超声波流量计在天然气计量中应用论文
超声波流量计在天然气计量中的应用【摘要】通过对超声波流量计的结构、工作原理的分析，阐述了流量计的计量精度优势和使用特点，结合现场使用的对比和使用经验，得出结论，分析了使用前景。
【关键词】超声波流量计；推广；应用
随着石油工业的飞速发展以及国际贸易的不断增多，对天然气流量测量的准确性和可靠性要求越来越高，各类贸易交接场所迫切需要能够满足大流量、高压力下天然气精确计量要求的流量计，同时随着自动化水平的不断提高，天然气管输集中调度系统（scada）也需要能够满足站控计算要求的高精度流量计，同时能够稳定运行，减少日常维护工作量。在此情况下我国已经开始广泛采用气体超声流量计用于天然气的贸易或计量交接。目前山东天然气管网在重要的转输站就采用了多台美国产的daniel3400高级超声波流量计。通过与用户的涡街流量计以及涡轮流量计进行对比，反映准确度高，效果非常好。
由于超声波流量计是一种非接触型测量仪表，同时它的测量精度主要取决于超声波的时间和速度，因此它是继孔板流量计和涡轮流量计之后的一种较理想的精度流量计。具有无压损、量程范围较宽、双向测量有相同准确度、可以测量脉动流、智能化等其它流量计所不及的优点，在发达国家得到了广泛的推广应用。本文主要从超声波流量计的结构、工作原理和现场使用效果来探讨其计量性能。
超声波流量计特点
超声波流量计发展很快，且日益完善，越来越显示出其优越性。各种超声波流量计已广泛应用于工业生产、商业计量和水利检测等方面，例如，在市政行业的原水、自来水、中水、污水的计量中。 产品介绍 超声波流量计是采用高集成度FPGA芯片及低电压宽脉冲发射技术设计的一种通用时差型超声波液量计，适用于水的测量 产品特点 超声波流量计除高精度、高可靠性、高性能、低价格的显著特还具有下列优点 1、超大规模集成电路设计。硬件数目少，低电压工作，多脉冲发射，低功耗，高可靠性，抗干扰、适用性好。优化的智能信号自适应处理，用户无需任何电路调整，就像使用万用表一样方便简单。
2、全窗口化的软件设计。通过窗口可方便地设置管径、管材质、壁厚、输出信号等参数或类型。可使用公制或英制单位。 3、日、月、年流量累积功能。可记录前64个运行日、前64个运行月、前5个运行年的累积流量上、断电管理功能，可记录前64次上电、断电时间及上、断电时刻的瞬时流量，并具有自动或手动补加断电时间段内的流量功能。 4、带倍乘因子的机内七位数长的正向、负向及净流量累积器并行工作。 5、探头可以安装在管道的外边，不妨碍管道内流体的流动状况，以减小压力损失； 6、AFTU型-2W,外夹式超声波流量计的价格与管径无关； 7、测量精度与管道口径有关，管径越大有可能得到的精度越高（采用多声段）。 8、方便测量，随时打印数据。 9、机内自带充电电源，便于户外携带、使用。 10、掉电保护功能，在线自诊断功能。 11、测量准确度高，从算法上消除了环境温度对测量值的影响。 12、全中文或全英文显示，液晶显示 13、非接触式测流量方式，体积小，携带方便
基于BP神经网络的超声波流量计的设计
基于BP神经网络的超声波流量计的设计 学习调整能力，能够适应动态变化的环境。主要介绍流量测量基本原理、硬件结构以及软件设计，最后通过多种环境下的测试和结果分析，证明了该流量计适应性强、精确度高。关键词：STM32；神经网络；时差法；广义互相关算法 中图分类号：TN926?34；TP311 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2016）16?0006?04 Abstract：A ultrasonic flowmeter taking time?difference method for pipe flow measurement was designed based on the controller STM32. In order to improve the environmental suitability and flow measurement accuracy，the generalized cross?correlation time?delay estimation algorithm based on the BP neural network filtering is applied to time?difference detection. The algorithm filters the mixed noise by combining and optimizing the multiple filters with specific statistical characteristics，has self?learning and self?adjusting ability，and is able to adapt to the dynamic changing environment. The basic principles of the flow measurement，hardware structure and software design are mainly introduced in this paper. The strong adaptability and high accuracy of the flowmeter were proved through test in a variety of environment and the result analysis. Keywords：STM32；neural network；time?difference method；generalized cross ?correlation algorithm 流量的精确测量对提高人们的生活质量、企业的生产效率，对节约型社会的建立都有着非常
气体超声流量计维护保养规程
气体超声流量计维护保养规程 （ISO9001-2015） 1.0工器具及备品备件 序号名称规格型号数量备注 一工器具 1 数字万用表Fluke 789 1台 2 笔记本电脑1台 3 网线1根 4 电工组合工具成套1套 二材料 1 氮气根据需要若干 2 抹布若干 3 煤油根据需要若干 4 电工胶带2个 三安全防护器具 1 可燃气体检测仪1套 2 手提干粉式灭火器1具 3 安全警戒带1卷 4 急救药箱1套 2.0操作内容与具体步骤 2.1超声流量计日常检查 2.1.1清理流量计表面灰尘。 2.1.2用检漏液或便携式可燃气体检测仪对表体取压口，引压管，压变进行检漏，若检测到有天然气泄漏，放空分输支路，拆卸引压管，加缠生料带后，可靠拧紧。
2.1.3检查探头连接软管橡胶是否老化、起皮，若老化严重联系厂家更换。 2.1.4检查各信号线、电源线连接完好。 2.1.5正常计量时，确保流量计表体引压管阀门开启。 2.1.6用检漏液或便携式可燃气体检测仪检查流量计两端法兰是否漏气，若检测到天然气泄漏，及时处理。 2.1.7检测温变接头是否漏气，若检测漏气，检验温变套管可靠性。 2.1.8检查流量计算机面板显示理论声速与实际声速对比,若有异常,及时处理。 2.2气体超声流量计声速核查(每季度一次,以丹尼尔气体超声流量计为例) 2.2.1将装有Daniel MeterLink软件的笔记本电脑与超声流量计用网线连接。 2.2.2更改笔记本电脑的IP,与流量计通讯成功。 2.2.2使用软件与超声波流量计建立连接。 2.2.3软件连接成功后，打开软件中的声速核查功能。 2.2.4进入声速核查功能后，输入气体计量使用的组分及实时的压力和温度，点击“Calculate”进行声速核查，若理论声速与实际声速的偏差值超过2.5‰，需及时查找原因并进行处理。 2.3 超声流量计探头及管壁的清洗（随检定进行，数据异常时进行） 2.3.1探头拆卸 2.3.1.1缓慢放空该管段压力。 2.3.1.2断开超声流量计电源。 2.3.1.3打开超声流量计SPU防爆接线箱。 2.3.1.4找到与该探头相连的电缆，将电缆从防爆接线箱中取出。
开题报告超声波流量计
毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目: 超声波水流量计 院 系 名 称: 电气与信息工程学院 专 业 班 级: 测控技术与仪器11-1班 学 生 姓 名: 导 师 姓 名: 开 题 时 间: 20 年 月 日 一、课题研究目的和意义 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日
一、课题研究目的和意义 由于目前国内还有大部分的液体流量计是用传统的接触式测量法，但是接触式流量流速测量具有十分明显及普遍的缺点：受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响十分大，并且难以检测到强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质流量的测量，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为传统接触式流量计会随着测量管径的增大会带来制造和运输上的十分困难，关键是造价的提高、使用能量损耗加大、安装维护困难等等因素使得厂家们与顾客急于寻找一种新的流量测量方法来减少种种环境或材料等因素对测量的影响。 本设计通过对超声波在水中的传播特性、超声波传感器工作机理分析设计一种基于超声波测量原理测量流量的仪器。 二、文献综述 随着国家节能降耗工作的不断深人开展,各个企业对液体流量计量也越来越重视,在过程控制中使用不同原理和类型的流量计进行测量,其中超声波流量计随着其技术的不断发展成熟、测量精度的不断提高等优点越来越多的被企业所青睐[1]。超声波流量计是在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息,因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速,从而换算成流量,它属于非接触式仪表，即通过把测量传感器夹装在测量管路外表面上进行测量,适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量,解决了实际应用中大管径、大流量测量困难等问题[3]。 流量测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。
超声波流量计的基本原理及类型
超声波流量计的基本原理及类型 超声波流量计的基本原理及类型 刘欣荣 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种 非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。 众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。 另外，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。
气体超声波流量计故障原因及注意事项
气体超声波流量计故障原因及注意事项 本文由https://www.360docs.net/doc/ae12716261.html,提供 在使用中能造成气体超声波流量计计量故障的主要因素是管内粘污物如泥污、油污、锈尘、水等，尤其是积水。为了消除管内粘污物对气体超声波流量计的影响，在站场工艺设计、施工和日常使用时应注意以下几个方面。 (1)努力创造条件完成管道干燥。GB5025I-2003《输气管道工程设计规范》中规定的“输气管道试压、清管结束后宜进行干燥”这一条款是参考了皇家荷兰壳牌集团企业标准和国内施工经验制定的。气体超声波流量计在西欧等发达国家使用的较早，这也是他们通过实践探索而总结出的经验。目前国内对天然气长输管道进行整体干燥的不是很多，且规范中也使用“宜”字，对是否进行干燥并没有做硬性规定。以前使用孔板等类型的流量计，管道内的积水对计量影响不大，但改用气体超声波流量计后，超声波流量计对水分是相当敏感的，因此进行管道干燥是非常必要的。 (2)分离系统的选择应考虑液态水的处理。以前站场工艺设计上多采用旋风式分离器，要求不高的场合也可使用重力式分离器，近年来也有选用过滤分离器的。在输气管道首、末站设置分离器的主要作用是除去天然气中的各种固体颗粒，现在推广使用的过滤分离器(以滤芯叶片组合式为例)即能除去各种尺寸的固体颗粒，也能100%的分离掉大于8～1Oμm的水汽。但液态水的带人会严重降低分离器的分离效果，在站场内设置分离器时，不管是旋风式，还是过滤分离式，都应考虑在分离器前加一级液态水处理装置，将从管道内带来的液态水分离掉。其分离精度不必要求太高，选择一般的重力式分离器即可。在国内选用气体超声波流量计的站场中，有的已选用两级分离这种工艺模式，效果良好。气体超声波流量计要注意的问题 (3)加强操作管理，及时排出分离器的污水。分离器均设有排污管，通过人工将分离出的污水排除。但由于种种原因，很可能造成排污不及时，积液器中的污水已满，造成分离器失效，使液态水随天然气进入气体超声波流量计而导致计量故障。若要从根本上解决这个问题，消除人为因素的影响，应在分离器的污管上加装自动排污阀，以保证及时排水。此外，在投产运行初期，过滤分离器滤芯的更换频率也要适当加大。
超声波流量计原理论文
自 动 化 仪 表 之 超 声 波 流 量 计 的 认 识 电气与控制工程学院 测控技术与仪器0902班 姓名：雷军 学号：0906070225
超声波流量计原理 摘要 本文阐述了超声波流量计常用的时差法、多普勒法的测流原理，以及超声波流量计的分类。通过实际测流应用并与流速仪所测的流量结果做了对比分析，得出超声波流量计无论在测流准确度还是在测流精度上都比其它的测流设备高，而且具有其它测流设备所不具备的实时在线和数据远传的优越性能。 一、引言 近几年来，随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展，利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快。基于不同原理，适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现，其应用领域涉及到工农业、水利、水电等部门，正日趋成为测流工作的首选工具。 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。 众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m 宽的河流都可适用。 另外，超声波测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、
气体超声波流量计ELSTER
埃尔斯特超声波流量计介绍
题 目:超声波流量计的介绍、应用及最新技术
站 新 姓名奉
超声流量计的定义
国标GB/T 18604： 利用超声在流体中的传播特性来测量流量的流量计。超 声流量计通常由1个或多个超声换能器和设备组成，根据
站 他们所产生或接收到的超声信号推导出流量测量值并把 新 该信号转换为正比于流量标准化输出信号。在流动气体
内的相同行程内，用顺流和逆流传播的2个超声信号的传
奉 播时间差来确定沿声道的气体平均流速所进行的气体流
量测量方法称之为传播时间法。
2
超声波流量计的国际和中国标准和规范
? ISO17089
? AGA Report No.9
? EN 14236
? OIML R137
站
? GB/T 18604
新
奉 ? GB/T 18604修订版
? AGA 10 – 声速比对
? JJG 1030-2007 超声波流量计检定规范
? 行业标准和企业标准
3
超声波流量计优点
? 精度高（0.3%-0.5%），重复性高， ? 量程比很宽1:40-1:200,流速范围：0.2-30 m/s ? 可测量双向流 ，可精确测定脉动流 ? 无压损，对压力的很大变化不敏感 ? 对沉积物不敏感，无可动部件，免维护
站 ? 重量轻，占用空间少 新 ? 不存在磨损，无示值漂移现象 奉 ? 可带压更换传感器，且更换后无需重新标定
? 具自诊断功能（AGC-level；AGC-limit；采样率；接收率） ? 对上下游直管段要求较短
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超声波流量计计量不精确的四大原因
超声波流量计计量不精确的四大原因 超声波流量计计量不精确的原因主要有以下几个方面： 1、上下游直管段对超声波流量计测量准确度的影响。标定系数K是雷诺数的函数，流体从层流过度到紊流，流速分布不均匀，标定系数K将产生较大的变化，引起测量准确度下降。根据使用要求，超声波流量计换能器应安装在上游直管段为10D，下游直管段为5D的位置，对于上游存在泵、阀等设备时直管段的长度，要求“距离紊流、震动、热源、噪音源和射线源越远越好”。如果超声波流量计换能器安装位置的上游有泵、阀等设备，要求直管段为30D以上。因此，直管段长度是保证测量准确度的主要因素。 2、管道参数设备对超声波流量计测量准确度的影响。管道参数设置准确与否，与测量准确度关系密切。如果管道材质及尺寸的设置与实际不相符，将使理论管道流通截面积与实际流通截面积产生误差，导致最终结果不准确。另外，超声波流量计换能器之间的发射间距是根据流体(声速、动力粘度)、管道(材质和尺寸)、换能器的安装方式等各种参数综合运算的结果，换能器的安装距离产生偏差，也会引起大的测量误差。其中管道内经的设置和安装距离对测量准确度影响比较突出。据有关资料显示，若管道内经误差±1%，则引起约±3%的流量误差;若安装距离误差±1mm将产生±1%以内的流量误差。可见，只有正确的设置管道参数，超声波流量计才能安装准确，减少管道参数对测量准确度的影响。 3、超声波流量计换能器安装位置对测量准确度的影响。换能器的安装有反射式和直射式两种方式。如利用直射式安装声速行程短，可增强信号强度。 4、耦合剂对测量准确度的影响。为保证和管道充分接触，安装换能器时需要往管道表面均匀的涂一层耦合剂，一般厚度为(2mm—3mm)。将耦合剂内的气泡和颗粒剂出来，使换能器的发射面紧密贴在管壁上。测量循环水的流量计多安装在水井中，环境潮湿，有时会被水淹，如果选用一般的耦合剂，在短时间内便会失效，影响测量准确度。因此，必须选用特制的防水耦合剂，耦合剂应在有效期内使用，一般为18个月。为保证超声波流量计测量准确度，每18个月应该重新安装换能器，并更换耦合剂。
时差法超声波流量计_2006_硕士论文-
重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 超声波流量计由于具有非接触式测量、测量范围宽、安装简便、以及特别适合大管径及危险性流体流量测量等优点，被供水、石油、化工、电力等部门广泛应用。然而，由于超声波流量计只是在近几十年才出现的一种新型仪表，还有很多不完善的地方，比如成本较高、精度不够等，有必要对其加以改进和提高。 本论文通过充分调研及查阅大量的文献资料，选择时差法超声波流量计为研究对象，对如何提高系统的精度及系统稳定性和可靠性问题进行了深入的理论研究，并设计了具体的硬件电路，主要工作及创新有： 1.研究了几种超声波流量计特别是时差法超声波流量计的测量原理，对超声波在流体中的传播特性及超声波换能器进行了较深入的研究；根据流体力学及物理学的有关知识，对超声波流量计进行了修正，并给出了不同情况下流量修正系数的计算公式； 2.针对传统时差法超声波流量计测量精度易受温度影响的问题，采用了改进型算法，在很大程度上避免了温度变化对测量精度的影响；介绍了几种常用提高超声波测时精度方法的同时，讨论并采用了超声波时差测量的新方法——多脉冲测量法的原理和应用； 3.结合课题的实际情况，对时差法超声波流量计的硬件电路进行了详细的分析和设计，讨论了器件的选择、参数计算等技术问题，设计出了匹配性能良好的发射、接收电路；在信号调理上，除了常规的滤波电路外，还采用了自动增益放大电路来提高信号的可靠性；而且，采用主从单片机协同工作的方式，提高了系统的稳定性；在软件方面，给出了系统的软件流程图并较详细地叙述了算法的实现； 4.针对流量计的工作环境，对流量计系统的抗干扰性进行了研究，并采取了相应的软、硬件措施； 5.对造成超声波流量测量误差的各种因素进行了详细的分析、研究，并应用误差理论，对时差法超声波流量计的各种可能的误差进行了误差分配和合成；对硬件电路和软件进行了试验性的验证，给出了实验结果。 关键词：超声波流量计，时差法，传播时间
超声波流量计系统的设计
超声波流量计系统的设计 樊伟佳 （陕西理工学院电信工程系电子信息工程专业,2012级1班，陕西汉中 723004） 指导教师：秦伟 [摘要]超声波流量计是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的计量仪表，并且以其非接触式的测量、高精度等特点在工业生产、医药、水资源等领域有着广泛的应用。本设计利用时差法超声波流量计原理，针对超声波流量计测量精度容易受温度影响的问题，利用改进型算法避免温度对测量精度的影响。设计系统时选择了一些基本电路设计了以下电路：超声波发射电路，超声波接收电路，LED显示电路，主从单片机电路，电源电路以及存储电路等，成功实现了瞬时流量的测量与辅助功能的实现，总的来说，本次设计的超声波流量计具有精度高、测量范围大、安装方便、测试操作简单等特点。另外，本次设计的超声波流量计适用于管道和明渠流量测量,适合测量的流体：水或其它杂质较少的液体,管径或明渠宽度：0.3～20m,流速：0.1～12m/s。 [关键词]超声波流量计；单片机；时差法； The Design of Ultrasonic Flow Meter System Fan Weijia (Grade 04,Class 1,Major electronics and information engineering，Electronics and information engineering Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi) Tutor: Qin Wei [Abstract]: Ultrasonic flowmeter is the use of ultrasonic wave propagation characteristics in the fluid to measure the flow rate measuring instruments, and its non-contact measurement, high accuracy and other characteristics in industrial production, medicine, water and other fields have a wide range of applications. This design uses the principle of transit-time ultrasonic flowmeter, ultrasonic flowmeter for measurement accuracy easily affected by temperature problems using the improved algorithm to avoid the effect of temperature on the measurement accuracy. Design system selected some basic circuit design of the following circuits: ultrasonic transmitter circuit ultrasonic receiver circuit, LED display circuit, master-slave microcontroller circuit, power circuit and a memory circuit, successfully realized its measurement and accessibility of instantaneous flow, Overall, this design ultrasonic flowmeter has high accuracy, wide measuring range, easy installation, simple test operation. In addition, this ultrasonic flowmeter design suitable for pipes and open channel flow measurement, suitable for measuring fluid: water or other impurities, less liquid, open channel diameter or width: 0.3 ~ 20m, flow rate: 0.1 ~ 12m / s. [Key words]:Ultrasonic flowmeter; single chip microcomputer; time difference method;
超声波流量计的设计毕业设计论文
毕业设计说明书超声波流量计的设计
目录 1 绪论 (1) 1.1 超声波流量测量技术发展概述 (1) 1.2 常用流量计类型和性能比较 (2) 1.3 超声波流量计的特点和用途 (3) 1.4 超声波流量计 (3) 1.4.1 多普勒超生波流量计 (4) 1.4.2 时差法超生波流量计 (4) 2 超声波流量计原理 (5) 2.1 超声波简介 (5) 2.1.1 超声波的频率 (5) 2.1.2 超声波的发生 (5) 2.2 研究超声波流量计测水量需用：时差法 (5) 3 时差法超声波流量计的总体设计 (7) 3.1 流量计设计参数 (7) 3.2 换能器的安装 (7) 3.3 测量原理 (8) 3.3.1 声学原理 (8) 3.3.2 测时原理 (9) 3.4 系统硬件框图 (11) 4 时差法超声波流量计的硬件设计 (13) 4.1 超声波换能器的选择 (13) 4.2 超声波发射/接收电路 (13) 4.2.1 超声波发射电路 (14) 4.2.2 超声波接收电路 (15) 4.2.3 采样保持电路 (18) 4.2.4 电压比较电路的设计 (20) 4.2.5 切换控制电路 (21)
4.3 信号采集及控制电路 (21) 4.3.1 从单片机的选取 (21) 4.3.2 电路设计 (22) 4.4 信号处理及人机接口电路 (22) 4.4.1 主单片机系统方案 (22) 4.4.2 数据存储电路 (24) 4.4.3 键盘电路 (24) 4.4.4 时钟电路 (25) 4.4.5 液晶显示电路 (26) 4.4.6 与从单片机通信接口 (27) 4.4.7 与PC机通讯接口 (28) 4.5 硬件抗干扰设计 (29) 4.5.1 干扰的来源 (29) 4.5.2 抗干扰措施 (30) 5 时差法超声波流量计的软件设计 (31) 5.1 主单片机软件设计 (31) 5.2 从单片机部分软件设计 (32) 5.2.1 从单片机软件流程图 (32) 5.3 单片机软件抗干扰措施 (33) 5.3.1 数据采集误差的软件对策 (33) 5.3.2 控制状态失常的软件对策 (33) 6 系统误差分析 (34) 6.1 系统误差分析 (34) 6.1.1 误差基本理论 (34) 6.1.2 误差产生因素 (35) 7 结论 (40) 参考文献 (41) 致谢 (43)
超声波流量计设计
学号：14111501202 湖南理工学院 毕业论文 题目：超声波流量计的设计 作者：刘阳届别：2011级 院别：机械工程学院专业：机械电子工程 指导老师：周红波职称：讲师 完成时间: 2015.5.10
摘要 超声波流量计是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的计量仪表。凭借其非接触测流、仪表造价基本上与被测管道口径大小无关、精度高、测量范围大、安装方便、测试操作简单等自身的优势被认为是较好的大管径流量测量仪表，在电力、石油、化工特别是供水系统中被广泛应用。然而，由于超声波流量计只是在近几十年才出现的一种新型仪表，还有很多不完善的地方，比如成本较高、精度不够等，有必要对其加以改进和提高。 本设计与传统的机械式流量仪表不同，它具有机械式仪表所不具备的优点，而且因其采用高精度时间测量芯片TDC-GP2进行时间测量，保证了测量的精度。本设计采用时差法原理进行测量流体流速，进而计算出瞬时流量。 论文从流量计的发展历史和背景到超声波流量计的原理、特点以及国内外发展概况，详细地介绍了超声波流量计。另外，论文又详细研究了时差法超声波流量计的理论知识，并在理论基础上研究了超声波流量计的硬件电路与软件部分，其中所用的高精度时间测量芯片TDC-GP2以及单片机STC89C58RD+是本设计的核心部分。本设计成功实现了瞬时流量的测量与辅助功能的实现，有较广阔的研究前景。 绪论 1.1流量计的发展历史与现状概述 数千年前，人们为了适应水利和农业灌溉的需要，就已经开始关注流量测量的问题。流量测量作为人类文明的一种标志，是计量科学技术的组成部分之一，它不仅广泛用于农业和水利，也广泛用于化工、石油、冶金以及人民生活各个领域之中，一直得到世界各国政府和企业的重视，而且重视程度一直在不断加强。 最早的流量测量发生在公元前1000年，古埃及人通过对尼罗河流量的测量来预计当年收成的好坏，古罗马人利用孔板测量的方法在修建引水渠时进行流量测量。而到目前为止，流量计的发展也有了几百年的时间，早在1738年，瑞士人丹尼尔·伯努利以伯努利方程为基础，利用差压法测量水流量；后来意大利人
超声波流量计检定规程
附件2： 明渠堰槽流量计型式评价大纲 1范围 本型式评价大纲适用于分类代码为12185000的明渠堰槽流量计（以下简称流量计）的型式评价。 2引用文件 本大纲引用了下列文件： JJG 711-1990 明渠堰槽流量计 GB/T 9359-2001 水文仪器基本环境试验条件及方法 GB/T 11606-2007 分析仪器环境试验方法 GB/T 17626.2电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验 GB/T 17626.3电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 GB/T 17626.8电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验 JB/T 9329-1999 仪器仪表运输、运输贮存基本环境条件及试验方法 HJ/T 15-2007 环境保护产品技术要求超声波明渠污水流量计 凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。 3术语 3.1 明渠堰槽流量计weirs and flumes for flow measurement 在明渠中利用量水堰槽和水位～流量转换仪表（二次仪表）来测量流量的流量计。 3.2 水位stage 从测量基准点（或零点）高程算起，加上某一水面的距离后所得到的高程值，单位m。 3.3 喉道throat 测流堰槽内截面面积最小的区段。 4概述 4.1工作原理 在明渠中设置标准量水堰槽，液位计安装在规定位置上测量流过堰槽的水位。将测出的水位值代入相应的流量公式或经验关系式，即可计算出流量值。明渠堰槽
流量计的水位与流量呈单值关系。 4.2结构型式 明渠堰槽流量计包括：薄壁堰、宽顶堰、三角形剖面堰、流线型三角形剖面堰、平坦V形堰、巴歇尔（Parshall）槽、孙奈利(SANIIRI)槽、P-B(Palmer-Boulus)槽等槽体及与之配套的液位计和水位、流量显示仪表。 明渠堰槽流量计由量水堰槽和水位～流量转换仪表（二次仪表）所组成。水位～流量转换仪表包括：液位计、换算器和显示器。 为准确计量流量，明渠堰槽流量计还应包括：堰体上游行近段、下游渠槽衔接段和水位观测设施。 量水堰槽有多种形式，如：薄壁堰、宽顶堰、三角形剖面堰、喉道槽等，可根据现场条件、流量范围和使用要求选取。 5法制管理要求 5.1计量单位 流量计应采用法定计量单位。选用的流量计量单位为m3/h、m3/s或m3，温度单位为℃。 5.2 外部结构 流量计应具有防护装置及不经破坏不能打开的封印。凡能影响计量准确度的任何人为机械干扰，都将在流量计或保护标记上产生永久性的有形损坏痕迹。 5.3 标志 5.3.1计量法制标志的内容 试验样机应预留出位置，以标出制造计量器具许可证的标志和编号，流量计型式批准标志和编号以及产品合格印、证。 5.3.2铭牌 铭牌应包括： a）制造商名称（商标）； b）产品名称及型号； c）出厂编号； d）制造计量器具许可证标志和编号； e）工作温度范围； f）在工作条件下的最大、最小流量或流速；
(完整版)超声波流量计设计方案及分析1毕业论文
1.引言 研究利用超声波测量流体流量已经有数十年的历史了。1928年，法国人0.Rutten研制成功了世界上第一台超声流量计。但为了使超声波流量计有一定的精度，时差法超声波流量计要求对时间的测量至少有10mS，这在当时是很难做到的。1955年，应用声循环法的MAXSON 流量计在美国研制成功，用于航空燃料油流量的测量。50年代末期，超声波流量计由理论研究阶段进入工业应用时期。但由于电子线路太复杂而未占有牢固的地位[1]。 进入20世纪的70年代以后，由于集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事，再加上高性能、工作非常稳定的锁相技术(PLL)的出现与应用，使得超声波流量计的可靠性得到了初步的保证，同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法超声流量计。锁相频差法测量周期短，响应速度快，而且几乎完全消除了声速对测量精度的影响，因而这种方法成为测量大管径大流量超声流量计的主要方案，缺点是测量小管径小流量时精度得不到保证。同一时期，前苏联科技工作者对管道内流体的流速分布规律作了大量深入细致的研究，指出管道内流体流动存在两种状态：层流状态和紊流状态，并给出了层流状态下的理论计算公式，为超声波流量计进一步提高测量精度打下了坚实的理论基础。至此，超声波流量计的研究和应用才蓬勃发展起来，超声流量计的种类也越来越多，相继出现了波束偏移法、多普勒法、相关法及噪声法等。其中波束偏移法是利用超声波在流体中传播时因流体流动产生的波束的偏移量的大小来测量流量，这种方法灵敏度低，只能用来测量大管径大流量;多普勒法利用不纯净流体中散射体的多普勒频移来测量流量，特别适用于
不纯净流体的流量测量；相关法利用相关技术来测量流量，测量精度高，适用范围广，但相关流量计线路复杂，价格昂贵，一般只在要求较高的场合使用；噪声法则通过检测流体中的噪声来测量流量，这种方法线路简单，价格便宜，但精度低，只能在要求不高的场合使用。 到了80年代中后期，单片机技术的应用使超声流量计向高性能、智能化的方向发展。由于使用了单片机作中央处理单元，系统不仅可以进行复杂的数学运算和数据处理、进一步提高了超声波流量计的测量精度，而且还能设计出友好的人机界面，使系统具有参数设置、自动检错排错功能以及其他一些辅助功能，大大方便了用户的操作和使用。单片机在超声流量计中的应用，是超声流量计开始真正进入工业测量领域。 2课题研究背景 2.1超声波流量计的现状 近10年来，基于高速数字信号的处理技术与微处理器技术的进步，基于新型探头材料与工艺的研究，基于声道配置及流动力学的研究，超声流量测量技术取得了长足的进步，显示了它强劲的技术优势，形成了迅猛发展的势头，其潜在的巨大的生命力是显而易见的。 超声流量测量技术的基本原理是利用超声波在流.体中传播时所载流体的流速信息来测量流体流量的。超声波流量计一般.由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波换能器将电能转换为超声波能量，将其发射并穿过被测流体，接收换能器接收到超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号，供显示和积算，这样就实现了流量的检测显示。 在国外，以美国Controlotron公司和Ploysonics公司为代表的产
超声波气体流量计基本原理介绍
超声波气体流量计基本原理介绍 超声波流量计一般可分为两大类：传播时间式超声波流量计和多普勒超声波流量计。在含有悬浮粒子的流动流体中，可以利用声学多普勒效应测量多普勒频移来确定媒质流速v，这种方法称为超声波多普勒法。 因为目前市场上的超声气体流量计产品都是传播时间式超声波流量计，所以下文将重点阐述传播时间式超声波流量计的原理。当超声波在流动的媒质中传播时，相对于固定坐标系统，超声波速度与在静止媒质中的传播速度有所不同，其变化值与媒质流速有关。因此根据超声波速度的变化量可以求出媒质的流速，传播时间式超声波流量计就是根据这一原理设计而成的。超声波流量计由两大部分组成：测量变换器部分和电子电路部分。 测量变换器又称为换能器，包括超声波发射器、接收器、声楔以及相应的机械连接组件等。 电子电路包括超声波的发射、接收电路，信号处理电路，流量数据指示或输出电路等。 超声波传播时间法测量流量的原理 时差法是通过测量超声波脉冲顺流和逆流的传播时间差来得到媒质流速的一种方法。参看图1-1，在管道两侧分别装置有两个收发通用型超声波换能器R 和T,管道中的媒质以速度u向前流动。
Fig.1-1管道内流速断面和超声射线的轨迹 图中的两个换能器在发射、接收状态交替工作，当T 发射R 接收时称为顺流发射状态，反之，R 发射T 接收时称为逆流发射状态。设顺流发射时超声脉冲的传播时间为1t ，而逆流发射时超声脉冲的传播时间为2t ，则有 ???????+-=++=τθθτθθcos sin /cos sin /2221u c D t u c D t （1-1） 式中，u 为管道中媒质流速，2c 为超声波在静止媒质中的声速，e c l ττ+=1 12；这里1l 为声楔(O-P)或(B-C)之长度，1c 为超声波在管壁中的声速，1 1c l 为超声脉冲通过声楔的时间，e τ为电路延迟时间。 考虑到一般情况下22c >>2u ,根据1-1式可以得到流速的计算公式： ???? ??-???????+=1222 112sin sin 1t t D c D u θθτ （1-2） 根据1－2式可以得出管道内流体中的声速的计算公式：
超声波流量计计量精度影响因素研究
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/ae12716261.html, 超声波流量计计量精度影响因素研究 作者：王雨时 来源：《中国化工贸易·下旬刊》2019年第08期 摘要：近年来，我国天然气管道建设步伐逐步加快，随着中亚管道、中俄管道、中缅管道、陕京线四线、西气东输三线、新疆煤制气外输管道、鄂安沧天然气管道、LNG接收站及天然气管道互联互通工程的陆续建成投产，“西气东输、南气北上、海气登陆、就地外输”的供气格局已经基本形成。 关键词：超声波流量计；计量精度；控制措施 1 影响超声波流量计测量精度的主要影响因素 1.1 声道排列方式及修正系数的选择的影响 由多声道流量计计算公式就很直观的发现，不同流量计声道排列及修正系数是不一样的，排列方式及修正系数的选择将直接影响超声波流量计的计量精度。 1.2 脏污对超声波流量计影响 天然气管道建设、投产初期，由于管道水、焊渣等残留物未吹扫干净，导致水渍及污物粘附在超声波探头及流量计内壁上，影响超声信号的发射与接收。以RMG流量计为例，当超声接收信号弱时，会实现探头发射信号的自动增益，当增益超过40dB时，计量精度将大大降低。此外，声音在固体或者液体中的传播速度大于声音在气体中传播的速度，探头脏污导致声波传播的时间缩短，导致变大，导致流量计读数偏大。此外，当管壁上有污物会导致计算的管壁D会产生影响。 1.3 噪声对超声波流量计影响 声学噪声与气流扰动等因素有关，如突出的探头、变径管、整流器及调节阀等。当声学噪声的频率与流量计的工作频率相近时，两种声波发生共振，从而干扰超声波换能器分辨超声脉冲信号，使得信噪比发生变化，影响计量精度。 此外由于气体中超声能量的衰减与超声频率成正比，为了在接收端保持一定的信噪比（RMG大于15dB），通常的换能器工作频率都在50～200kHz左右，在此频段内，声学噪声是无法回避的问题，在2014年修改的GB/T 18604中明确提出噪声对超声波流量计测量精度的影响，所以生产过程中要时刻关注噪声值对流量计影响。 1.4 其他因素对计量精度的影响
超声波流量计的研究与应用
超声波流量计的研究与应用 发表时间：2017-11-24T14:18:34.903Z 来源：《防护工程》2017年第17期作者：宋皎 [导读] 超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术的发展才出现的一种非接触式仪表。 南京钢铁股份有限公司江苏南京 210031 摘要：超声波流量计属于一种应用在体积流量测试方面的设备。其具有几个方面的特点，设备并不需要插入到任何被测试流体之中，并不会对流体速度产生任何影响，更加不会影响流体压力，可以应用在任何液体之中，包括具有高粘度以及腐蚀性液体之中。非导电性等相关液体流量监测同样始终本流量计。基于上述中此类型优势，超声波流量计的实际发展进程较快，已经成为了当前最为常见的测试流量计类型。希望通过本研究能对未来超声波流量计的应用与发展提供借鉴和帮助。 关键词：超声波流量计；应用 引言 超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术的发展才出现的一种非接触式仪表，适于测量不易接触、观察的流体以及大管径流量。使用超声波流量计，不用在流体中安装测量元件，故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可在不影响生产管线运行的情况下进行，因而是一种理想的节能型流量计。 1影响超声波流量计量准确性的主要因素 1.1噪音 水质输气站场中由于气流速度快，弯头、阀门等各类阻流管件的存在，会产生一定的噪声，在计量装置设计和安装的时候已经充分考虑。但是现场因为工况条件的变化，如流量、压力和温度等，压缩机不同功率下的噪声震动等不能预见的各类因素产生的噪声仍然使超声波流量计在现场使用过程中受到噪声的影响。超声波流量计对降压元件产生的噪声尤其敏感，甚至有些低噪声阀门比调压阀对超声波流量计产生的影响还要大，这是因为采用了低噪声技术的阀门将噪音频率调整至人耳听力不敏感的高频范围（２０ｋＨｚ）以上，该频率范围恰好与超声波流量计超声频率重合，对超声波流量计造成较大影响。 1.2水质杂质 水质流过超声波流量计时，水、硫化铁粉末等杂质逐渐堆积在流量计表体管道内或超声波探头上，都会影响超声波流量计的准确度，附着在超声波探头表面的杂质缩短了超声波在管道内的传输时间，影响了超声波探头的敏感性，同时由于杂质的附着，计量撬的上游直管段表面粗糙度变化或整流板堵塞引起气体流态发生变化，从而影响流量计的准确度和稳定性。实验研究表明：脏污可对某些流量计流量输出带来0.3％或更大的偏差。 1.3气体组分 根据超声波流量计量系统工况流量与标况流量的转换公式可知，在水质贸易计量中需要利用压缩因子将水质的工况流量转换为标况流量，而工况下的压缩因子则需利用气体分析设备，如色谱分析仪等分析结果计算获得。气体组分检测是否准确及时，直接影响着超声波计量系统的计量准确性。在实际生产中，部分场站的气体分析设备未接入流量计算机，失去了气体分析设备的主要作用，同时在未配备气体分析设备的场站也存在着气体组分更新不及时现象，在多气源的计量站，影响更为明显。实验研究发现：由于输气干线组分变化造成超声流量计的标准参比条件下体积流量偏差最高可达0.6％。 2超声波流量计的应用 2.1多普勒法原则下的超声波流量计 多普勒法主要是一种应用了声学多普勒工作原理对流体实施测量的一种特殊方法。多普勒效应强调生源以及目标发生相对运动过程中，产生的频率上的改变情况。通过频率变化正比于运动目标和静止发射设备之间的相对速度完成判断。多谱勒式超声波流量计，只能用于测量含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体。在确定超声波流量计的过程中，首先需要结合被测量流体实际情况与特质进行分析，完成初型判断，但是，涉及到所有厂家的多种技术特点，作为工程设计人员还应该进行综合判断，同时，还要考虑项目的统一性，价格因素等，最终选取合适的流量计类型。 2.2气体(时差)超声流量计 气体超声流量计是安装在流动气体管道上，通过检测气体流动时对超声束(或超声脉冲)的作用，以测量气体体积流量的仪表。随着我国长距离大口径输气管道的建设和发展，气体超声波流量计因其计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等优于传统型流量计的特点，逐渐在我国水质管道计量中逐渐普及起来。 超声脉冲穿过管道如同渡船渡过河流。如果气体没有流动，声波将以相同速度向两个方向传播。当管道中的气体流速不为零时，沿气流方向顺流传播的脉冲将加快速度，而逆流传播的脉冲将减慢。因此，相对于没有气流的情况，顺流传播的时间t。将缩短，逆流传播的时间t。会增长，这两个传播时间都由电子部件进行测量。根据这两个传播时间，可以计算测得的流速。 超声波流量计的安装要求如下： （1）超声波流量计传感单元安装时需在管道停运状态完成，一般设计为两路支线分别切换进行安装； （2）测量仪表的传感单元尺寸必须与管输内外径相一，其误差应控制在±1%以内，以免安装产生偏差； （3）为了能够有效避免换能器声波表面受颗粒或空气干扰，超声波流量计传感单元最好选在与水平方向450的范围内安装，尽量避免干扰。此外，在水质含液较多的场合，气体超声波流量计及其计量管段的安装位置不应低于其上下游管道，使得水质中凝析出来的液体能够随气流被带走，不在气体超声波流量计处堆积，造成计量故障； （4）上下游应保证有必要的直管段，上游直管段最少10D，下游直管段至少为5D； （5）超声波流量计安装需要前后避开阻力构件如（弯头、阀门、变径处），如在垂直管道安装，其换能器的安装位需在上游弯管的弯轴平面内，以获得弯管流场畸变后较接近的平均值；