氣體超聲波流量計(jì)|廠家價(jià)格|規(guī)格參數(shù)選型伴隨著工業(yè)化水平的不斷提高，化工、冶金、石油天然氣輸送等各行各業(yè)對(duì)氣體流量計(jì)的需求也越來越大[1]。而目前大規(guī)模應(yīng)用于市場(chǎng)的氣體流量計(jì)主要有孔板、渦街和渦輪流量計(jì)等[2]。其中，孔板流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、成本低廉等特點(diǎn)，但是，其壓損較大、量程比較低。相對(duì)于孔板流量計(jì)，渦輪和渦街流量計(jì)對(duì)氣體壓力損失相對(duì)較小，量程比較寬，但是，其對(duì)管道振動(dòng)和脈動(dòng)流比較敏感。

與傳統(tǒng)氣體流量計(jì)相比，氣體超聲波流量計(jì)具有無壓損、量程比大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，特別適合測(cè)量不易接觸和觀察的流體以及大口徑流量[6-10]。超聲流量計(jì)與這些傳統(tǒng)儀表的詳細(xì)對(duì)比如表 1.1 所示。
表 1.1 多種氣體流量計(jì)的性能對(duì)比

表 1.1 多種氣體流量計(jì)的性能對(duì)比

氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量原理：
氣體超聲波流量計(jì)是利用氣體流動(dòng)對(duì)超聲波束的信號(hào)調(diào)制作用并通過檢測(cè)回波信號(hào)來獲取氣體體積流量[11]。測(cè)量原理主要有多普勒法、噪聲法、相關(guān)法、波束偏移法和傳播速度差法。而傳播速度差法在實(shí)際中應(yīng)用較為廣泛[12]。
當(dāng)管道有流體流過時(shí)，以管道作為固定的坐標(biāo)系時(shí)，超聲波信號(hào)在管道內(nèi)部的順逆流傳播速度是不同的。而傳播速度差法就是利用順流傳播速度和逆流傳播速度之差與管道中流體流速之間的關(guān)系來計(jì)算出流量[13]。按照測(cè)量量的不同可以分為頻差法、時(shí)差法和相位差法。目前，相位差法和頻差法的儀表由于受環(huán)境影響較大，已不再生產(chǎn)，而時(shí)差法受溫度變化引起的測(cè)量誤差較小，得到了國內(nèi)外廠家的普遍應(yīng)用[14]。因此，本論文運(yùn)用時(shí)差法測(cè)量原理。
氣體超聲波流量計(jì)示意圖如圖 1.1 所示。在管道的兩端，分別安裝兩個(gè)超聲波信號(hào)的換能器用于發(fā)射和接收超聲波信號(hào)。兩個(gè)換能器的直線傳播距離為 L，超聲波傳播方向與管道軸線之間的夾角為，順流和逆流的傳播時(shí)間分別為和，管道內(nèi)氣體的平均線流速為，靜止?fàn)顟B(tài)下，超聲波的傳播速度為。
圖 1.1 氣體超聲波流量計(jì)示意圖

圖 1.1 氣體超聲波流量計(jì)示意圖

超聲波的實(shí)際傳播速度是聲速和流體在聲道方向上的速度分量 ucosθ 的疊加。
計(jì)算公式

式中，為比例參數(shù)，通過氣體流量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)可以獲得。 流體的瞬時(shí)流量等于管道橫截面積乘以管道面平均速度。
計(jì)算公式
由式(1.4)可見，通過測(cè)量出超聲波在順流和逆流的傳播時(shí)間，即可計(jì)算出管道中氣體的平均線流速，與超聲波傳播速度、壓力、溫度等無關(guān)。因此，氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量精度受外界環(huán)境影響較小。

氣體超聲波流量計(jì)組成：
一次儀表包括流量管、超聲波換能器及其安裝部件。一次儀表是通過將激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣體超聲波，并將含有氣體流速信息的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為回波信號(hào)來實(shí)現(xiàn)能量的傳輸和信號(hào)的傳遞[16]。根據(jù)超聲波換能器聲道走向分布方式，流量計(jì)可分為直射式、一次反射式和二次反射式[17]。三種分布方式的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表 1.2 所示。
表 1.2 各聲道分布方式性能對(duì)比

根據(jù)超聲波聲道個(gè)數(shù)分類，超聲波流量計(jì)主要分為單聲道、雙聲道、四聲道。由于單聲道氣體超聲波流量計(jì)只有一對(duì)聲道，因此，它只能測(cè)量管道中一個(gè)流層的氣體線流速。當(dāng)管道內(nèi)流場(chǎng)分布不均時(shí)，單聲道氣體超聲波流量計(jì)的測(cè)量精度較差。國內(nèi)研究好廣泛的流量計(jì)是雙聲道氣體超聲波流量計(jì)，其主要應(yīng)用于城市管道燃?xì)獾倪^程控制中。在天然氣貿(mào)易計(jì)量領(lǐng)域，四聲道氣體超聲波流量計(jì)則占有的比重[18]。
由于市場(chǎng)上雙聲道和四聲道的儀表應(yīng)用較為廣泛，下面詳細(xì)分析雙聲道直射式和四聲道直射式一次儀表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
雙聲道直射型分布方式示意圖如圖 1.2 所示。兩對(duì)換能器分別安裝在管道兩側(cè)，形成一對(duì)交叉的聲道。因其聲道的對(duì)稱性，所以，不需要考慮聲道權(quán)重的調(diào)配問題。但是，當(dāng)其中一個(gè)聲道出現(xiàn)問題時(shí)，其測(cè)量精度和量程比會(huì)受較大的影響。目前雙聲道直射式儀表主要應(yīng)用于過程控制和城市燃?xì)獾挠?jì)量。