新型超聲波流量計

大慶油田天然氣分公司

新型超聲波流量計

徐日升大慶油田天然氣分公司

超聲波流量計近年來在天然氣計量領域中廣泛應用，它由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。新型超聲波流量計內部裝有新型流量調節裝置或整流器，一方面能消除流體漩渦對測量的影響，另一方面使流體充分地與管線對稱軸形成完整對流。實驗表明：當該超聲波流量計發出頻率為40 kHz的超聲波時，儀表的準確度最高，可達到0.25級，而一般的超聲波流量計都達不到0.25級的準確度。

流量計；超聲波；傳播時間

目前市場上所用的流量計按使用時是否在流體上附加能量而主要分為兩大類。一類是流量計在流體上附加能量，如電磁能、聲能，代表有電磁流量計，超聲波流量計；另一類是流量計在流體上不附加任何能量，只通過流體自身能量的變化而計量流量，如渦輪流量計、孔板流量計。研究表明，第一類流量計的計量準確度高，更適合計量發展的要求。

超聲波流量計近年來在天然氣計量領域中廣泛應用，它由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。其通過檢測流體流動時對超聲脈速的作用以測量流體的流量，采用高斯積分的方法來消除流量計在管道上安裝帶來的系統誤差。

根據對信號檢測的原理，目前超聲波流量計檢測方法大致可分傳播速度差法（包括直接時差法、時差法、相位差法、頻差法）、波束偏移法、多普勒法、相關法、空間濾波法及躁聲法等。其中噪聲波流量計原理及結構最簡單，便于測量和攜帶，價格便宜，但準確度較低，適于在流量測量準確度要求不高的場合使用。由于直接時差法、時差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測量超聲脈沖順流和逆流傳報時速度之差來反映流體的流速的，故又統稱為傳播速度差法。其中步差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準確度較高，所以被廣泛采用。

波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產生偏移來反映流體流速的，低流速時靈敏度很低，適用性不大。

多普勒法是利用聲學多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體的流量測量。

相關法是利用相關技術測量流量，此法的測量準確度與流體中的聲速無關，因而測量準確度高，適用范圍廣。

美國標準技術研究院近幾年致力于研究準確度更高的超聲波流量計。目前研制的這種新型超聲波流量計采用11聲道。在實驗中，通過計算機模擬流體在管道中的流動和超聲波信號在流體內傳播的情況，以此精確確定超聲波在流體內部傳播的時間。通過分析信號衰減而獲取相應的修正系數，并在計算機中建立流體不同流動情況下的數據庫并加以分析從而提高了傳播時間的準確性；再通過修正后的高斯積分公式及加速計算法計算出流體的瞬時體積流量，大大提高了超聲波流量計的準確性。

新型超聲波流量計內部裝有新型流量調節裝置或整流器，一方面能消除流體漩渦對測量的影響，另一方面使流體充分地與管線對稱軸形成完整對流，從而使超聲波能完整地在流體內傳播，保證了8聲道內的超聲波傳播時間測量的高再現性，從而提高計量精度。

實驗表明：當該超聲波流量計發出頻率為40 kHz的超聲波時，儀表的準確度最高，可達到0.25級,而一般的超聲波流量計都達不到0.25級的準確度。

該流量計具有以下優點：①抗干擾能力好，能在復雜和惡劣的環境下穩定工作；②量程寬，管徑范圍為50～1 500mm，可測流速范圍可達±30m/s；③測量精確度較高，可達0.25%；④適用范圍廣，可適用于不同溫度和壓力的多種氣體流量的測定。

隨著油田計量標準的提高及節能降耗工作的開展，這種最新型的超聲波流量計在油田有著廣闊的應用前景。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.055