超聲波流量計是一種跟隨集成電路技術而迅速地發展起來的非接觸式的儀表，主要適用于測量那些不易接觸及觀察的流體和大管徑的流量。近些年以來，超聲波流量計由于它以不接觸的方式就能夠實施流量測量的特點，有效地解決了在放射性、強腐蝕、粘性、堵塞、壓損要求小、有氣泡、含顆粒等工作條件測量液體或氣體流量的難題；同時，隨著技術的發展，超聲波流量計的新品種大量涌現，因此被廣泛地應于醫藥、石化、環保等相關領域。本文概要闡述了對超聲波流量計的工作原理和主要特點，講解了超聲波流量計選型應把握的原則，簡單介紹了超聲波流量計在石油化工行業計量工作中的應用，希望此文能使廣大讀者對于超聲波流量計在石油化工行業的實際應用有一個較為直觀的認識。

　　1 超聲波流量計的工作原理

　　按照檢測方式不同，超聲波流量計可以分成傳播速度差法、噪聲法、波束偏移法、多普勒法、相關法等等不同的類型。實際應用中，傳播速度差法中的時間差法應用較多，因此這里只介紹時間差法的基本原理。超聲波束在流體當中傳播的時候，流體的流動會使波束的傳播時間出現微小的變化，且傳播時間的變化與流速成正比。假設靜止的流體中聲速是c，流體的流動速度是u，傳播的距離是L，當聲波和流體的流動方向保持一致的時候（順流的方向），它的傳播的速度是c+u；方向相反時，傳播的速度是c-u。在相距L的兩點分別設置兩組的超聲波發生器與接收器（T1，R1）與（T2，R2）。當T1順時針方向、T2逆時針方向進行超聲波發射的時候，超聲波到達接收器R1、R2的時間分別為t1、t2，那么t1=L/（c+u），t2=L/（c-u）。由于管道中流體流速與聲速相比要小得多，即：c>>u，所以兩者時間差▽t=t2-t1=2Lu/cc。據此，若在流體中聲波傳播的速度c為已知的，那么測出時間差▽t，就能求得流速u，從而也就求出了流量Q。用此原理測量流量的方法就是時差法。

　　2 超聲波流量計的特點

　　和傳統的機械、電磁式的測量流量的儀表相對比，超聲波流量計主要具有以下優點：

　　一是作為一種非接觸式的儀表，超聲波流量計能夠在管道外部測量，它完全沒有壓力的損失，也不會流體流動的狀態的改變，對原有的管道不需要進行任何的加工就可以測量。二是超聲波流量計輸出信號和被測的流體的流量為線性的關系。三是測量的結果不會受到被測的流體黏度及電導率等影響，可以用來測量非導電性的液體或者氣體。四是對大口徑、大流量的測量，它的測量成本基本和管徑大小沒有任何關系，能夠實現能耗的節約，而不象其它類型的流量計管徑增大、成本會大幅度地增加。五是它更能適合所處條件較惡劣的被測流體，由于檢測不需要接觸，從而帶來很大便利和好處。

　　它的缺點主要表現在，對于外夾式的超聲波流量計，檢測元件的維修和更換較為方便，不用斷流，也不會影響生產運行，可是，由于其在管道外進行測量，聲道的數量比較少，因此精度比管道嵌入式的低；而對于管道嵌入式的超聲波流量計，一方面維修與更換會較為麻煩，另一方面由于有三、四聲道和更多聲道的產品，其精度會很高。還有，由于超聲波流量計的安裝對前后的直管段要求上有很大的限制，從而產生較高的造價和運輸成本。

　　3 超聲波流量計選型的注意事項

　　超聲波流量計選型工作較為復雜，關注的內容包括：被測的介質類別、儀表的性能和參數、換能器的類型、功能及適用的范圍、聲道的設置、前后的直管段長度的要求等等。選型應當注意以下幾個方面：一是要了解被測對象的現場情況和物理的特性；二是其信號的處理單元必須適合戶外、爆炸、危險性等類型的場所進行安裝，防爆和防護的等級必須符合現場的要求。二是換能器的前后應有一定長度的直管段，從而確保流體流速的分布，通過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之內，不可以安裝閥、泵等擾動設備。三是換能器要安裝于傾斜及水平的管道上的時候，不能裝于上部或者底部，避免管道中的氣體或者雜質進到測量的聲道當中。四是換能器安裝必須使超聲波的傳播路徑經過管道的中心。四是要區分被測對象進行選型，氣體用的換能器頻率一般在100至300KHz，而液體用的換能器頻率一般為1至5MHz。

　　4 超聲波流量計在石化行業計量中的應用

　　4.1 用時差法超聲波流量計來測量成品油

　　超聲波流量計可以進行多聲道進行測量；能通過報警功能和智能檢定軟件診斷來監測其運行的狀態；能對各聲道自動增益進行調節；能夠測量出各聲道流速的分布、進行第一聲道聲速的計算，從而校正旋渦流、橫向流及不對稱流；在被測的液體密度和粘度發生變化的時候，能通過聲速的測量來反推油品密度和粘度，從而利用超聲波流量計替替代密度計，解決處理混油段技術。

　　4.2 標準體積管實流標定超聲波流量技術

　　雙向標準體積管屬于標準容積式的機械設備類型，在U型的標準管段的進口和出口裝著檢測開關兩（或四）個，排液球或活塞一個。觸動首個檢測開關，排液球進到標準段；排液球觸動第二個檢測開關，則離開了標準段。超聲波流量計進行測量的原理說明，其脈沖與真實的流速（或流量）會有固定的延時。然而管道中流體的擾動很復雜，會包括多次擾動的渦流及非軸向的速度成分。超聲波流量計沿一或多個采樣的聲道，通過發射器與接收器的正反向的時差，可以檢測、推導、計算出流體的流速。

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