系列超聲波流量計/熱量計通過高精度時間數字轉換芯片對超聲波傳輸時間進行測量，有效克服零點漂移、小流量測量誤差大等問題；綜合利用頻差法和時差法，使用實時聲速、溫度補償等技術對流量進行補償；人機接口畫面豐富，支持多種通信方式；具有計量精度高、操作簡便、運行穩定等優點。

l  全系列產品流量測量精度優于1.0級；

l  支持多聲道測量，默認為雙聲道，有效提高了儀表在複雜流體狀態中的測量準確性和可靠性；

l  綜合採用頻差法和時差法測量技術，聲速自動補償，時間分辨率達到45皮秒，有效避免零點漂移，提高了小流量測量精度；

l  支持RS485通信，具有4 ~ 20mA變送功能，與企業能源管理系統集成更加方便；

l  支持AC 220V、DC 24V兩種電源輸入方式；

l  主機與探頭類型多樣化，可根據現場需求搭配使用，能夠滿足特殊環境的安裝與測量；

l  人機界面豐富，使用操作便捷。

1.  工作原理

1.1.  流量測量

超聲波流量計通過上、下游傳感器相互發送及接收1Mhz超聲波，當超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間發生微小變化，並且其傳播時間的變化正比于液體的流速，如圖2.1所示。

圖2.1  超聲波流量計測量原理

液體流速與傳輸時間的關係為：

其中：     液體流速(線速度)

聲束在液體的直線傳播次數         管道內徑

聲束在沿流速方向的傳播時間    聲束在沿流速反方向的傳播時間

  傳輸時間差              聲束與液體流動方向的夾角

 

超聲波流量計測量原理-單聲道

流量計計算公式：Q=3600×Ѷ×S

Q 流量m3/h     Ѷ 流速（面速度）m/s      S 管道截面積

為了測量實際流量需將線速度V轉換為面速度Ѷ：Ѷ=K×V

由於管道中流速為不規則分布，轉換時需引入數據模型K來進行轉換，而K則通過雷諾數根據以下公式進行得出：

雷諾數根據以下公式進行得出：

流體狀態	雷諾數Re	修正係數K
層流	＜2000	0.75
過渡流	2000~4000	0.85
紊流	＞4000

超聲波流量計測量原理-雙聲道

 

因單聲道超聲波流量計通過一點線速度引入數據模型K計算管道實際流量，而實際使用過程中只要流速高于0.015m/s流體即進入紊流狀態，管道內流速分布複雜，難免存在積算誤差，雙聲道超聲波流量計通過兩組傳感器測量管道內各點的實際流速，模擬實際運行中管道內流速分布情況，解決線速度V轉換為面速度Ѷ的準確性以提高儀表整體的計量精度。如圖2.2

 

圖2.2  超聲波流量計雙聲道示意圖

流量計算公式：Q=ΣV×S

V=f（v1.v2）

V=a2×r2+a1×r1+a0

a為多項式係數，採用最小二乘法求得

雙聲道超聲波流量計通過兩對聲道測得的流

速，將管道模擬成多個區域採用多項式擬合法進

行流量積算以便得到最為精確的流量數據。

 

1.2.  熱量測量

熱量測量即在流量測量的基礎上，增加兩路PT1000輸入，採用兩線制接線，測溫範圍-50℃~150℃，使用符合國家標準的焓差法和比熱溫差法計算熱量，其中焓差法僅用於水介質的熱量計算。

2.  產品介紹

超聲波流量計，由測量主機與換能器兩部分組成，其出廠檢定依據中華人民共和國國家計量檢定規程JJG1030-2007《超聲流量計》進行出廠檢定。

1.1.1.  主機性能參數

項目		性能、參數
測量主機（一次儀表）	精度	1.0級
	重複性	≤0.2%
	最大流速	16m/s(管段式、插入式)、32m/s（外縛式）
	測量週期	500ms（每秒2次）
	測量原理	超聲波時差原理，4字節IEEE754浮點運算
	顯示接口	4×12背光型字符液晶
	操作	6位輕觸按鍵
	輸入	兩路兩線制PT1000鉑電阻輸入迴路，可實現熱量計量功能（焓差法）
	輸出	電流信號：4~20mA，阻抗600Ω浮空，準確度0.1% 數據接口：隔離RS485串行接口 繼電器輸出：無源節點
	通訊協議	MODBUS-RTU協議(寄存器地址見附錄)
	其它功能	自動記憶前7日、前2個月的累積流量 工作參數可固化到機內的FLASH存儲器中，上電時自動調出
	平均電流	50mA
	工作溫度	-10℃~70℃（可特殊定製）
	工作範圍	連續工作
傳 感 器	外縛式	DN80mm~DN6000mm
	插入式	DN80mm~DN6000mm
	管段式	DN15mm~DN1000mm
	信號電纜	SEYV75-2/4屏蔽雙絞線（標配5m）
	防護等級	IP65（特殊需求可定製）
	工作溫度	0℃~80℃（可特殊定製）
	工作壓力	≤1.6MPa（可特殊定製）
可測管道	管材	碳鋼、不鏽鋼、鑄鐵、PVC、銅、鋁、水泥管等一切質地密緻管道 允許有襯裡
	襯材	環氧瀝青、橡膠、灰漿、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚乙烯、硬質橡膠、膠木、聚四氟乙烯
	內徑	15mm~6000mm
	直管段長度	上游≧10D，下游≧5D，距泵出口處≧30D。
可測液體	種類	水、海水、酸碱液、食物油、汽、煤、柴油、原油、酒精、啤酒等能傳播超聲波的均勻液體。
	濁度	≦20000ppm，污水測時效果好

 

1.2.  換能器類型

超聲波流量計，可搭配多種換能器，其包含插入式、外縛式以及管段式，滿足絕大多數應用場合。圖3.1顯示了主機所支持換能器。

法蘭式傳感器參數以及所支持的管徑如下表所示：

表3.2  管段式換能器參數

公稱口徑(mm)	常用流量(m3/h)	長度(mm)	連接法蘭
50	25	200	Ф165×Ф125 - 4×Ф19
65	40	200	Ф185×Ф145 - 4×Ф19
80	63	225	Ф200×Ф160 - 8×Ф19
100	100	250	Ф220×Ф180 - 8×Ф19
125	150	250	Ф250×Ф210 - 8×Ф19
150	220	300	Ф285×Ф240 - 8×Ф22
200	400	350	Ф340×Ф295 - 12×Ф22
250	600	450	Ф405×Ф355 - 12×Ф26
300	900	500	Ф460×Ф410 - 12×Ф26
350	1200	500	Ф520×Ф470 - 16×Ф26
400	1500	600	Ф580×Ф525 - 16×Ф30

 

1.1.1.  外縛式及插入式傳感器

外縛式及插入式傳感器的最大優點在於不停產即可安裝和維護。其採用陶瓷傳感器。管徑範圍：DN80~DN6000，且支持非標準管段管徑。

2.  產品安裝與連接

2.1.  測量主機安裝與連接

2.1.1.  安裝與連接要求

l  禁止安裝在強烈振動場合；

l  禁止安裝在有大量腐蝕性氣體的環境；

l  建議測量主機不要安裝在室外使用，必要時請安裝在儀表箱內避免雨淋、日晒；

l  供電電源應穩定可靠，必要時加裝穩壓設備；

l  儘量避免和變頻器、電焊機等污染電源的設備共用一個電源，必要時加裝電源淨化設備；

l  在雷電多發區工作的儀表必須安裝避雷器或採取避雷措施。（用戶可自行選購避雷器或由本公司協助選購）。

2.1.2.  測量主機安裝方法

安裝說明：

l  詳細勘察現場環境是否可以滿足流量計安裝要求；

l  開箱檢驗流量計外觀及配件是否完整；

l  通電檢測流量計是否可正常開機且正常顯示；

l  如條件允許可在安裝前進行儀表通電檢測。

2.1.3.  測量主機接線端子連接

標準壁挂式主機、防爆型內膽主機，端子分為兩排，其位置如圖所示：

 

 

圖4.1 主機與電源連接示意

端子詳細說明如下：

序號	端子名稱	接線說明
1	0UP+	連接第一聲路上游超聲換能器
2	0UP-
3	E
4	0DN+	連接第一聲路下游超聲換能器
5	0DN-
6	E
7	1UP+	連接第二聲路上游超聲換能器
8	1UP-
9	E
10	1DN+	連接第二聲路下游超聲換能器
11	1DN-
12	E
13	PT1+	連接入口溫度傳感器
14	PT1-
15	PT2+	連接出口溫度傳感器
16	PT2-
17	485+	RS485總線（MODBUS RTU 協議）
18	485-
19	OPT+	光耦OCT輸出
20	OPT-
21	RLY0	繼電器無源節點輸出（常開點）
22	RLY1
23	AO+	4~20mA電流輸出
24	AO-
25	+24V	儀表24V電源接口
26	GND
27	L	AC220V電源輸入
28	N
29	G

2.2.  傳感器安裝

2.2.1.  選擇測量點

超聲波流量計的安裝在所有流量計的安裝中是最簡單便捷的，只要選擇一個合適的測量點，把測量點處的管道參數輸入到流量計中，然後把探頭綑綁在管道上即可。選擇測量點時要求選擇流體流暢分布均勻的部分，為保証測量精度。一般應遵循下列原則：

l  要選擇充滿流體的管段，如管路的垂直部分或充滿流體的水平管段。

l  測量點要選擇距上游10 倍直徑距離，下游5 倍直徑距離以內流體均勻分布的直管段區域內,沒有任何閥門等干擾。

l  需保証測量點處的環境溫度在儀表可工作範圍以內。

l  充分考慮管內壁結垢狀況，儘量選擇無結垢的管段進行測量。實在不能滿足時，需把結垢考慮為襯裡以求較好的測量精度。

l  選擇管材均勻密緻，易於超聲波傳輸的管段。

 

2.2.2.  外縛式探頭安裝

在安裝探頭之前，須把管外欲安裝探頭的區域清理乾淨，除去一切鏽跡油漆，選擇管材緻密部分進行探頭安裝，在探頭的中心部分和管壁部分均勻塗抹耦合劑后將探頭緊貼在管壁上綑綁好，在安裝過程中應注意以下事項：

l   兩個探頭要安裝在管道管軸的水平方向上；

l   探頭的安裝方向。

安裝探頭過程中，探頭和管壁之間不能有氣泡及沙礫。水平管段安裝時要保証將探頭安裝在管道截面的水平軸上，以防管內上部可能存在氣泡。如果受安裝地點空間的限制而不能水平對稱安裝探頭，可在保証管內流體無氣泡的條件下，垂直或有傾角地安裝探頭。

探頭安裝方式共兩種。這兩種方式分別稱為V法、Z法。下面分別說明，一般管徑在（DN100~300mm）範圍內時可先選用V法；V法測不到信號或信號質量差時則選用Z法，管徑在DN300mm以上或測量鑄鐵管時應優先選用Z法。

 

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