氣體超聲波流量計|廠家價格|規格參數選型伴隨著工業化水平的不斷提高，化工、冶金、石油天然氣輸送等各行各業對氣體流量計的需求也越來越大[1]。而目前大規模應用于市場的氣體流量計主要有孔板、渦街和渦輪流量計等[2]。其中，孔板流量計具有結構簡單、性能穩定、成本低廉等特點，但是，其壓損較大、量程比較低。相對于孔板流量計，渦輪和渦街流量計對氣體壓力損失相對較小，量程比較寬，但是，其對管道振動和脈動流比較敏感。
與傳統氣體流量計相比，氣體超聲波流量計具有無壓損、量程比大、精度高等優點，特別適合測量不易接觸和觀察的流體以及大口徑流量[6-10]。超聲流量計與這些傳統儀表的詳細對比如表 1.1 所示。
表 1.1 多種氣體流量計的性能對比
表 1.1 多種氣體流量計的性能對比
氣體超聲波流量計測量原理：
氣體超聲波流量計是利用氣體流動對超聲波束的信號調制作用并通過檢測回波信號來獲取氣體體積流量[11]。測量原理主要有多普勒法、噪聲法、相關法、波束偏移法和傳播速度差法。而傳播速度差法在實際中應用較為廣泛[12]。
當管道有流體流過時，以管道作為固定的坐標系時，超聲波信號在管道內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系來計算出流量[13]。按照測量量的不同可以分為頻差法、時差法和相位差法。目前，相位差法和頻差法的儀表由于受環境影響較大，已不再生產，而時差法受溫度變化引起的測量誤差較小，得到了國內外廠家的普遍應用[14]。因此，本論文運用時差法測量原理。
氣體超聲波流量計示意圖如圖 1.1 所示。在管道的兩端，分別安裝兩個超聲波信號的換能器用于發射和接收超聲波信號。兩個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間分別為和，管道內氣體的平均線流速為，靜止狀態下，超聲波的傳播速度為。
圖 1.1 氣體超聲波流量計示意圖
圖 1.1 氣體超聲波流量計示意圖
超聲波的實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。
計算公式
式中，為比例參數，通過氣體流量標定實驗可以獲得。 流體的瞬時流量等于管道橫截面積乘以管道面平均速度。
計算公式
由式(1.4)可見，通過測量出超聲波在順流和逆流的傳播時間，即可計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。因此，氣體超聲波流量計測量精度受外界環境影響較小。
氣體超聲波流量計組成：
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信號轉換為氣體超聲波，并將含有氣體流速信息的超聲波信號轉換為回波信號來實現能量的傳輸和信號的傳遞[16]。根據超聲波換能器聲道走向分布方式，流量計可分為直射式、一次反射式和二次反射式[17]。三種分布方式的優缺點對比如表 1.2 所示。
表 1.2 各聲道分布方式性能對比
根據超聲波聲道個數分類，超聲波流量計主要分為單聲道、雙聲道、四聲道。由于單聲道氣體超聲波流量計只有一對聲道，因此，它只能測量管道中一個流層的氣體線流速。當管道內流場分布不均時，單聲道氣體超聲波流量計的測量精度較差。國內研究好廣泛的流量計是雙聲道氣體超聲波流量計，其主要應用于城市管道燃氣的過程控制中。在天然氣貿易計量領域，四聲道氣體超聲波流量計則占有的比重[18]。
由于市場上雙聲道和四聲道的儀表應用較為廣泛，下面詳細分析雙聲道直射式和四聲道直射式一次儀表的結構特點。
雙聲道直射型分布方式示意圖如圖 1.2 所示。兩對換能器分別安裝在管道兩側，形成一對交叉的聲道。因其聲道的對稱性，所以，不需要考慮聲道權重的調配問題。但是，當其中一個聲道出現問題時，其測量精度和量程比會受較大的影響。目前雙聲道直射式儀表主要應用于過程控制和城市燃氣的計量。
