气体超声波流量统计─天然气流量计量的发展趋势
日期：2009-10-21 8:10:45 点击：
来源：互联网
作者：
来源：互联网
作者：
点击【 大 中 小 】放大字体.
应用超声波原理测量流量始于1928年，而进入实用阶段约在20世纪70年代，但仍限于测量液体。用于测量气体流量约在90年代，至今不到10年。由于气体超声波流量计具有许多传统流量计（孔板、涡轮、涡街……等）无法相比的突出优点（见表1），在天然气流量计量领域中，它犹如一颗耀眼的新星，备受国内外工程技术界的关注。2000年6月在巴西召开的“FOLMEKO2000第十届流量测量国际学术讨论会”上，重点讨论了超声波流量计，该方面的论文数占论文总数的29.4%，接近1/3；而历届讨论最多的有关差压式的论文数仅占17.6%，不再成为热点。从发展趋势来看，由于超声波流量计具有精确度高、性能稳定可靠、量程比大、管道中无检测件等特点，在工程应用及国际贸易中，大有后来居上取代传统流量仪表的趋势。目前，美国、英国、荷兰、德国、加拿大、俄罗斯等10余个国家已批准它为天然气贸易输送系统的计量仪表。据了解，我国也正对此进行技术谁，制定了标准。仅以我国四大世纪工程之一的西气东输工程为例，经多次流量计量论证，已将气体超声波流量计作为流量计量的首选仪表。据估算，该项目一期工程对检测控制仪表的投资将达到100亿元左右。流量计量是整个工程中重要的检测参数，初步估计，管道为DN150~1000的大中型天然气输配计量站约数百个，DN100以下的流量计量所需仪表将以万计，流量计量投资约10亿元左右。这个巨大的市场对于仪表生产厂商来说，真是千载难逢！
表1 流量计的性能比较
二 原理
1.流速测量
目前用超声波法来测气体流量，时差法几乎是唯一的选择。
其测量原理如图1所示，A、B是安装在管道上的两个换能器（Transducer）,既可发射又可接受超声波。A牌上游，B牌下游，两者轴向距离为X，声道长度为L。从A向B发出的超声波顺流向到达B所需时间：
tab=L/(C+Vmcosθ)
式中 C——声速
Vm——声道上的平均流速
θ——换能器安装的倾角（声道角度）
B接受信号后，向A返回的超声波信号为逆流向，所需时间为：
tab=L/(C-Vmcosθ)
再考虑cos?=X/L，两式相减化简可得
从式（1）可知，用时差法测流体的轴向速度与声速C无关，这就大大简化了测量电路。这个方法早为人们所知，但实际应用到测量气体流量当时还有困难。近几年来由于集成电路的飞速发展，可以精确测量极其微小的时间差（达10-9~10-12s），才使其得以进入实用阶段。目前对时差的处理电路有PLL（锁向环路）、TLL（时间锁定环路）及LEFM（波前沿时间差法）等。
2.流量测量
流量应为管道横截面积A乘以流过管道横截面的流体流速V，它与上述声道L上的平均流速Vm并不相等，可用系数K予以修正，K=Vm/V。系数K取决于流体的雷诺数Re，在管道内充分发展的紊流条件下
K=1.119-0.011×logRe (2)
当流速V变化10倍时，K值将变化1%，在进行精确测量时，必须用K对流量值进行动态修正。
当管道的直管段不够长时，管内的流速分布不能形成充分发展的紊流，这将降低许多流量仪表测量的精确度。而超声波流量计可采取多声道的办法（可采用8个换能器、4个声道以测量整个截面的流速，如图（2）以减少受到的影响，帮仍可保持高达±0.5%~±1%的精确度。
三 特点
时差式气体超声波流量计现已成为当今气体流量（特别是高压、大口径）计量的首选仪表，它的特点如下：
（1）适用于大口径管道测量，口径范围75~1200mm，最大口径可达1600mm；
（2）精确度一般优于±0.5%，重复性可达±0.1%；
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
应用超声波原理测量流量始于1928年，而进入实用阶段约在20世纪70年代，但仍限于测量液体。用于测量气体流量约在90年代，至今不到10年。由于气体超声波流量计具有许多传统流量计（孔板、涡轮、涡街……等）无法相比的突出优点（见表1），在天然气流量计量领域中，它犹如一颗耀眼的新星，备受国内外工程技术界的关注。2000年6月在巴西召开的“FOLMEKO2000第十届流量测量国际学术讨论会”上，重点讨论了超声波流量计，该方面的论文数占论文总数的29.4%，接近1/3；而历届讨论最多的有关差压式的论文数仅占17.6%，不再成为热点。从发展趋势来看，由于超声波流量计具有精确度高、性能稳定可靠、量程比大、管道中无检测件等特点，在工程应用及国际贸易中，大有后来居上取代传统流量仪表的趋势。目前，美国、英国、荷兰、德国、加拿大、俄罗斯等10余个国家已批准它为天然气贸易输送系统的计量仪表。据了解，我国也正对此进行技术谁，制定了标准。仅以我国四大世纪工程之一的西气东输工程为例，经多次流量计量论证，已将气体超声波流量计作为流量计量的首选仪表。据估算，该项目一期工程对检测控制仪表的投资将达到100亿元左右。流量计量是整个工程中重要的检测参数，初步估计，管道为DN150~1000的大中型天然气输配计量站约数百个，DN100以下的流量计量所需仪表将以万计，流量计量投资约10亿元左右。这个巨大的市场对于仪表生产厂商来说，真是千载难逢！
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
表1 流量计的性能比较
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 项目 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 |
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 孔板 P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 |
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 涡街 WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 |
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 涡轮 P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 |
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 超声波 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) |
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户) 精确度（%） WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 |
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户) ±1 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) |
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 ±1 WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 |
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 ±1 P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 |
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) ±0.5 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 |
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 量程比 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 |
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 3：1 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 |
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 30:1 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 |
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 20:1 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 |
plcjs.技.术_网 300:1 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 |
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 管径范围（mm） WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) |
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 50~800 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 |
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 50~300 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) |
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 10~500 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 |
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 75~1600 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) |
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 压损 plcjs.技.术_网 |
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 很大 WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 |
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 较小 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 |
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 较小 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) |
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 无 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) |
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 对涡流的敏感 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) |
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 很敏感 WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 |
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 很敏感 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 |
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 较敏感 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) |
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 不敏感 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 |
plcjs.技.术_网 对流速分布的敏感 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 |
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 很敏感 plcjs.技.术_网 |
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 很敏感 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 |
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 较敏感 P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 |
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 不敏感 plcjs.技.术_网 |
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 测脉动流 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 |
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 不适合 WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 |
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 不适合 P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 |
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 不适合 plcjs.技.术_网 |
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 适合 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) |
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 测双向流 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 |
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 不能 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 |
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 不能 P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 |
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 不能 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) |
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 可以 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) |
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 测湿气体 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 |
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 不能 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) |
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 不能 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) |
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 不能 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 |
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 可以 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 |
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 清洗管路 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) |
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户) 不能 plcjs.技.术_网 |
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 不能 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 |
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 不能 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) |
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 可以 WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 |
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
二 原理
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
1.流速测量
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
目前用超声波法来测气体流量，时差法几乎是唯一的选择。
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
其测量原理如图1所示，A、B是安装在管道上的两个换能器（Transducer）,既可发射又可接受超声波。A牌上游，B牌下游，两者轴向距离为X，声道长度为L。从A向B发出的超声波顺流向到达B所需时间：
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
tab=L/(C+Vmcosθ)
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
式中 C——声速
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
Vm——声道上的平均流速
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
θ——换能器安装的倾角（声道角度）
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
B接受信号后，向A返回的超声波信号为逆流向，所需时间为：
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
tab=L/(C-Vmcosθ)
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
再考虑cos?=X/L，两式相减化简可得
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
从式（1）可知，用时差法测流体的轴向速度与声速C无关，这就大大简化了测量电路。这个方法早为人们所知，但实际应用到测量气体流量当时还有困难。近几年来由于集成电路的飞速发展，可以精确测量极其微小的时间差（达10-9~10-12s），才使其得以进入实用阶段。目前对时差的处理电路有PLL（锁向环路）、TLL（时间锁定环路）及LEFM（波前沿时间差法）等。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
2.流量测量
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
流量应为管道横截面积A乘以流过管道横截面的流体流速V，它与上述声道L上的平均流速Vm并不相等，可用系数K予以修正，K=Vm/V。系数K取决于流体的雷诺数Re，在管道内充分发展的紊流条件下
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
K=1.119-0.011×logRe (2)
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
当流速V变化10倍时，K值将变化1%，在进行精确测量时，必须用K对流量值进行动态修正。
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
当管道的直管段不够长时，管内的流速分布不能形成充分发展的紊流，这将降低许多流量仪表测量的精确度。而超声波流量计可采取多声道的办法（可采用8个换能器、4个声道以测量整个截面的流速，如图（2）以减少受到的影响，帮仍可保持高达±0.5%~±1%的精确度。
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
三 特点
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
时差式气体超声波流量计现已成为当今气体流量（特别是高压、大口径）计量的首选仪表，它的特点如下：
plcjs.技.术_网
（1）适用于大口径管道测量，口径范围75~1200mm，最大口径可达1600mm；
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
（2）精确度一般优于±0.5%，重复性可达±0.1%；
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
上一篇: 探询插入式流量计的精确度下一篇: 现场仪表系统故障的基本分析步骤
评论内容
载入中...
载入中...
P
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！
·最新招聘信息
·最新求职信息
·推荐产品
·推荐厂商
·栏目热门排行
·站内热门排行