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系列超声波流量计/热量计通过高精度时间数字转换芯片对超声波传输时间进行测量，有效克服零点漂移、小流量测量误差大等问题；综合利用频差法和时差法，使用实时声速、温度补偿等技术对流量进行补偿；人机接口画面丰富，支持多种通信方式；具有计量精度高、操作简便、运行稳定等优点。

l  全系列产品流量测量精度优于1.0级；

l  支持多声道测量，默认为双声道，有效提高了仪表在复杂流体状态中的测量准确性和可靠性；

l  综合采用频差法和时差法测量技术，声速自动补偿，时间分辨率达到45皮秒，有效避免零点漂移，提高了小流量测量精度；

l  支持RS485通信，具有4 ~ 20mA变送功能，与企业能源管理系统集成更加方便；

l  支持AC 220V、DC 24V两种电源输入方式；

l  主机与探头类型多样化，可根据现场需求搭配使用，能够满足特殊环境的安装与测量；

l  人机界面丰富，使用操作便捷。

1.  工作原理

1.1.  流量测量

超声波流量计通过上、下游传感器相互发送及接收1Mhz超声波，当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间发生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，如图2.1所示。

图2.1  超声波流量计测量原理

液体流速与传输时间的关系为：

其中：     液体流速(线速度)

声束在液体的直线传播次数         管道内径

声束在沿流速方向的传播时间    声束在沿流速反方向的传播时间

  传输时间差              声束与液体流动方向的夹角

 

超声波流量计测量原理-单声道

流量计计算公式：Q=3600×Ѷ×S

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

为了测量实际流量需将线速度V转换为面速度Ѷ：Ѷ=K×V

由于管道中流速为不规则分布，转换时需引入数据模型K来进行转换，而K则通过雷诺数根据以下公式进行得出：

雷诺数根据以下公式进行得出：

流体状态	雷诺数Re	修正系数K
层流	＜2000	0.75
过渡流	2000~4000	0.85
紊流	＞4000

超声波流量计测量原理-双声道

 

因单声道超声波流量计通过一点线速度引入数据模型K计算管道实际流量，而实际使用过程中只要流速高于0.015m/s流体即进入紊流状态，管道内流速分布复杂，难免存在积算误差，双声道超声波流量计通过两组传感器测量管道内各点的实际流速，模拟实际运行中管道内流速分布情况，解决线速度V转换为面速度Ѷ的准确性以提高仪表整体的计量精度。如图2.2

 

图2.2  超声波流量计双声道示意图

流量计算公式：Q=ΣV×S

V=f（v1.v2）

V=a2×r2+a1×r1+a0

a为多项式系数，采用最小二乘法求得

双声道超声波流量计通过两对声道测得的流

速，将管道模拟成多个区域采用多项式拟合法进

行流量积算以便得到最为精确的流量数据。

 

1.2.  热量测量

热量测量即在流量测量的基础上，增加两路PT1000输入，采用两线制接线，测温范围-50℃~150℃，使用符合国家标准的焓差法和比热温差法计算热量，其中焓差法仅用于水介质的热量计算。

2.  产品介绍

超声波流量计，由测量主机与换能器两部分组成，其出厂检定依据中华人民共和国国家计量检定规程JJG1030-2007《超声流量计》进行出厂检定。

1.1.1.  主机性能参数

项目		性能、参数
测量主机（一次仪表）	精度	1.0级
	重复性	≤0.2%
	最大流速	16m/s(管段式、插入式)、32m/s（外缚式）
	测量周期	500ms（每秒2次）
	测量原理	超声波时差原理，4字节IEEE754浮点运算
	显示接口	4×12背光型字符液晶
	操作	6位轻触按键
	输入	两路两线制PT1000铂电阻输入回路，可实现热量计量功能（焓差法）
	输出	电流信号：4~20mA，阻抗600Ω浮空，准确度0.1% 数据接口：隔离RS485串行接口 继电器输出：无源节点
	通讯协议	MODBUS-RTU协议(寄存器地址见附录)
	其它功能	自动记忆前7日、前2个月的累积流量 工作参数可固化到机内的FLASH存储器中，上电时自动调出
	平均电流	50mA
	工作温度	-10℃~70℃（可特殊定制）
	工作范围	连续工作
传 感 器	外缚式	DN80mm~DN6000mm
	插入式	DN80mm~DN6000mm
	管段式	DN15mm~DN1000mm
	信号电缆	SEYV75-2/4屏蔽双绞线（标配5m）
	防护等级	IP65（特殊需求可定制）
	工作温度	0℃~80℃（可特殊定制）
	工作压力	≤1.6MPa（可特殊定制）
可测管道	管材	碳钢、不锈钢、铸铁、PVC、铜、铝、水泥管等一切质地密致管道 允许有衬里
	衬材	环氧沥青、橡胶、灰浆、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚乙烯、硬质橡胶、胶木、聚四氟乙烯
	内径	15mm~6000mm
	直管段长度	上游≧10D，下游≧5D，距泵出口处≧30D。
可测液体	种类	水、海水、酸碱液、食物油、汽、煤、柴油、原油、酒精、啤酒等能传播超声波的均匀液体。
	浊度	≦20000ppm，污水测时效果好

 

1.2.  换能器类型

超声波流量计，可搭配多种换能器，其包含插入式、外缚式以及管段式，满足绝大多数应用场合。图3.1显示了主机所支持换能器。

法兰式传感器参数以及所支持的管径如下表所示：

表3.2  管段式换能器参数

公称口径(mm)	常用流量(m3/h)	长度(mm)	连接法兰
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.  外缚式及插入式传感器

外缚式及插入式传感器的最大优点在于不停产即可安装和维护。其采用陶瓷传感器。管径范围：DN80~DN6000，且支持非标准管段管径。

2.  产品安装与连接

2.1.  测量主机安装与连接

2.1.1.  安装与连接要求

l  禁止安装在强烈振动场合；

l  禁止安装在有大量腐蚀性气体的环境；

l  建议测量主机不要安装在室外使用，必要时请安装在仪表箱内避免雨淋、日晒；

l  供电电源应稳定可靠，必要时加装稳压设备；

l  尽量避免和变频器、电焊机等污染电源的设备共用一个电源，必要时加装电源净化设备；

l  在雷电多发区工作的仪表必须安装避雷器或采取避雷措施。（用户可自行选购避雷器或由本公司协助选购）。

2.1.2.  测量主机安装方法

安装说明：

l  详细勘察现场环境是否可以满足流量计安装要求；

l  开箱检验流量计外观及配件是否完整；

l  通电检测流量计是否可正常开机且正常显示；

l  如条件允许可在安装前进行仪表通电检测。

2.1.3.  测量主机接线端子连接

标准壁挂式主机、防爆型内胆主机，端子分为两排，其位置如图所示：

 

 

图4.1 主机与电源连接示意

端子详细说明如下：

序号	端子名称	接线说明
1	0UP+	连接第一声路上游超声换能器
2	0UP-
3	E
4	0DN+	连接第一声路下游超声换能器
5	0DN-
6	E
7	1UP+	连接第二声路上游超声换能器
8	1UP-
9	E
10	1DN+	连接第二声路下游超声换能器
11	1DN-
12	E
13	PT1+	连接入口温度传感器
14	PT1-
15	PT2+	连接出口温度传感器
16	PT2-
17	485+	RS485总线（MODBUS RTU 协议）
18	485-
19	OPT+	光耦OCT输出
20	OPT-
21	RLY0	继电器无源节点输出（常开点）
22	RLY1
23	AO+	4~20mA电流输出
24	AO-
25	+24V	仪表24V电源接口
26	GND
27	L	AC220V电源输入
28	N
29	G

2.2.  传感器安装

2.2.1.  选择测量点

超声波流量计的安装在所有流量计的安装中是最简单便捷的，只要选择一个合适的测量点，把测量点处的管道参数输入到流量计中，然后把探头捆绑在管道上即可。选择测量点时要求选择流体流畅分布均匀的部分，为保证测量精度。一般应遵循下列原则：

l  要选择充满流体的管段，如管路的垂直部分或充满流体的水平管段。

l  测量点要选择距上游10 倍直径距离，下游5 倍直径距离以内流体均匀分布的直管段区域内,没有任何阀门等干扰。

l  需保证测量点处的环境温度在仪表可工作范围以内。

l  充分考虑管内壁结垢状况，尽量选择无结垢的管段进行测量。实在不能满足时，需把结垢考虑为衬里以求较好的测量精度。

l  选择管材均匀密致，易于超声波传输的管段。

 

2.2.2.  外缚式探头安装

在安装探头之前，须把管外欲安装探头的区域清理干净，除去一切锈迹油漆，选择管材致密部分进行探头安装，在探头的中心部分和管壁部分均匀涂抹耦合剂后将探头紧贴在管壁上捆绑好，在安装过程中应注意以下事项：

l   两个探头要安装在管道管轴的水平方向上；

l   探头的安装方向。

安装探头过程中，探头和管壁之间不能有气泡及沙砾。水平管段安装时要保证将探头安装在管道截面的水平轴上，以防管内上部可能存在气泡。如果受安装地点空间的限制而不能水平对称安装探头，可在保证管内流体无气泡的条件下，垂直或有倾角地安装探头。

探头安装方式共两种。这两种方式分别称为V法、Z法。下面分别说明，一般管径在（DN100~300mm）范围内时可先选用V法；V法测不到信号或信号质量差时则选用Z法，管径在DN300mm以上或测量铸铁管时应优先选用Z法。

 

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