特色是丈量的切确度高。（2）拔出式探头，装配时需用钻孔东西在操纵企业不停产状况下将探头拔出管线中。特色是能在水中带气体或水管内壁结垢环境下完成切确靠得住的丈量。（3）外夹式探头，装配时需将管外壁的预装配地位用打磨东西打磨滑腻后用耦合剂将探头贴于管外壁再用公用夹紧装配牢固。此类体例能便利地在管壁外遏制水流量丈量，也适合便携式流量计。不好的处所是易构成耦合剂的处置不妥引发旌旗灯号领受状况非常而影响丈量的切确性和靠得住性。
3.2 超声波流量计探头的装配体例
超声波流量计传感器的装配体例间接干系到水流量丈量的运转靠得住性、可托度和切确性。
超声波流量计探头的装配地位普通挑选两个探头管轴在与管轴程度面成45度夹角处或管道的管轴程度标的方针上。
超声波流量计探头的装配体例有Z、V、N、W体例。此中N、W体例合用于管径为50mm以下的管道，因性价比和操纵难度缘由而被很少用到。经常操纵体例首要有两种：（1）“Z”体例装配，“Z”体例装配普通合用于水介质较差不洁净、输水管道管径较大、管道内壁有水垢或操纵“V”体例装配旌旗灯号失真较严峻的环境。普通“Z”体例装配的可测管径规模但凡在100mm～600mm，300mm以上管径的管道选用“Z”体例装配较适合。装配探头时须注重管道轴线与高低流两探头在统一立体内，且下流探头在高位，下流探头在低位。（2）“V”体例装配，“V”体例装配是规范的装配体例，可丈量外管径规模为25mm～400mm。装配探头时须注重高低流两探头程度标的方针对齐，使其管道轴线与中间连线程度分歧。
3.3 超声波流量计探头装配的后续查抄
（1）经由进程流量计表头核对高低流端探头的旌旗灯号品质和旌旗灯号强度是不是知足请求，判定探头可否领遭到流量计表头使命所需的超声波旌旗灯号。（2）首要查抄装配地位与探头须要的间距是不是适合。（3）与管道外壁连系面的打仗是不是滑腻，连系是不是慎密。
4 超声波流量计操纵中的罕见毛病与处置体例
4.1 毛病表现：外夹式超声波流量计探头的旌旗灯号太低
（1）毛病阐发：输水的管道结垢较厚、管道外径过大跨越许可规模、管道中介质不满管或探头选用的装配体例分歧适。（2）处置体例：管道结垢较厚可选用拔出式的探头装配，对外管径过大和管道中介质不满管能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许从头挑选探头的装配体例。
4.2 毛病表现：流量计仪表在装配现场的强磁场搅扰下没法普通操纵
（1）毛病阐发：有能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许是探头四周有强磁场搅扰、有大功率变频器、接地线的装配分歧适或流量计的供电电源动摇较大。（2）处置体例：将流量仪表装配在阔别强磁场和大功率变频器的园地，将流量计表头切确体例接地，给流量计换装不变的电源供电。
4.3 毛病表现：流量计的刹时流量数据动摇较大
（1）毛病阐发：能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许因为探头的装配地位和管道内气体的影响使旌旗灯号强度动摇较大，从而使流量数据动摇较大。（2）处置体例：起首从头调剂探头的角度和地位，使管道轴线与高低流两探头在统一立体内，其次保障探头的装配间距切确无误。如管道内有气体影响管道内本身流体动摇大，也能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许从头挑选探头的装配地位，可是要确保探头装配前10D后5D的装配请求。
4.4 毛病表现：拔出式探头在操纵一段时辰后呈现主机旌旗灯号降落景象
（1）毛病阐发：能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许管道内或探头外表产生水垢、探头装配地位转变或产生偏移、探头永劫辰日晒致使旌旗灯号衰减。（2）处置体例：从头装配和调剂流量计探头的地位，洁净探头和管壁上的水垢，若探头旌旗灯号已衰减可从头改换新的探头。
4.5 毛病表现：流量计在开机的环境下没法显现数据
（1）毛病阐发：流量计表头的保险丝已烧断或操纵方供给的电源与流量仪表所须要的额外值不符。（2）处置体例：在仪表上查抄保险丝是不是已烧断，并查抄操纵方供给的电源参数是不是与流量仪表所划定的额外值相适合。
4.6 毛病表现：流量仪表开机后只需背鲜明现却无任何数据显现
（1）毛病阐发：此类环境普通为流量仪表本身的外部法式芯片非常而至。（2）处置体例：接洽流量计出产厂家现场查抄毛病并处置，如没法现场补缀则需寄回厂家查抄并维修。
中图分类号：TP274 文献标识码：B 文章编号：1004-373X(2009)04-053-03
Time Difference Ultrasonic Flowmeter and Its Simple Arithmetic
SU Manhong,WU Zhimin,YE Weiyuan
(Shenzhen Polytechnic College,Shenzhen,518055,China)
Abstract：Aiming at the high precision time measurement and large amount computing of time difference ultrasonic flowmeter,an ultrasonic flowmeter system based on FPGA,DSP and MCU is designed.The hardware controlled by the FPGA to ensure accurate timing.The auto delay-window of signal receive technique is adopted,by extracting useful measurement signal,the needed data is reduced and anti-jamming capabilit is enhanced,and the measuring speed has been greatly accelerated by simplified algorithms.It is proved by simulator with Matlab and experiment that the system is feasible.
Keywords：time difference ultrasonic flowmeter;delay window;arithmetic simplify;anti-jamming capability
流体流量计的用处非常普遍,在产业上,如煤油、化工、水电等局部,流量计已成为对液体流量检测必不可少的装备。超声波流量丈量手艺是一种操纵超声波旌旗灯号在流体中传布时所载流体的流速信息来丈量流体流量的丈量手艺，作为一种新型的非打仗式流量计，它具备装配简略、操纵便利、丈量规模宽等特色，时差法超声波流量计丈量流量是今朝普遍操纵的一种体例。近几年来，跟着FPGA和DSP的成长和普遍操纵，数字旌旗灯号处置手艺的改良使产物的丈量精度取得了不时进步。
时差式超声波流量计须要接纳两个超声波探头来遏制旌旗灯号的发送和领受，经由进程丈量超声波自传感器沿顺、逆流标的方针传布时的时辰差计较流体活动速率［1］，因为该时辰差很小，经常到达纳秒量级乃至更低，丈量超声波传布时辰的精度是流量计丈量精度的关头，也是设想职员重点研讨的题目［2］。针对下面的请求，在此设想了一种基于FPGA和DSP的高精度超声波流量计体系，操纵FPGA和DSP别离完成切确的时序节制和疾速的数字旌旗灯号处置［3，4］，从而进步体系的呼应速率、切确度和不变性。为进步丈量精度，该体系在旌旗灯号处置上首要接纳插值和相干法，因为检测和处置超声波旌旗灯号的运算量大，对体系硬件请求很高，该体系连系滑动窗口对相干算法遏制了简化，进步了体系的机能。
1 体系布局和使命道理
体系的硬件组成布局如图1所示，其是由FPGA，DSP，MCU、切换电路、A/D转换、主动增益节制、外部RAM和LCD显现等几局部组成的。DSP为数字处置焦点，用于FIR滤波、相干运算等大批数据处置［5］，全部体系的时序由FPGA节制，确保了时序的切确性［6］。
图1 体系的硬件布局框图
超声波换能器A，B在FPGA的节制下，轮番使命在发射和领受状况，用以丈量逆流、逆流时超声波传布的时辰差，其谐振频次为1 MHz。领受旌旗灯号颠末选频缩小滤除局部搅扰旌旗灯号，再由主动增益节制AGC缩小后送往A/D转换器，以每次25 ns的转换速率完成A/D转换，并存储到外部RAM中，全部进程都在FPGA的节制下遏制，确保了时序的切确性。为了进一步进步运转的速率，DSP起首将外部RAM中的数据转存到外部RAM中，再遏制55阶FIR滤波，颠末FIR滤波后的旌旗灯号，其采样速率较低，丈量精度不够高，为了进步精度，这里遏制了插值运算，插值后的两组旌旗灯号再颠末相干运算处置［7］，便得出流体逆流和逆流的时辰差，从而求出流体的流速［8，9］。
2 滑动窗口领受手艺
滑动窗口是在领受旌旗灯号到达的前后才有用的一个时辰窗口，窗口以外的旌旗灯号一律不予处置，如许能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许减小噪声的搅扰并降落运算量。为保障检测旌旗灯号的有用性，必须先去掉领受真个搅扰， 接纳窗口和脉宽检测是两个行之有用的体例。丈量窗口的初始地位是按照人机对话输入的参数设置的，并经由进程有用旌旗灯号的检测地位不时调剂窗口到适合的地位。窗口的设置限定了旌旗灯号的领受规模， 在必然程度上消弭了噪声的搅扰，同时也削减了要处置的旌旗灯号样本数，降落了运算量。
滑动窗口的设置体例为：单片机按照人机对话输入的参数（管径、壁厚及流体），计较出旌旗灯号自觉射探头到领受探头所需传布时辰的类似值，按照该类似值节制数据采样的起头时辰，每组数据收罗15 000个点，因为收罗的数据充足多，完整能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许保障有用数据能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许被收罗到。颠末AGC电路的调剂，当收罗到的旌旗灯号幅度知足请求时便对它们别离遏制FIR滤波，再按照幅值找出有用旌旗灯号的最大值点并遏制旌旗灯号有用性判定，旌旗灯号必定为有用后再遏制滑动窗口调剂，将有用旌旗灯号挪动到有用窗口。因为换能器探头的谐振频次为1 MHz，采样频次为40 MHz，探头发射旌旗灯号为5个周期，斟酌到探头的余波，为了更好地收罗领受旌旗灯号，窗口宽度设定为800个旌旗灯号点，即20个旌旗灯号周期。图2所示为窗口调剂前局部内存中的数据，从下面能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许看到两组旌旗灯号，前者幅度小，是超声波沿管壁间接通报而构成的，其传布速率快，传布时辰短，后者是超声波沿普通途径传输的成果，幅度较大，也是须要的有用数据。图3是窗口调剂后内存中的数据，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许看到，有用数据已被挪动到最左边的有用窗口中，前面的插值及相干运算都是只对该段数据遏制。
3 插值及相干算法的简化
在超声波产生电路中，由统一触发脉冲触发2个不异的换能器产生超声波，丈量中2路收罗旌旗灯号具备很大的类似性，是以能对旌旗灯号遏制相干处置。在超声波流量计中，对时辰丈量精度的请求很高，为了进步分辩率，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许接纳普通的采样体例，而后经由进程数字旌旗灯号处置中经常操纵的插值算法，由软件进步体系的采样频次，从而进步时辰的分辩率。
图2 窗口调剂前局部内存中的数据
图3 有用数据被挪动到左边
换能器的谐振频次为1 MHz，采样频次为40 MHz，采样的时辰分辩率为25 ns，对超声波流量计，如许的分辩率是不够的，还必须进步旌旗灯号的采样频次，即遏制插值处置。若是接纳先补“0”再滤波的体例，必须增添滤波器的阶数，同时因为插值后样本增添，滤波运算所须要的时辰会大大增添。是以该体系接纳线性插值的体例，在相邻2个数据点之间拔出19个点，这些点与拔出前的相邻点在统一直线上，如许时辰分辩率能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许到达1.25 ns。
该体系时辰差的丈量是经由进程比拟两组超声波旌旗灯号的皮尔逊积差相干系数的值来必定的，相干系数的计较体比方下［10］：
设xi和yi别离代表两组旌旗灯号的采样值，i=1,2,…,n。n为采样数目，设x,yХ直鹞两组采样旌旗灯号的平均值有，
x=∑xi/n,y=∑yi/n
Еx,σyХ直鹞2组采样旌旗灯号的均方差有：
σx=∑(xi－x)2/(n－1),
σy=∑(yi－y)2/(n－1)
rС莆相干系数，其公式为：
r=∑(xi－x)(yi－y)∑(xi－x)2∑(yi－y)2
上式颠末简化后取得公式：
r=n∑xiyi－(∑xi)(∑yi)n∑x2i－(∑xi)2n∑y2i－(∑yi)2
相干系数r的首要特色为：0
因有用窗口两头数据的变更很小（如图3所示），在小规模内转变两组数据的相位干系后，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许以为相干系数公式中的分母项的值是不变的，其不随两组采样旌旗灯号的移相变更而变更。是以，在判定相干系数最大值时，只需计较相干系数公式中的份子式项n∑xiyi－(∑xi)(∑yi)У闹担而后判定它的最大值便可，如许能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许大大地削减体系的运算量，进步体系的反映的速率。
4 相干算法及其简化算法的仿真与比拟
为了查验相干算法简化后对成果带来的影响，把收罗到窗口中的两组数据经滤波与插值后，经由进程Matlab别离对完整的相干算法及简化算法遏制仿真阐发［11］，仿真波形如图4所示。
图4 相干算法及其简化算法在Matlab中的仿真
此中上部为简化算法的仿真成果，下部为完整相干算法的仿真成果。图5为一局部仿真数据。从图中能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许看出，完整相干算法的相干系数据介于+1~-1之间，最大值（靠近于1）呈此刻5 001的地位。比拟之下，简化算法的值大多少数目级，这是简化算法略去分母的成果，但这对计较不影响，只需取得最大值呈现的时辰，首要的是简化算法的最大值也呈此刻5 001的地位，并且其波形与完整的相干算法几近一样。是以可知，相干算法的简化并毛病这里的计较带来偏差。
为进一步证明体系的可用性，将该体系与宝丽声DCT7088超声波流量计遏制了对照丈量，被测管道为外径为45 mm的钢管，壁厚3.5 mm，管道中的水由轮回泵驱动，经由进程变频器节制轮回泵的转速来取得差别的流速，丈量成果如图6所示，两者丈量成果已非常迫近。
图5 相干算法及其简化算法的局部仿真数据
图6 实测流量对照曲线
5 结 语
这里以FPGA，DSP和MCU作为焦点器件设想了一种时差式超声波流量计，连系主动提早窗口手艺，大大简化了用于计较时辰差的相干算法，进步了体系的机能。经由进程对体系尝试测试及计较机仿真，标明该体系计划实在可行。
参 考 文 献
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一、时差式气体超声波流量计的使命道理
气体超声波流量计的是操纵超声波在流体中沿逆传布布的时辰和沿逆传布布的时辰差与流体流速成反比这一道理来丈量流体流量的。使命道理见图1。
图1中，气体超声波流量计的换能器A和换能器B装在管道两侧，超声波的声程长度为L，超声波传布的标的方针与流体在管道中的活动标的方针夹角为θ，超声波在流体中的逆传布布时辰为tD，逆传布布时辰为tU。
（1）
（2）
式中：
c――超声波在运动流体中的声速，
V――流体介质的活动速率。
联立解方程（1）和方程（2）可得：
（3）
式中：
X――换能器A和换能器B在程度标的方针上的间隔。
从式（3）中能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许看出，气体的流速丈量与介质的声速有关，只与长度和时辰两个参数有关。
二、气体超声波流量计计量呈现偏差的缘由
（一）噪声对气体超声波流量计切确度影响。
噪声的来历首要有环境噪声和蔼流颠末不全开的阀门季节省的噪声。咱们接纳气体超声波流量计下流阀门1节省节制流量巨细时，节省的声响跟着流量的增大而增大，气体超声波流量计与规范孔板流量计的绝对偏差也慢慢增大，气体超声波流量计的流量低于规范孔板流量计流量。当阀门1全开，用阀门2节制流量巨细的时辰，气体超声波流量计的信噪比拟大且根基坚持不变，气体超声波流量计与规范孔板流量计的绝对偏差根基坚持不变。当接纳下流阀门1节省的时辰，气体超声波流量计的信噪比拟着低于下流阀门全开的时辰。这是因为，当气体超声波流量计下流阀门节省时除能产生咱们能听到的声响外还能产生人耳没法听到高频超声波，当这类声波的频次与气体超声波流量计的使命频次附近的时对气体超声波流量计的切确度产生的影响。
（二）流态对气体超声波流量计的影响。
GB/T 18604-2001《用气体超声波流量计丈量自然气流量》请求气体超声波流量计下流直管段起码为10D，下流直管段起码为5D，保障进入流量计的自然气流态是对称的充实成长的紊流速率散布而计量管路中的阀门等阻流件会对自然气的速率散布产生影响，从而影响丈量的切确度。当阀门1节省时，跟着流量的增大，自然气在管道中的流速散布愈来愈不平均，反映在超声波通道的流速大于通道的流速。适合规范划定的流态。因为当自然气颠末不完整开启的闸阀时，自然气因为阀门闸板的反对产生与管道中间轴毛病称的扭转气流，颠末成长成为旋涡流。
（三）气质对气体超声波流量计的影响。
气体超声波流量计对咱们来讲是一个全新的流量计，咱们之前只是从现实上对其有必然的领会，而对它的现实使命机能并不领会。咱们晓得气体超声波流量计对气质前提请求不严酷。用于产业环境下持续丈量不含大浓度悬浮粒子或气体的大大都洁净均质液体的流量。对含有液体和少许粉尘的气体在操纵中该当注重。
在操纵进程中，咱们发明气体超声波流量计的流量和规范孔板流量计比拟偏高。操纵CUI软件遏制气体超声波流量计的诊断时发明气体超声波流量计的D通道不使命，查抄后发明，气体超声波流量计的D通道被自然气中凝析出的液体覆没了，致使换能器使命不普通。经解除积压在管道中的液体后气体超声波流量计使命普通。多声道的气体超声波流量计能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在一个声道不使命的时辰按照其余声道测得的流量主动遏制弥补运算，这个弥补进程使流量计的流量输入比普通时略有偏高。
自然气中的粉尘也对气体超声波流量计的使命机能有影响。咱们在操纵气体超声波流量计的进程中呈现过一次气体超声波流量计的换能器因为粉尘聚积而致使气体超声波流量计使命不普通的环境。缘由是因为咱们的一个气源因为下流的处置厂开机不普通，份子筛中的粉尘被带人气体超声波流量计的使命流程中，在气体超声波流量计最底部的换能器和表体的连系处聚积，致使气体超声波流量计的使命不普通。
三、气体超声波流量计操纵中应注重的题目
按照咱们在现场操纵气体超声波流量计遏制自然气计量中遏制的尝试记实的数据阐发，气体超声波流量计简直有良多长处，同时气体超声波流量计在操纵中该当注重以下这些题目：
（一）切确选型
任何流量计有它本身的丈量规模，气体超声波流量计丈量规模很宽，普通说来最小流量和最大流量比为1：30。气体超声波流量计首要是操纵丈量自然气的流速来丈量自然气的流量。其抱负的使命流速规模为（2.7～27）m/s，在这个使命规模内，气体超声波流量计能力保障其检按时的切确度。自然气的流量低于气体超声波流量计的流量拐点时，气体超声波流量计的切确度将降落，从而呈现较大的偏差。自然气的流速太高时会呈现超声波旌旗灯号被吹跑，换能器检测不到超声波旌旗灯号的环境，呈现计量毛病。以是，咱们在遏制气体超声波流量计的选型是该当充实斟酌自然气在管道中的流速，防止呈现超低限和超高限运转的环境。
选用气体超声波流量计作为计量装配时还应斟酌是不是存在声波搅扰源，首要指能产生超声波旌旗灯号的各类装备，如消音装备。消音装备经常是将人们耳朵能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许闻声的的声波转换成为人耳不能听到的超声波，若是消音装备的超声波频次与气体超声波流量计的使命频次靠近时将构成超声波流量计使命不普通，乃至完整不使命，是以，咱们选用、装配气体超声波流量计的时辰该当避开存在对流量计产生影响的声波的场所。
（二）公道的装配
气体超声波流量计装配体例该当程度装配，别的，在自然气含液较多的场所，气体超声波流量计及其计量管段的装配地位不应低于其高低流管道，使得自然气中凝析出来的液体能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许随气流被带走，而不在气体超声波流量计处聚积，构成计量毛病，对含有大批固体粉尘的自然气该当给气体超声波流量计下流直管段外加装过滤器，不然气体超声波流量计会因为换能器外表聚积物的聚积影响流量计的普通使命。
（三）按期掩护
气体超声波流量计操纵进程中须要的掩护很少，但在气质前提较差的计量场所，应按期洗濯气体超声波流量计的换能器，查抄有不杂质和水垢等附着换能器外表。气体超声波流量计的各毗连件是不是泄露，按期查抄线路毗连是不是普通等。
（四）及时诊断测试
中图分类号：TH814 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0016-01
1 弁言
近年跟着数字手艺、电子手艺的成长，按照差别道理、差别机关，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许操纵于差别产业出产的超声波流量计已呈现，这些超声波流量计具备装配简洁、运转进程比拟不变，在产业出产中经常操纵超声波流量计丈量流量。
2 超声波流量计的丈量道理及特色
超声波流量计是一种非打仗式的丈量仪表，合用于丈量不轻易打仗的流体和大管径的流量。超声波流量计是由电子线路、超声波换能器、流量显现和积累体系三局部组成。超声波换能器是将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测的流体中，领受器所接到的超声波旌旗灯号，经由进程电子线路遏制缩小，将转换的表现流量的电旌旗灯号，供给应流量显现和积累仪表遏制显现和计较，经由进程上述道理来完成流量的丈量。
超声波流量计的丈量体例有多普勒效应法、传布速率差法、波束偏移法等。多普勒效应法的丈量道理是操纵声波中的多普勒效应，来丈量取得逆流和逆流的频次差而得出的流体的流速，终究得出流量。传布速率差法的丈量道理是丈量超声波脉冲的逆流和逆流的速率差而得出的流体的流速，终究得出流量。波束偏移法的丈量道理是经由进程操纵超声波波束垂直于流体活动的标的方针遏制入射时，因为流体的活动致使超声波波束产生偏移的环境，从而经由进程偏移量的巨细来计较被测流体的流速。
超声波流量计的特色首要有以下几个方面：
（1）须要丈量的液体只需能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许传布声波，便能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在管道外面临其丈量，这类丈量体例不必对管道遏制修改、能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许不必间接打仗被测流体、不压力丧失、不受流体磨损和侵蚀的影响。
（2）能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许间接测出被测流体的积累流量和刹时流量。
（3）机关简略，装配、掩护比拟便利。
（4）可测规模广，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许丈量统一台仪表的差别口径的管道流量，活络度高，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许丈量流速的细小转变。
（5）不只能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许丈量流量和流速，还能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许对流体的其余参数如浓度、成份等遏制丈量。
3 超声波流量计的装配掩护及操纵
因为超声波流量计装配简洁、可测规模广、在操纵中比拟不变等长处，其操纵能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许延长到产业、农业、水电、水利等局部，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许较切确的丈量流量，操纵规模广。
2.1 超声波流量计的分类
（1）多普勒式超声波流量计
多普勒式超声波流量计合用于丈量能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许反射超声波旌旗灯号的气泡或颗粒的流体，普通可丈量未处置过的污水、工场的排放液等。超声波流量计对被测介质普通请求杂质含量绝对不变的，才能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许丈量。并且差别厂家的仪表机能对被测介质的请求也是差别的。
（2）时差法超声波流量计
时差法超声波流量计是今朝操纵最为普遍的超声波流量计，它普通被用来丈量比拟洁净的液体流量，经常操纵在产业用水和自来水厂。
（3）管道式超声波流量计
管道式超声波流量计它的丈量精度是最高的，并且不受管道衬里和材质的限定，普通合用在对流量丈量精度请求很高的场所。管道式超声波流量计的错误谬误是在装配进程中，必然要堵截管道，并且当管径增大时，其本钱也在增添。普通环境下，都接纳中小口径的管道式超声波流量计，比拟经济适用。
2.2 超声波流量计的装配
超声波流量计的切确装配与公道选型均干系到超声波流量计可否普通丈量流量。超声波流量计的换能器地位普通挑选在阔别管道阀门、弯头的地位，能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许挑选在垂直管段或程度管段。在超声波流量计的换能器装配时，尽能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许地防止电焊机、变频调速器等能够或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许净化电源的场所。超声波流量计与上、下流直管段的间隔非常关头，普通挑选下流直管段为10D（D表现管道直径），下流直管段为 5D。
超声波流量计的换能器的装配体例有必然的请求，如多普勒效应超声波流量计普通接纳对贴式的装配体例，其最适合的地位不能选在管道的上、下流地位，可挑选在管道的程度地位。差别的装配体例，超声波流量计的换能器的旌旗灯号强度是差别的，其丈量的不变性也是不一样的。
2.3 超声波流量计的掩护
超声波流量计的掩护使命比拟于其余范例的流量计，掩护的使命量要少一些，普通超声波流量计的掩护首要是按期遏制现场的巡检，查抄超声波流量计的换能器是不是有松动，与管道之间是不是是粘合的杰出。对管道式的超声波流量计，普通要查抄管道与超声波流量计之间的法兰有不毗连好，在功课现场的侵蚀性气体、温度等对电子元件的影响。对拔出式的超声波流量计，要注重按期洁净探头上所聚积的水垢、杂质等，并且还要查抄在密封口处有不泄露的景象。对外贴式的超声波流量计，要查抄换能器是不是松动，钢带毗连有不紧固，和与管道之间的粘合剂是不是是杰出的。
4 结语
接纳超声波流量计丈量流量，具备及时性好、丈量的切确度高档特色。跟着超声波流量计的操纵愈来愈普遍，为产业现场的流量的丈量供给了很大的便利，超声波流量计在产业出产和计量方面都阐扬着首要的感化。
参考文献
