1 引言

目前利用超声波技术测量流速、流量的方法在工业上有着广泛的应用。超声波技术不仅适合大口径流量测量，也可适用于小口径测量。测量不受压力、密度、粘度等参数的影响，输出特性线性范围宽。无可动部件，无磨损，使用寿命长，重量轻。而且安装维修方便，不需要专门的阀门、法兰和旁路管道，安装费用低。因具有以上突出优点，所以它具有强大的生命力。我厂在2002年引入一台U2000型超声波流量计，对电厂化学除盐水流量进行测量，使用至今效果良好。

2 U2000超声波流量计

U2000是一种时差式超声波流量计，使用钳形传感器，可以准确的测量出封闭管道中的液体流量而不需要往管道中插入任何机械的部分，因此安装非常简单，不需要停产来安装而且不会造成流体的压力损失或与流体的接触。U2000用来永久安装在13mm到5000mm的管道外测试流量，可用多种单位大范围显示体积流量、线速度，并可累计流量最多到12位显示。

U2000硬件包括主机部分、传感器和传感器导线。U2000使用内部微处理器，电子部分装在一个ABS外壳内，整个系统包括传感器通过了CE认证。对流量计的设置通过防护盖下的键盘进行设置。只需输入管道的尺寸和管壁材料和应用数据（液体种类和温度），根据仪表的显示将相应的传感器分开正确的距离，并固定在管道上，就可以进行读数。所有应用和校验数据都设有口令保护，同时透明的前盖和背景光显示可保护键盘，在光线差的情况下读数。

3 流量测试原理

系统原理如图1

当超声在X和Y两个传感器中进行传输的时候，与流速方向一致的超声波在流体中传输的时候被加速，而反方向的超声波会被减速。不同方向的超声波传输的时间差与流体的流速完全成正比。测量出流速并知道管道的流通面积，就可算出体积流量。U2000可测量低到25皮秒25×10^-12s的时间差，极大的提高了测试小管道或大管道小流速时的精度。

4 安装

U2000主机部分装在带透明外壳ABS树脂机箱内，可直接安装在墙上，使用安装配件固定。传感器根据用户的使用信息来确定。所有的传感器都是钳形安装在管道的外部，传感器必须精确地安装在计算得出的位置上，两传感器分开距离也必须与计算结果一致。要准确测试流速，需要确认液体在管道中均匀稳定地流过（仪器认定流体在管道中是稳定流动的，即或者是湍流，或者是层流；而紊态会导致仪器无法精确的计算流量）。流体的截面没有被任何上游或下游的障碍物影响而发生变形。传感器必须离干扰源足够远以消除干扰。即最少离上游的干扰源10倍的管道直径远，离下游的干扰源5倍的管道直径远。传感器与主机通过50Ω的同轴电缆连接，传输距离可到200m。

传感器安装方式有反射式（“V”字形）和对角捆绑式（“Z”字形），如图2，管径在215mm以下的默认安装方式是反射式，215mm管径以上，仪器的默认方式为对角捆绑式，需要时可更改仪器的默认设置。传感器可以安装在水平或竖直的管道上，安装时应涂上随机提供的专用耦和剂。

5 主要技术指标

被测流体：水、海水、污水、油等超声波能穿透的各种液体介质；流体浊度：lO00mg/L以下，有少量气泡也能测量；流体温度：-2O~+200℃；流体流速：0.02~12m/s；管道种类：钢、不锈钢、铸铁、塑料、玻璃等任何导声的材料；管道口径：13~5000mm；标定精度：1%或±0.02m/s。（流体的雷诺系数大于4000）；直管段长度：上游10D以上，下游5D以上；使用环境温度：主机0~50℃传感器5~50℃；数据设定：用键盘和显示器以人机对话形式输入；模拟输出：4~20mA输出。

6 主要性能特点

（1）人机对话。主机面板有4×4的键盘和显示器，应用键盘和显示器以人机对话方式，把管道的尺寸和管壁材料输入进去，显示器立即显示出传感器的安装尺寸，按此尺寸安装好传感器，待仪表正常工作后，就能显示瞬时流量、流速、累计流量等。还可以通过手动零点校正及检测传感器安装是否正常等功能。

（2）测量范围大。该流量计的测量口径可测试φ13到φ5000，提高了超声波的穿透能力，使其上限的测量范围扩大了，同时也提高了仪表的可靠性和稳定性。

（3）流量修正值k的自动补偿。流量修正值k是雷诺数Re函数，而Re是随着流速V而变化，通过CPU演算出流速V，根据V的变化不断计算出Re值，即时地对k值进行补偿。

（4）零偏差校正。机内设有自动零偏差校正功能，只要给CPU输入的各种参数准确的话，自动校零的零点偏差对小管径来说一般<0.025m/s，口径越大，零偏差越小。如果要求不高时，可直接使用自动校零功能。假如零点偏差太大，就要检查输入的管道尺寸和管壁材料是否有误，只要输入的参数中一个有错误，传感器安装也不准确，必须找出原因，更正后使零偏差减少到应有的值。

（5）具有自诊断功能。自诊断功能是判断仪表工作是否正常，被测得的数据是否可靠。通过自诊断功能可使仪表测量出来的流量值更加可信、可靠。

7 应用

超声波流量计使用数量最多的可以分成两类。一种是以多普勒效应为原理的超声波多普勒流量计，它是发射连续的超声波，从流体杂质中反射回来的超声波得到频率差来求得液体流量。要求液体介质中有一定大小直径和密度的杂质或者气泡，在同等流速条件下，杂质或气泡的密度和颗粒大小发生变化时，测量精度也发生变化。它适用于含杂质的液体介质，不适应于测量干净的液体杂质。在理想的条件下，其最好的确精度在2~5%范围内。另一种是以超声波穿越时间方法的超声波液体流量计，如本文U2000在线安装式超声波流量计。这是现在生产最多，使用最广的一类。它最适应于纯净液体介质和含有少量杂质和气泡的液体介质，污水、原油、纸浆液等介质也能测量。其测量精度一般在1~1.5%范围内。U2000在现场校准后精度可达0.5%，使用时应根据测量对象、要求进行选择定购