氣體超聲波流量計(jì)種類詳解

本文為您詳細(xì)解析氣體超聲波流量計(jì)的種類和選購要點(diǎn)。這是一份全面的指南，希望能幫助您做出最佳選擇。

第一部分：氣體超聲波流量計(jì)種類詳解

氣體超聲波流量計(jì)的核心原理是利用超聲波在流動氣體中順流和逆流傳播的時(shí)間差來計(jì)算流速和流量。根據(jù)其結(jié)構(gòu)、技術(shù)和應(yīng)用場景，主要可以分為以下幾大類：

1. 按聲道數(shù)量分類（這是最核心的分類方式）

聲道是指超聲波在流量計(jì)體內(nèi)傳播的路徑。聲道數(shù)量直接決定了儀表的精度、可靠性、對流場的要求和價(jià)格。

• 單聲道流量計(jì)

  • 工作原理： 只有一對超聲波換能器（發(fā)射/接收），形成一條測量路徑。

  • 優(yōu)點(diǎn)：

    • 成本最低： 結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。

    • 壓力損失小： 通常采用管段式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部無阻流件。

    • 安裝方便： 體積相對較小。

  • 缺點(diǎn)：

    • 精度較低： 對流速分布（流場）非常敏感，測量結(jié)果易受安裝條件（如前后直管段不足）影響。

    • 可靠性相對較低： 如果聲道被雜質(zhì)部分遮擋或氣體中出現(xiàn)團(tuán)狀流，測量會嚴(yán)重失真。

  • 適用場景： 對精度要求不高的過程控制、一般性氣體監(jiān)測、預(yù)算有限的場合。

• 多聲道流量計(jì)（雙聲道、三聲道、四聲道及以上）

  • 工作原理： 在管道截面上布置多對換能器，同時(shí)測量多個(gè)路徑上的線平均流速，通過加權(quán)積分法計(jì)算出面平均流速。

  • 優(yōu)點(diǎn)：

    • 精度高： 多路徑測量能有效補(bǔ)償流速分布不對稱的影響，精度可達(dá)±0.5%~±1.0%，甚至更高。

    • 可靠性高： 即使個(gè)別聲道出現(xiàn)故障或信號衰減，系統(tǒng)仍能通過其他聲道進(jìn)行測量并給出診斷報(bào)警。

    • 對流場要求低： 對前后直管段的要求遠(yuǎn)低于單聲道儀表。

  • 缺點(diǎn)：

    • 成本高： 換能器數(shù)量和電子單元復(fù)雜度成倍增加。

    • 結(jié)構(gòu)復(fù)雜： 通常為插入式或中大型管段式。

  • 適用場景：

    • 貿(mào)易交接： 天然氣、城市燃?xì)獾木珳?zhǔn)計(jì)量，這是多聲道流量計(jì)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。

    • 能源管理： 大型工廠的壓縮空氣、蒸汽、煤氣等高價(jià)值能源的精確計(jì)量。

    • 關(guān)鍵過程控制： 對流量測量要求極高的工業(yè)流程。

• 對射式（Z法）與反射式（V法、W法）

  • 這是聲道布置的幾何方式，在多聲道表中常見。

  • 對射式： 換能器直接安裝在管道相對兩側(cè)，信號穿透性強(qiáng)，信噪比高，是主流和首選方式。

  • 反射式： 超聲波在管壁上反射一次或多次后到達(dá)接收換能器?？梢栽谕粋?cè)安裝換能器，適用于小管徑或安裝空間受限的情況，但信號損失較大。

2. 按安裝方式分類

• 管段式： 流量計(jì)本身就是一個(gè)完整的測量管段，兩端帶有法蘭或焊接接口。出廠前經(jīng)過標(biāo)定，精度最高，是多聲道高精度計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)形式。

• 插入式： 將傳感器探頭插入已存在的管道中。優(yōu)點(diǎn)是可以在不停產(chǎn)的情況下安裝，成本相對較低（尤其對大管徑）。缺點(diǎn)是精度低于同級別的管段式，因?yàn)槠錅y量的是管道中某一點(diǎn)或某一線的流速，對安裝深度和位置非常敏感。

3. 按測量技術(shù)分類

• 時(shí)差法： 最主流、最成熟的技術(shù)。直接測量超聲波順流和逆流的傳播時(shí)間差。精度高，適用于潔凈、均質(zhì)的氣體。

• 多普勒法： 測量超聲波被氣體中懸浮顆?；驓馀莘瓷浜螽a(chǎn)生的頻率偏移。主要用于測量含有大量散射粒子的臟污氣體（如煙氣、未凈化的煤氣）。在潔凈氣體中無法工作。

• 相關(guān)法及其它： 屬于更小眾的技術(shù)，用于特定極端工況。

第二部分：如何挑選最適合的型號？（選購指南）

挑選氣體超聲波流量計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要綜合考慮以下關(guān)鍵因素：

第一步：明確核心應(yīng)用需求

1. 測量目的：貿(mào)易交接還是過程控制？

   • 貿(mào)易交接： 必須選擇高精度的多聲道管段式流量計(jì)。精度等級通常要求達(dá)到±1.0%或更高，并且需要遵循相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)（如AGA No.9）?？煽啃允堑谝晃弧?/span>

   • 過程控制： 根據(jù)控制精度要求決定。一般控制可選單聲道或雙聲道；高精度控制仍需多聲道。

   • 能源核算/內(nèi)部統(tǒng)計(jì)： 可選擇性價(jià)比高的雙聲道或高質(zhì)量的單聲道。

2. 精度要求：

   • 明確您需要的精度等級（如±1.0%， ±1.5%）。注意，精度通常是在一個(gè)特定的流量范圍（如20：1的量程比）內(nèi)給出的。量程比越寬，保持高精度的難度越大。

第二步：分析工況條件

3. 氣體介質(zhì)和組分：

   • 介質(zhì)類型： 天然氣、空氣、煤氣、蒸汽、氧氣、煙氣等。

   • 組分穩(wěn)定性： 超聲波流量計(jì)的測量基于聲速，而聲速與氣體分子量（組分）直接相關(guān)。對于組分變化大的氣體（如垃圾填埋氣、生化氣），需要配備在線色譜分析儀進(jìn)行實(shí)時(shí)組分補(bǔ)償，否則精度無法保證。

4. 流量范圍（量程比）：

   • 確定您現(xiàn)場的最小流量、常用流量和最大流量。

   • 確保所選型號的量程比能滿足您的需求。例如，如果夜間流量很小而白天流量很大，就需要一個(gè)量程比寬的流量計(jì)（如100：1甚至更高是多聲道超聲波的優(yōu)勢）。

5. 管道條件：

   • 管徑： 直接決定可選類型。小管徑（<DN100）多用管段式；大管徑（>DN300）可考慮插入式以節(jié)約成本。

   • 壓力與溫度： 確保流量計(jì)的額定壓力和工作溫度范圍覆蓋您的工況。

   • 前后直管段： 評估安裝位置的前后直管段是否充足。如果直管段很短，必須選擇多聲道流量計(jì)，因?yàn)樗鼘α鲌鰯_動的容忍度更高。

6. 氣體潔凈度：

   • 潔凈、干燥氣體： 首選時(shí)差法。

   • 含有少量液滴或雜質(zhì)： 需要選擇具有信號質(zhì)量監(jiān)控和自適應(yīng)增益控制功能的時(shí)差法流量計(jì)。

   • 臟污、含大量顆?；蛞旱蔚臍怏w： 考慮多普勒法超聲波流量計(jì)，或者徹底放棄超聲波，考慮其他原理（如楔形流量計(jì)）。

第三步：評估附加功能與成本

7. 診斷與自校驗(yàn)功能：

   • 高質(zhì)量的超聲波流量計(jì)具有強(qiáng)大的自診斷功能，能實(shí)時(shí)監(jiān)測信號強(qiáng)度、信噪比、各聲道工作情況，甚至可以實(shí)現(xiàn)在線干標(biāo)（通過測量聲速與理論值對比，驗(yàn)證儀表健康狀態(tài)），這對于貿(mào)易交接應(yīng)用至關(guān)重要。

8. 輸出信號與通信協(xié)議：

   • 需要標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA模擬輸出、脈沖輸出，還是需要現(xiàn)場總線（如HART, Profibus, Modbus, Foundation Fieldbus）？是否需要內(nèi)置數(shù)據(jù)記錄器？

9. 認(rèn)證與標(biāo)準(zhǔn)：

   • 用于貿(mào)易交接的儀表通常需要第三方認(rèn)證，如OIML、MID（歐洲）、ATEX（防爆）等。確保所選型號具備所需的認(rèn)證。

10. 總擁有成本：

    • 不僅要考慮初次采購成本，還要考慮安裝成本、維護(hù)成本、校準(zhǔn)成本以及因測量不準(zhǔn)造成的能源或物料損失成本。一臺高可靠性的多聲道流量計(jì)雖然初始投資高，但能避免未來巨大的計(jì)量糾紛和損失。

總結(jié)與快速選型表

最后建議： 在最終決定前，最好將詳細(xì)的工況參數(shù)提供給2-3家信譽(yù)良好的流量計(jì)制造商（如西門子、艾默生、克羅尼、國內(nèi)知名品牌等），讓他們提供詳細(xì)的技術(shù)方案和選型建議，并進(jìn)行綜合對比。這樣能確保您選到最適合、最經(jīng)濟(jì)高效的型號。如想了解更多流量計(jì)相關(guān)信息或者流量計(jì)選型，可咨詢艾絲特流量計(jì)廠家技術(shù)客服：180 1926 2426（微信同號）獲取幫助。