超声波流量计超声波

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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公司为代表的产品较多的采用数字信号处理技术，如“同步调制”和FFT技术，他们广泛的采用以DSP为核心的数字处理电路，从而能够更快实时的处理超声信号，同时能够实现一些复杂的算法，如Ploysonics公司的DDF3088型是该公司的新一代全数字化便携式多普勒流量计，它采用了数字滤波和数字频谱分析技术，能自动识别多普勒信号与噪声信号，抗干扰能力强，采用了高分别率的液晶显示，可以现场对信号进行多普勒分析。在测量方法方面有的利用改进的时差法，用以消除速度受温度的影响，还有将时差法与多普勒法的组合，如Controlotron公司研制的480型超声流量计，这样使得产品的实用范围更广。但由于国外的产品的价格比较高（每台约为5～10万元左右），所以限制了在国内的大量使用[2]。 目前国内的厂家生产的超声波流量计虽然价格比较便宜，但总体性能差，主要用于测量比较容易的大管径管道中流体的测量。他们多采用的方法是时差法，以单片机为系统核心进行信号处理。但由于受单片机速度的限制，所以只能进行一些比较简单的算法，如通过计数来实现流速的计算。同时由于一般的时差法受温度的影响比较大，所以在精度上面就不会很高。如南京亚楠公司生产的ZLC系列流量计是国内率先采用多脉冲发射和接收宽带技术，并带有微机控制的新型超声波时差式流量计。近几年来由于DSP和超大规模集成电路技术的发展，以及以基于DSP为核心的数字信号处理电路技术日益成熟和广泛使用，使得可以采用以DSP为处理核心的超声波流量计来广泛取代国内的以单片机为核心的超声波流量计，从而可
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流量计介绍产品特性：超声波流量计/热量计专业制造商，尖端技术设计制造，国内率先达到国际水平、精度达到一级。性能、质量堪比进口产品，现货供应。全中文或英文显示，2×20点阵式液晶显示背光液晶可同时显示瞬时流量及累积流量、瞬时热量及累积热量、流速、时间等数据非接触式测流量方式，体积小，安装方便采用结构紧凑、坚固的压铸铝机壳时差式测量方式，低电压，多脉冲
流量计类型产品特性：●固定超声波流量计采用大规划集成电路CPLD，表贴工艺，准确度更高。●高可靠性，高性能，适用性好，全中文显示。●日、月、年流量累积功能，可记录前64个运行天、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、断电时间及流量，可进行人工或自动补偿减少流量损失。●有效地克服管壁对超声波信号的衰减和粗糙的管道内表面对超声波信号的散射，从面减少超声波信号的能量消耗。
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德国FLEXIM（弗莱克森）经济型固定式超声波流量计F501(原ADM5107）采用夹装式测量技术，非浸入式安装，探头可直接夹装在管道外壁上，无需破管安装，无需工艺停车，并且无压损。简单易用，对话式菜单，清晰易操作，界面友好。F501(原ADM5107）固定式超声波流量计采用独特带DSP的双UP技术、高速采样和自适应信号数字处理技术，即使在苛刻的测量工况下，也能可靠而稳定的工作。FLEXIM超声波流量计根据客户需求，可以在工厂进行预设定，极大地简化了现场调试工作。另外，该产品是固定式安装，特别适用于水及污水行业。其工作原理为时差法，利用超声波信号在流体中的传播速度与流体流速的关系进行测量。
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产品名称：固定式超声波流量计
产品型号：MKflo-2000F-L
测量介质：水、海水、工业污水、酸碱液、各种油类等能传导声波的液体。
测量精度：优于±1.0%
流速范围：0.3～±10m/s
测量管径：DN15～DN3000
传感器类型：可选择大、中、小外帖式传感器插入式传感器标准管段式传感器
信号输出：4-20mA
电源：220VAC
固定式超声波流量计非接触式测流方式，结构紧凑、坚固、国际先进的压铸铝机壳
适用于现场测量各种尺寸管道液流，大屏幕背光液晶可同时显示瞬时流量、累计流量、流速、时间等参数。
4-20mA、OCT（累计脉冲、频率）、继电器输出
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企业文化：协作、进取、创新、专业
辽宁省副省长滕卫平在我们公司展台和我们技术人员交流
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便携式和固定式超声波流量计；
氧化锆氧量分析仪；
FCR系列喷墨式记录仪；
Z系列微型数字温度控制器；
气体分析仪和水质分析仪；
Pt系列架装仪表及各种辅助仪表。
其中智能变送器系列在国内石油、冶金、焦化等行业应用Z为广泛，如：大庆石化、武汉荆门石化、宁波镇海石化、上海宝钢等等大型企业….。日本富士变送器，它集现代微电子制造技术和微处理技术於一身，采用高质量、高性能的硅微电容传感器，仪表性能优异、功能强。测量范围为，绝压，压力，差压，流量，液位等。还有专门用于食品行业的卫生型变送器，用于测量高温高精度的法兰变送器，法兰变送器又分为单法兰，小法兰远传压力变送器，双法兰，小法兰远传差压变送器等。变送器采用富士，HART双语言通讯协议，使用非常方便。受到用户的广泛好评。‘
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可编程内置定量控制器，可以使用外部输入信号或者MODBUS指令启动
可记录前64天、前32个月、前2年累积流量和工作状态，可记录前16次上、断电时间和流量，并可实现自动或手动流量补加
断电10万小时数据不丢失
流量变送器IP68，流量模块IP63，二次盘装操作仪表IP63
外夹式传感器的安装是将两只传感器夹装在管道外壁，传感器不与被测液体接触。传感器表面与管道外壁之间涂有声耦合剂，该耦合剂可以是专用硅胶或高温润滑脂，传感器用专用的卡具捆绑在管道上；外夹式传感器适用于不希望破坏管道的应用场合，适合测量腐蚀性、有毒性、高纯净度的液体。传感器安装在管道外面，可以完全不影响生产。适用于不适宜应用管段式传感器和插入式传感器的场合；
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