中图分类号：TB97
文献标识码：A
文章编号：1007-3973（2012）007-016-02
1 前言
在《流量测量方法和仪表选用》一书中说：“有人调查美国装用的千余台流量仪表，发现约60%所选择的测量方法不是最合适的或使用不正确，这60%中的约60%虽然采用了合适的测量方法，却错误的布置和安装，由此可见正确选择和使用流量仪表并非易事”。书中又说：“要正确和有效地选择测量方法和仪表，必须熟悉仪表和使用流体特性这两方面，同时还要考虑经济因素。归纳起来有五个方面的因素，即性能要求、流体特性、安装要求、环境条件和费用，即使经验丰富的工程师，综合这些因素提出最优方案亦非易事”。
从原则上讲，最适合的流量计就是最好的流量计。如果只需知道管道中的流体是否正常流动，如果没有测量精确度的要求，就可以选择价格低廉使用可靠成本较低的流量计即可。但对测量精确度要求很高，用于特殊介质或特殊工作条件、差价不大、可比性较强的流量计，选择起来就不那么容易了，本文将对电磁流量计和超声波流量计这两种可比性很强的流量计，通过基本原理特性和基本技术性能的比较和浅析，来阐述在选择时应该注意的一些地方。
2 电磁流量计和超声波流量计的基本技术性能比较
电磁流量计和超声波流量计基本技术性能比较见表1。
表1中两种流量计的基本技术性能有些比较直观易解，需要说明的是确定流量计精确度的参考流动条件和这两种流量计的特性。因为无论采用那种确定流量计精确度的方法，都必须溯源到原始标准的精确度，而原始标准的精确度又是建立在有关标准规定的参考流动条件下确定的。
美国著名流量专家米勒编著的《流量测量工程手册》一书中全面归纳出“参比”（编注：参考文献[5]）流动条件的含义是：
(1)具有充分发展的层流或紊流的速度分布，无旋涡并且是与轴对称的（围绕管道的中心轴线是对称的）。
(2)为牛顿流体。
(3)为充满圆管的均匀单向流体。
(4)为定常流。
(5)对于因温度、压力变化所引起的尺寸变化或其它已知系统误差，已进行了流量计算的校正。
如果现场流动条件偏离了参比流动条件，就会给测量带来附加误差，偏离参比流动条件的因素叫影响量。速度分布的失常，非均相流，脉动流和气穴是影响各种流量计测量特性的四个主要影响量。一种影响量所造成的误差程度与该流量计对这种影响量的敏感度，以及是否能进行流量计算的修正有关。
在各种影响量中，速度分布是最重要的，也是最少被人理解的一种影响量。旋流、非牛顿流体和轴向不对称的速度分布对流量计特性的影响，不仅是难以分析的，而且在实验室中也很难再现。要弄清速度分布对流量计特性的影响，首先要了解与速度分布有关的术语涵义。
(1)速度分布：在管道横截面积上流体速度轴向矢量的分布模式。
(2)充分发展的速度分布：一种一经形成则从流体流动的一个横截面积到另一个横截面积不会发生变化的速度分布，它通常是在足够长的管道直管段末端形成。
所以在确定流量计精确度时，都必须是在同一标准状态下进行才具有可比性。下面分别将电磁流量计和超声波流量计的基本特性进行对比说明。
3 电磁流量计的基本特性
电磁流量计近20年来获得迅速发展，占有量跃居前三名。随着先进技术的发展应用，电磁流量计的优点得以充分发挥，缺点和局限性得以弥补和改进。其优点是：
(1)传感器结构简单，无活动部件和阻碍流体流动的扰动件，不会发生管道堵塞。可以测量污水、泥浆、悬浮物，也可测量食品、药浆类需要卫生条件的流体。无压力损失，即使是大口径耗电量也仅有20瓦左右，属于节能环保性仪表。
(2)转换器通用性强、工作可靠、具有互换性、功能具有多样性、可选择性、显示和输出方式多种多样。可以适用不同用户的需要，特别是智能型电磁流量计，具有可编程的输出功能，各种数字通信方式，小信号可予切除，具有自检和自诊断功能，可方便地进行参数设定、编程等。性能稳定、可靠、检修简便。
(3)传感器衬里和电极材料有多种选择，可适应不同的介质，耐磨损、耐腐蚀。测量信号不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响。采用沉浸结构可在水下工作。采用防爆性，可以在相应的有爆炸危险的场所工作。
(4)测量范围度宽,从原理上讲，它的流量方程式是线性的，每个量程中可以达到线性范围50：1。对于同一台表，可以达到的测量范围度2500：1，这是其它流量计无法比拟的。
1 超声波流量计的工作原理
超声波流量计利用超声波测量流量有许多种方法，其中典型的方法有时差法、声循环法、多普勒法。本文主要介绍时差法超声波流量计的工作原理，超声波在流体中的传播速度受到流体流速的影响，在流体顺流方向和逆流方向是不一样的，其传播时间差和流体的流速成正比。只要测出超声波在这两个方向上传播的时-间差，便可知流体的流速，再乘以管道截面积便可得流体的流量。具体计算公式如下：
超声波在顺流方向传播时间t1为：
式中： L――声程，m；
φ――管轴线与声道之间的夹角，即声道角；
c――声波在静止流体中的声速，m/s；
v――流体沿管道轴向的流速，m/s；
超声波传播的时间差t为：
由上可知这时只要测得t1和t2，便可求得流体流速，流体流量。
2 超声波流量计的结构
超声波流量计主要由换能器和控制器（变送器）两部分构成。换能器有两种，一种是发射换能器，另一种是接收换能器。发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收换能器接收到超声波信号，通过传输线送到控制器（变送器）。控制器（变送器）的作用是将接收到的超声波信号经电子线路放大并转换为与被测流体体积流量成正比的电信号，进行显示和累计计算，还可将信号进行远传进入DCS等控制系统。
3 超声波流量计的选型
为确保流量计正常投运，仪表选型至关重要。超声波流量计根据换能器的安装方法不同可分为外夹式超声波流量计、插入式超声波流量计和标准管段式超声波流量计。超声波流量计的选型主要是根据计量要求选择适合的流量计。
（1）外夹式超声波流量计，优点：①外夹式超声波流量计的换能器安装在管道外面，不与被测流体直接接触，不存在换能器腐蚀、粘结等问题；②测量时，在管道内部无任何测量部件，没有压力损失，不改变流体的流动状态；③安装简单方便，管道不用切断，不用开孔，安装时不用停流；④可以便携使用，便于对有怀疑的其他流量计进行比对。不足：①对管道条件要求较高，应确定管道材质、管道外径、壁厚、衬里材质和厚度等；②测量精度相对低一些。
（2）插入式超声波流量计，优点：①安装时不用停流，使用专用安装工具在管道上开孔，换能器直接穿插在孔内；②与外夹式超声波流量计相比，测量精度较高，不受管道锈蚀、结垢等的影响。不足：①换能器直接与被测流体接触，易被腐蚀、结晶造成仪表测量不准确。
（3）标准管段式超声波流量计，把换能器固定安装在按照设计加工好的管段上，并且换能器直接与被测流体接触。这种流量计能够准确控制加工精度，同时可以精确测量管段的几何尺寸，而且两个换能器之间只有单一被测介质，所以测量准确度较高，但是，不足是安装麻烦，需要断流，割开管道安装，而且对于大口径管道定做价格较高，因此除非特殊要求一般不建议选用此种超声波流量计。
综上，超声波流量计在选型时必须综合考虑准确度、安装条件、现场环境等，选择适合的流量计。
4 超声波流量计的安装
（1）测量点的选取：①测量点应尽量选择距离上游10倍直径、下游5倍直径以内均匀直管段，以确保流体所需的流速分布；②流量计尽可能水平或垂直安装，管内必须充满流体，当换能器安装在倾斜管道上时，不要装在上部和底部，以免管道内的气体或杂质进入测量声道，应尽可能使换能器处于和水平面成45度角的范围内；③对于外夹式超声波流量计，测量点管道内壁不能有过厚结垢层，尽量选择无结垢的管段且应具有良好的导声性能；
（2）换能器安装方式
①V法安装
适用于管径较小时，采用V法安装扩大了声程长度，增加了顺逆向声波传播时间；
②Z法安装
Z法安装方式一般适用于DN200以上管道，使用Z法安装时超声波在管道中直接传输，没有折射，信号衰耗小。
5 超声波流量计的应用
近年来，由于电子技术的进步，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，超声波流量计具有大量程比，无压损的特点，在保证测量准确度的同时提高了官网的输水效率；在工业冷却循环水的计量中，超声波流量计实现了在线不断流带压安装和在线标定。
6 结束语
综上所述，超声波流量计作为流量测量仪表，有其独特的优点，在很多领域得到了越来越广泛的应用，特别是智能化超声波流量计，采用微处理器和程序控制，且带通讯接口、功能更强、编程方便，因而具有更强的生命力。但是不论其如何发展，如果设计选型及安装不当，不仅无法发挥其优越性，还会带来损失。因此，在实际应用中，超声波流量计的正确选型及安装是极为重要的两个环节，必须引起我们的重视。
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，其测量准确的优点，也使其成为化工行业测量流速的首选工具。
1.超声波流量计的测量原理
超声流量计是通过检测流体流动时对超声束的作用，以测量体积流量的仪表。超声波流量仪的传感器是将传感器直接捆绑在被测管道的外表面，从而实现流量测量的一种安装方式，解决了其它原理的流量仪在安装时必须断管、停产的难题，是超声波流量仪的基本安装方式，具有与管径无关、安装简单、无需停产、无压力损失等特点。超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法，其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流量。它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点,测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值,从而计算流体流动的速度和流量。设流体中声速为c，流体流动速度为v，把一组换能器P1、P2与管渠轴线安装成?兹角，换能器的距离为L。从P1到P2顺流发射时，声波传播时间t1为：t1=L/(c+vcos?兹)从P2到P1逆流发射时，声波的传播时间t2为：t2=L/(c+vcos?兹)
超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，吸收器吸收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。传感器具有：方便安装的外缚式、可靠工作的插入式、高可靠高精度的标准管段式、超高精度的标准型?仔管段式。超声波流量计的重要特点是：流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力丧失；能用于任何液体，特别是具有高黏度、强腐化，非导电性等性能的液体的流量测量。
2.超声波流量计的现场应用情况
在相距为L的两处放置两组超声波产生器和吸收器（T1，R1）和（T2，R2）。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分辨达到吸收器R1和R2所需要的时间为t1和t2，则t1=L/(c+u)t2=L/(c-u)由于在工业管道中，因此两者的时间差为t=t2-t1=2Lu/cc由此可知，当声波在流体中的流传速度c已知时，只要测出时间差t即可求出流速u，进而可求出流量Q。
3.超声波流量计的现场管理
3.1是传播时间法只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体，外夹装换能器不能用于衬里或结垢太厚的管道。一般均安装于水平、倾斜或垂直管道，垂直管道最好选择自下而上流动的场所，以防止测量点出现非满管流。
3.2是流体运行流速不能过低，过低的流速会使离散体分布不均匀。若测量管水平安装，气体会浮升在顶部流动，颗粒会沉淀于底部。最低流速通常为0.1-0.6m／s。
中图分类号：TH714 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0129-03
Abstract：Controling and measurement of water for agricultural irrigation widespread inefficiency， high accuracy is not the situation， based on multi-channel ultrasonic transit-time flowmeter design and complete hardware design and software design. Program uses a high-voltage power driver ultrasonic transmitter circuit， for receiving and processing signals from the microprocessor Cortex-M4k60 be calculated according to the signal information， the conclusion that the open channel flow measurement.
Key Words：Multi-channel ultrasonic flowmeter， Time difference method， High voltage power driver
超声波传播的方向性好，穿透能力强，接收的时候容易获得集中的声能，它在液体中传播距离远。超声波明渠流量计作为一种非接触式测量设备具有很好的发展前景。
1 超声波明渠流量计测流原理
时差法测流就是利用超声波脉冲在流体中顺流与逆流传播的时间差来测量流速，此流速与截面积的积就是所测的流量，工作原理如图1所示。
在图1中，1和2均为超声波传感器，3为测流截面。L是超声波传播的距离即声程。开始工作时，顺流方向传感器1向传感器2发射声脉冲，测出传播时间。逆流方向传感器2再向传感器1发射声脉冲，测出传播时间。则该水层平均流速为：
（1）
两个换能器安装在河流两边，声波传输时通过整个断面，实际传输速度受断面上这一水层所有水流速度影响。根据测得的时间差得到的是断面这一水层的平均流速。由此可以根据所测的各个水层平均流速资料推求整个断面平均流速。在测速的同时测量水位，由水位计算过水断面面积S。在简单的情况下，可用的方法计算流量。式中的k是断面流量系数，断面平均流速。
2 系统方案设计
一般来说渠道中的流态比较复杂。一方面，从渠底到水面流速呈不均匀分布；另一方面，当渠道的上游有转弯或分水口时，水流会产生横向流，为消除横向脉动流等影响，提高测量精度，一般采用多声路的布置方式，根据我国的灌区特点，一般采用三个声道的超声波流量测量系统，其现场工艺如图2所示。
如图2所示，多声道的超声波流量计是通过精确地测量各声道上超声波沿水流顺向及逆向传播的时差，用加权积分的方法计算出流量。多声道超声波流量计测流原理与单声道超声波流量计基本相同，只是测流时在流量的断面上布设了多个传感器。其中每个声道的工作原理框图如图3所示。系统主要由电源、微处理器部分、超声波发射电路、输入保护电路和放大滤波电路构成的信号调理电路、显示电路、通讯电路、传感器等部分组成。其中， 发射部分和接收部分是超声波测厚的重要组成单元，它完成从超声波发射和接收到检测、放大滤波等一系列超声波信号在流量中的模拟部分的信号处理。
3 系统硬件设计
3.1 信号发射模块
在发射电路的设计中，由单片机单个I/O引脚触发激励脉冲信号，单片机激励的信号脉宽大致为400ns，幅值为5V，由于激励电路中采用的是FQPF4N90C N沟道增强型功率场效应管，单片机I/O口的信号不足以驱动其通断，所以设计中选用了MAX4420作为驱动芯片，它是一款单功率金属氧化物半导体场效应管驱动器，用于TT/CMOS输入信号转换为高压/大电流输出，信号经MAX4420放大后，促使FQPF4N90C导通，由于高压已经对电容C3充好电，所以电容将会通过电路瞬间放电，在超声波探头上产生高压窄脉冲信号，压电晶片将电能转换为声能（机械能）而产生超声波信号。电路图如图4所示。
电路具体的工作原理为：在没有激励发射脉冲时，高压电源HVCC通过电阻R3和R4对能承受高压的电容C3充电，使其两端的电压差达到高压电源的输出值。当发射激励脉冲到达后，场效应管FQPF4N90C瞬间导通，C3通过FQPF4N90C向后续的电路进行快速放电，产生负向的脉冲瞬间作用在超声波探头上，使其快速发生压电变换，激励出高能的超声脉冲。
3.2 信号接收模块
在超声波测流电路中信号接收模块主要对超声波探头的回波信号进行处理，包括限幅、放大、滤波、检波和比较，输出的信号直接传到单片机，由单片机判断信号的变化并识别回波信号。
3.2.1 输入保护电路
在超声电路中，在使用高压窄脉冲激励超声波探头时，激励信号同时也会附加到后面的接收电路上，如果不能对此信号进行过压保护即限幅，高压信号将可能损坏接收电路中的一些精密的元器件，不能正常接收到信号，从而造成误判。
设计中，主要采用二极管并联限幅保护电路，电路如图5所示，反向二极管分别能对正向和负向的大脉冲信号进行限幅，保护后面的接收电路，同时也提高了超声波接收电路反应的灵敏度。由于超声信号频率较高，这要求限幅二极管具有较高的反应速度和承受0-800V的正或者反向电压，在设计中采用反向并联2个1N5817以达到限幅的作用。
3.2.2 增益放大电路
由于探头接收到的回波信号是比较微弱的高频信号，所以用高频放大电路来对回波信号进行放大。设计中采用AD620对回波信号进行放大，电路如图6所示。在增益设置上，使用一个外部电阻器便可把增益精确的设置在1到1000倍，并能保持其最大误差在±0.3%之内。
3.2.3 滤波电路
因为超声波激励及回波信号都属中高频段，所以在对信号放大的过程中会在信号中附加上一些高频干扰和噪声，这些干扰不但存在而且其幅度相对有用信号很大影响后期的信号处理，滤波电路用来对大噪声进行滤除。设计中主要采用MAX4104ESA对噪声进行处理，电路如图7所示。
在不同频率输入下的滤波结果仿真如图8所示（左图输入频率 500KHz，右图输入频率2MHz，图中幅值较小的波形为滤波后的信号）。
3.2.4 检波电路
信号经过滤波后，仍存在震荡，对信号进行检波，以改善信号的平滑度，设计中选用1N4148二极管与电阻电容构成检波电路，如图9所示。
在高频输入下检波仿真结果如图10所示（图中正弦波为输入信号、频率为500KHz，幅值为4.2V的波形为检波后的信号）。
3.2.5 比较电路
设计中采用高速、低功耗比较器MAX913进行电压比较，电路如图11所示。在Protues下仿真结果如图12所示（图中正弦波为输入信号，频率500KHz，直流波形为基准电压，方波为输出信号）。
3.2.6 通信电路
由于控制芯片串口类型为TTL，为使电路能够接入RS485总线。所以设计中采用MAX485作为通讯芯片，P23可与单片机IO口连接，P23为高电平时，MAX485处于发送状态，单片机将串行数据送至TXD引脚。P23为低电平时，MAX485处于接收状态，单片机从RXD引脚接收串行数据。
3.3 显示模块及功能键
为了全面直观的显示信息，选用EDM12864P液晶显示模块。
EDM12864P是+5V电源供电的128*64点阵式图形液晶显示模块。功能键单元主要是完成参数设定、数据的输出、显示和传送等功能。
4 实验结果及分析
在系统设计中，驱动的窄脉冲信号由单片机I/O引脚提供，可使脉冲的脉宽最小保持为一个机器周期的时间，单片机输出小脉冲信号后，经MAX4420放大信号驱动场效应管导通，电容通过电路进行快速放电，在测试中，使用了150V的电压对电容进行充电，满足探头2.5MHz的中心频率。探头受到脉冲的激励，会产生 阻尼震荡，用数字示波器观察到的效果如图13所示。
通过实验发现，超声波流量计在进行流量测量时还存在一定的误差，误差取决于数据的线性度和修正系数的准确性。误差是由超声波信号的时间差和超声波在水中的声速影响的。在测流中可以改善信号的处理结构和降低噪声来提高时间差的测量精度，而声速则与液体的温度和压力有关，消除温度和液体压力带来的误差则大大增加了软硬件设计的难度，另外渠中水的流态，如层流和湍流也影响着测流的准确性。
6 结语
针对农业灌溉用水测量普遍存在着效率低下、精度不高的状况，设计了多声道超声波流量计设计方案，并完成了硬件及软件设计。此方案能广泛的适用于灌溉用的明渠流量测量，也可以用于管道流量测量，在实际的测试中，程序无出错率，很好的达到各种测试的目的。在测试中，各个模块都能顺利的采集到相应的数据并在接收到上位机的读取指令后自动向上位机返回数据值。
参考文献
[1]吴斌，赵刚，夏冰.浅谈超声波流量计的分类和实际应用[J].中国计量，2006，（11）：53-55.
[2]徐方明，夏洲，朱浩，等.基于FPGA的多声路超声波流量计设计与实现[J].水电自动化与大坝监测，2014，（02）：25-27.
0 概述
中洛线六个泵站自动控制系统就采用了超声波流量计与气动调节阀紧密配合进行自动调节控制，与泄漏定位系统配合实现精确定位。它准确可靠地工作对保证全中洛线自动控制系统的正常运行和安全生产有着重要的意义。
1 超声波流量计简介
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仪表，技术成熟领先、性价比高。特别是管道式一体型超声波流量计，应用范围广泛，测量声道可达3个，稳定性和可靠性高，可在线检定，操作和维护成本非常低，性价比高，精度可达±0.3%。它采用先进 “时差法”测量原理，利用超声波脉冲在通过液体顺逆两方向上传播速度之差来求圆管内液体的流量，几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响。
2 超声波流量计工作原理
当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下列表达式：
其中，θ为声束与液体流动方向的夹角，M 为声束在液体的直线传播次数；D 为管道直径，Tup 为声束在正方向上的传播时间，Tdown为声束在逆方向上的传播时间，ΔT=Tup-Tdown
3 与调节阀配合实现自动配输
自动配比输油系统是由给油泵、电机、电动阀门、超声波流量计、配输调节阀组成。自动配输通过超声波流量计流量计和配输调节阀来实现，其工作流程是中洛线进口油、中原油分别经过进口油管线、中原油管线进入濮阳首站，分别进入两条配输管道，经过超声波流量计给调节阀提供精确地介质流量实现自动调节每条管线的输油流量，进口油、中原油按照既定的输油比例在配输调节阀后混合输油。
4 与泄漏定位系统配合实现精确定位
安装超声波流量计，增加流量信号后，可以利用瞬时流量的对比区分管道泄漏与管道正常工况的变化：当管道发生泄漏时，管道上游端瞬时流量上升、压力下降，管道泄漏端瞬时流量下降、压力下降；管道正常工况变化时，管道上（下）游端流量、压力同时上升或下降。利用这一特点，可以准确区分管道是否发生泄漏。
（1）当管道首末端安装流量计后，可以采用实时模型法判断和定位泄漏。实时模型法认为流体输送管道是一个复杂的水力与热力系统，根据瞬变流的水力模型和热力模型及沿程摩阻的达西公式建立起管道的实时模型，以测量的压力、流量等参数作为边界条件，由模型估计管道内的压力、流量等参数值，估计值与实测值比较，当偏差大于给定值时，即认为发生了泄漏。
（2）管道首末端安装流量计，为需要流量计提供累计流量、瞬时流量等参数。
（3）采用管道首末端流量计提供的累计流量值，可以根据质量平衡法判断管道是否发生泄漏，进行流量对比的时间段可以改变，以发现较小的泄漏。
（4）采用流量平衡法，需要同时测量流体的温度，以便对流量数据进行修正。流量平衡法可以弥补这种缺点，它也是判断管道是否发生泄漏的一种常用方法，这种方法依靠质量守恒定律，没有泄漏时进入管道的质量流量和流出管道的质量流量是相等的。如果进入流量大于流出流量，就可以判断出管道中间有泄漏点。对于加热输送的管道，还需计算沿程温降对流体密度和体积的影响。这意味着“进多少出多少”的简单系统在某些应用中是不够完善的，为此质量/流量平衡法检测管道泄漏的故障方法需要配合其它方法联合使用。
（5）采用管道首末端流量计提供的瞬时流量值，可以根据瞬时流量的变化，准确判断管道是否发生泄漏，排除正常的工况变化。
（6）可以建立管道的实时模型，根据实时模型法判断是否发生泄漏以及确定泄漏发生的位置。
（7）可以采用多种方法判断泄漏和定位泄漏。利用流量校核帮助判断管道是否发生泄漏。
5 维护
超声波流量计日常不需维护，每半年应检查其信号强度，如发现信号强度低于65，应将传感器取下，将焊接在管段上的导波管内螺纹孔清理干净，保证没有水分，然后将传感器清理干净，表面重新涂上耦合剂，用手小心旋入导波管内。注意：用手拧紧即可，切勿使用扳手加力！
大牛地气田丹尼尔超声波流量计出现的故障主要是瞬时流量异常和无瞬时流量。
一、瞬时流量异常
瞬时流量异常可能是由于温变压变、通讯电缆、浪涌保护器、流量计算机等故障引起，需要仔细检查确认。通过与其它流量计的温变压变上传通讯线对换，判断是流量计算机的问题或是现场线路、仪表的问题。以下以A、B超声波流量计举例说明，A正常，B异常。
1.仪表及线路故障判断
把A和B的温变、压变通讯线对换后，B的显示正常，A显示异常，可判断A的温变、压力通讯线路或仪表存在问题。温变和压变都支持HART通讯协议，通过以下方法判断：断开二次仪表的电源，用FLUK供电，并检查二次仪表，如检测不到或数据异常，判断是仪表故障，更换仪表恢复正常生产。
如果能够检测到仪表值并且显示正常，那么恢复向现场仪表的24V供电，逐段检测到流量计算机的通讯电缆如在某段检测不到信号或信号异常，可以判断是该段电缆破损，更换该段电缆恢复正常通讯。如果在经过浪涌保护器后信号异常，可判断是浪涌保护器故障，更换浪涌保护器恢复数据正常传递。
2.流量计算机Hart板故障
把A和B的温变、压变通讯线对换后，A显示正常，B显示异常，说明B的流量计算机故障。检查流量计算机Hart板LED指示灯状态，正常情况下是绿色闪烁，如果显示红色常亮或不亮等其它状态，说明温变和压变对应的Hart板通道损坏。解决办法有两个，一是直接更换Hart板，不用刷新组态；二是更改刷新组态，请Daniel技术工程师更改组态，更改温变和压变对应Hart板的通道。
一般在夏季雷雨天气下容易出现流量计算机被雷击损坏的情况，特别是Hart板，更容易损坏，需要格外留意。
3.刷新组态
需要准备安装有S600软件的笔记本电脑和网线。首先把流量计算机的安全设置中选择“enable”可用，然后更改笔记本电脑的IP地址，使流量计算机与笔记本电脑在同一个局域网中，流量计算机的默认IP地址是“129.76.69.74”，用网线连接好后，在笔记本电脑上ping 流量计算机，如果能通讯上，表示连接已经建好。打开S600程序的“Config Transfer”后，在“transfer”菜单下选择“Network”，在“hostname”中输入流量计算机的IP地址。在“send”菜单中选择要刷新的组态，该组态需要提前放置在“Emerson Process Management\Config600\Configs”文件夹中，然后点击“Send Now”就开始刷新组态。在刷新组态过程中不能被打断，否则可能造成因组态不完整无法运行的情况。
二、无瞬时流量
可通过检查流量计算机S600的CPU板、流量计的超声换能器及信号放大单元判断。
1.CPU板故障
CPU板LED5指示灯不亮或显示红色。检查方法：笔记本电脑首先安装S600组态软件并激活，用网线与S600连接，把笔记本电脑的IP地址更改，建立与S600的通讯局域网，下载组态备用。更换使用备用CPU板，把组态刷到备用CPU板中，冷启动S600，检查指示灯状态。
2.流量计故障
CPU板LED5指示灯不亮或显示红色，表示流量计与流量计算机之间的通讯异常，需要检查流量计的超声换能器和信号放大单元。检查方法：笔记本电脑安装CU1软件，通过RS232数据线与流量计的J7端口相连，通过CU1软件检查在带压下四个声道是否有报警，如果是表示所有超声换能信号全部没有上传上来，需要拆卸下表头，紧固信号放大器，如果信号还传递不上去，表示信号放大器损坏，需要更换新的。
中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0398-01
节约资源和环境保护是我国的基本国策，也是我国当前重要的发展战略。能源计量是节能减排的重要基础和保障，是实现节能减排的重要技术措施和基础环节。据统计全国17000家左右的重点用能单位能源消费占了全国能源消费的60%以上。重点用能单位就是年综合能源消费总量一万吨标准煤以上的用能单位以及国务院有关部门或省、自治区、直辖市人民政府、节能管理部门指定的年综合能源消费总量五千吨以上不满一万吨标准煤的用能单位。抓好重点用能单位的节能，是实现“十二五”期间节能减排目标的重要支撑和保证。为此，国家质检总局组织制定了JJF1356-2012重要用能单位能源计量审查规范，对审查内容、审查要求、审查方法及结果做了详细的规定。
根据审查规范第6.1.1.2项规定重点用能单位应再配备必要的便携式能源计量器具，以满足自检自查要求。便携式能源计量器具是指方便拆卸的，在拆卸及测量过程中不影响被测介质正常状态的能源测量仪表，这类仪表多数是通过非接触测量来实现测量目的的。第6.3.3项中第三条规定对无法拆卸的、无检定规程或校准规范的非强制检定计量器具，应采取可行、有效的措施（如：自校、比对、定期更换等）确保其量值准确可靠。结合我厂实际情况我们配备了0.5级便携式超声波流量计。下面我们探讨一下便携式超声波流量计在我厂能源计量方面的应用。
做为一个连续生产的工厂，计量器具的拆除会导致车间停产，所以要进行自校。所谓自校是指用能单位用便携式能源计量表与在线能源计量器具进行比较测量。
一、用便携式超声波流量计进行在线水计量流量计自校方法
在使用现场对流量计测量系统进行校对时一般包括零点校验、常用示值和累积流量校验。通常先进行零点校验，在零点正常情况后，进行其他点的示值校验，如果零点不正常，应查找原因，经处理使之正常后再进行其他点的示值校验。
1、流量计测量系统的零点校验
①保证流过流量计的流体流量确实为零，这是流量计校零的基础，一般现场使用时间长的切断阀关闭后能做到无泄漏者不多，所以校对零点时一定要确认这点，才能避免弄巧成拙。
②在流量计测量管道中必须充满被测的水。不满管会造成流量计示值的错误。
③安装换能器时，管道外表面应去保温层、去漆，锈迹应砂平，涂匀耦合剂，不能有空隙，以免声波在固、气界面上发生折射，无法传到被测流体。
④换能器安装在水平管道上时，为避开管道顶部可能存在的气泡和底部可能沉积的泥沙或其他固形物，应尽可能安装在与水平成45度角的位置。
⑤换能器不能安装在管道焊缝处以及有电磁干扰的地方。
⑥将便携式超声波流量计电源打开，将测量的管道周长、壁厚、测量试管道材质，有无衬里、介质为常温水等参数输入流量变送器中，流量变送器会自动计算出安装距离。
⑦按照计算出的安装距离进行换能器安装，安装好后检查流量计检测信号，信号正常后开始检验。
⑧读取被校验仪表和超声波流量计示值，确定是否为零。
2、流量测量系统的示值流量校验
零点校验后，将阀门打开至常用流量，待流量稳定后，读取被校验仪表和超声波流量计示值，读取5次进行误差计算。
3、流量测量系统的累积流量校验
对于能源计量来说，进行数据采集是定时定点的采集，通过日用或月用量进行考核。这就要求流量测量系统的累积流量值一定要准确可靠。水计量我们采用的多为机械水表和电磁流量计。下面介绍一下校验方法：
①示值校验后，将超声波流量计的累积流量设置显示界面上清零。
②将被检水表或电磁流量计累积表数记下，同时启动超声波累积计量。
③依据水平螺翼式水表检定规程，检定使用中水表，检定用水量不少于水表最小分度值的200倍，计算通水量，计时开始。
④到达时间后，计算被校验表的累积用量和超声波流量计累积用量，计算误差，不合格再做一遍，再不合格，调试或更换。
二、用便携式超声波流量计确定重点用能设备
根据审查规范第6.1.2.1规定，重点用能单位能源计量器具配备应符合GB17167-2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》的要求，具体要求见附录A。其中附录A中A.4.3.4规定单台设备能源消耗量大于或等于表二中一种或多种能源消耗量限定值的为主要用能设备，主要用能设备应按要求加装能源计量器具。根据要求用水量单台设备超过每小时1吨的应加装流量计。如何确定那些设备用水量超过标准呢？我们选择用超声波流量计实测。在设备连续运行时用超声波流量计不定时测试3次确定，不达标的不用安装计量仪表。
据统计凡是配备了便携式节能检测仪表的用能单位，则具有一定的节能检测能力，配置便携式节能检测仪表对于提高用能单位节能检测合格率，不断提高用能单位节能管理水平是十分必要的，有利于降低配表成本，也能够满足能源利用报告制度的要求。所以说配置便携式能源检测仪表是十分必要的，这就要求我们要针对能源计量仪表的综合性、难易拆卸性，引进研制更多更好的便携式仪表以及研究更多的在线检定方法，保证能源计量数据的准确可靠，为节能减排工作提供强有力的支持，以实现节能减排的目标。
参考文献
引言
超声波用于气体和流体的流速测量有许多优点。和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。近年来，由于电子技术的发展，电子元气件的成本大幅度下降，使得超声波流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。
多通道（也叫多声道）测量是近年来流量测量的一个研究热点，许多流量计都在原有技术的基础上向多通道测量改进，采用多通道测量有以下两个原因：延长声程和确定截面流速分布。
1、多通道测量超声波流量计测量原理
1.1时差法超声波流量计测量原理
当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速。。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。其原理图如图1所示：
常用单声道的时差法超声波流量计是以超声波的时间差方法为基础。利用超声波脉冲在通过液体顺逆两方向上传播速度之差，来求圆管内液体的流量，其关系表达式如下：
通过时间指标：
与系数Kh相乘，得到体积流量：
1.2以确定截面流速分布为目的的多通道测量
流体的流态可以分为层流和紊流两种，而单声道测量求出的是声路上的平均线速度，为了求出流量，仅知道这个平均速度是不够的，必须知道流速在横截面上的分布曲线，为此可以在管壁上安装多对换能器，每对换能器声束所在平面与管道轴线相互平行，且每对换能器的测量原理和前面所述的单通道基本相同，利用每个声道测得的数据近似求出横截面上的分布曲线，进而求出平均面速度和流量。如图2所示是一个3声道测量的例子：
1.3延长声程和确定流速分布相结合的多通道测量
以2声道测量为例子，其声道从管道截面和侧面上看如图3所示：
图中的4个超声波探头都安装在过轴线的同一个平面上，管道同侧的2个探头一个方向向上一个向下，每一路超声波都是经过管壁的的两次反射回到同侧的探头，这样不仅可以延长声程，而且可以得到两个声道测量的平均值，使测量更准确，为了更精确地确定流速分布，还可以采用4声道5声道等。
目前已经投入应用的多通道超声波流量计中，以确定截面流速分布为目的的多通道测量的通道数量最大可达到9个，再加上精确的数学分析，如插值法等，其测量精度可以达到≤±0.1～0.2% 。
2、超声波流量计安装建议
超声波流量计的一般安装条件应该满足某几个原则，即保证设备的可靠性，精确性，可重复性和长期的稳定性。管线内的气体或固体被限制到最小以避免流量计产生错误。事实上，气泡或者固体颗粒影响超声波在管道中传输，仪表会产生不可靠的数据。由于管线比较长，压力损失几乎不存在，不会产生憋压现象，气相的转换也可以避免。
2.1安装环境的要求
2.1.1环境温度：高寒、高热环境既有可能缩短仪表的使用寿命，更有可能损害仪表的测量性能，因此，任何测量仪表都会对外界环境温度的适应能力做出自身的具体规定。在某些特殊情况下（比如，被测介质与外界环境之间的温差较大并且测试流量较低），为预防外界环境温度对测量结果造成的附加影响，建议对仪表及其上下游的测量管加装遮雨防晒设施或者采取必要的隔热保温措施。
2.1.2振动：超声波流量计虽然在出厂前都经过了严格的机械振动试验，但是作为一种精密的测量仪表，如果长期在靠近振动源或具有振动的环境中使用，其测量性能及寿命都有可能受到严重的影响。因此，唯一的方法就是远离或消除振动。
2.1.3电气噪声：超声波流量计作为一种以微电技术为基础的高精度测量设备，虽然其本身具有一定的抗外界电磁和电子干扰的能力，但是安装现场往往复杂多变，如果不对使用环境中的“电气噪声”提出要求，那么在设计和安装时就有可能由于疏忽将其置于电磁场合电子干扰环境之中，比如变压器或固定的无线通讯场所附近，仪表测量的准确性及工作的可靠性就因此可能受到影响。
2.2安装管段的要求
2.2.1上游收敛； 2.2.2上游单束； 2.2.3上游分散。
2.3安装注意事项
在管道上安装设备时，应核对：
a.流量计上游是否清洁 b.法兰和接口是否一致
c.法兰的紧固是否对上下游的管线产生过多的影响
d.电气连接位置是否妥当 e.防爆保护满足需求
f.如安装在危险区域，电源和仪表电缆应该满足电气规范。
超声波流量计传感器的安装误差对测量结果影响很大，两个传感器之间的距离有严格的要求，一定要按规定的尺寸安装。
图1是FUJI ELECTRIC便携式流量计V型安装示意。经安徽省大流量计量站检定（标准装置准确度±0.05%，流量稳定度优于0.05%）， 该表准确度为1.0级。将该表安装在内径d=150mm，外径D=159mm，壁厚h=4.5mm的管道上进行测试时，仪表指示探头距离L=112.04mm。测量时流量保持不变，其它测试条件相同，只改变传感器之间的距离L，测得数据列入表1。
表1 探头安装距离误差±1mm时的流量测量数据
L（mm)
平均流量
111.04
106.0
105.9
106.2
105.8
106.0
106.2
105.7
105.8
106.0
105.8
105.94
112.04
107.4
107.6
107.9
107.1
106.9
107.2
107.4
106.9
107.2
106.8
107.24
113.04
108.7
107.9
107.8
108.5
109.0
108.8
109.1
107.9
108.7
108.8
108.52
当探头的距离有±1mm的误差，即L的相对误差为：(±1/112.04)×100%=±0.893%。当探头距离为111.04mm时，流量的相对误差为：［(105.94-107.24)/107.24］×100%=-1.21%;当探头的距离为113.04mm时，流量的相对误差为： [(108.52-107.24)/107.24］×100%=1.19%
可见，传感器之间的安装距离误差对测量结果的影响非常大，所以安装时一定要把距离误差控制到最小。
2.管道外径误差导致的流量测量误差
管道外径误差对便携式超声波流量计测量的影响，用实际管道外径D=159mm+1mm的方式进行。测量时流体保持稳定，其它测量条件相同。测试数据见表2。
表2
管道外径D测量误差±1mm时的流量测量数据 D(mm)
平均流量
158
106.1
106.2
106.0
106.5
105.9
106.3
106.5
106.6
105.8
106.1
106.10
159
107.8
107.4
108.2
108.1
108.3
108.2
107.6
107.8
108.2
108.3
107.99
160
109.4
110.0
110.1
110.0
109.9
110.2
109.5
109.6
110.2
109.6
109.80
当外径有±1mm的误差时，外径D相对误差为：(±1/159)×100%=±0.63%。当外径取为158mm时，流量的相对误差为：［(106.1-107.99)/107.99］×100%=-1.75%。当外径取为160mm时，流量的相对误差为：［(109.8-107.99)/107.99］×100%=1.68%
可见，流量测量误差大约为管外径误差的2倍多。为了减小管外径误差的影响，一般把实测外径输入流量计，这样可减小外径误差对测量结果的影响。
3.管道壁厚h导致的误差
管道壁厚误差对便携式超声波流量计测量的影响，用实际管道壁厚h=4.5mm+1mm进行测试。测量时流体保持稳定，其它测量条件相同。测试数据见表3。
表3 管道壁厚h测量误差±1mm时的流量测量数据 h(mm)
平均流量
3.5
110.2
110.1
110.3
110.5
110.9
110.4
110.8
110.7
110.3
110.5
110.47
4.5
108.5
108.2
108.4
107.9
108.1
107.6
108.2
108.0
109.0
107.6
108.15
5.5
105.5
105.3
105.1
105.5
105.3
105.2
105.0
105.2
105.3
106.0
105.34
壁厚误差直接导致内径误差。壁厚有±1mm的误差时，内径相对误差分别为（+2/159）×100%=+1.26%。壁厚取3.5mm时，流量的相对误差为：［(110.47-108.15)/108.15］×100%=2.15%。壁厚取5.5mm时，流量的相对误差为：［(105.34-108.15)/108.15］×100%=-2.60%。在实际测量中，壁厚导致内径误差的影响不可忽视。本实验中，流量测量的误差约为管道内径误差的2倍。
4.测量直管段要求
由超声波流量计的测量原理可知，传感器所测量的流速是流体的线速度。只有流速分布均匀才能保证测量的准确度，所以在流量计的上下游要有足够的直管段。一般要求上游有5-10倍管径的直管段，下游有3-5倍管径的直管段。
结论
从超声波流量计的特点及管道参数对便携式超声波流量计测量影响的误差分析中，可以看出：
1、超声波流量计在大口径管道的流量测量中有其独特的优势，是一种方便可靠的测量手段，有着广泛应用前景。
一、时差式气体超声波流量计的工作原理
气体超声波流量计的是利用超声波在流体中沿顺流传播的时间和沿逆流传播的时间差与流体流速成正比这一原理来测量流体流量的。工作原理见图1。
图1中，气体超声波流量计的换能器A和换能器B装在管道两侧，超声波的声程长度为L，超声波传播的方向与流体在管道中的流动方向夹角为θ，超声波在流体中的顺流传播时间为tD，逆流传播时间为tU。
（1）
（2）
式中：
c――超声波在静止流体中的声速，
V――流体介质的流动速度。
联立解方程（1）和方程（2）可得：
（3）
式中：
X――换能器A和换能器B在水平方向上的距离。
从式（3）中可以看出，气体的流速测量与介质的声速无关，只与长度和时间两个参数有关。
二、气体超声波流量计计量出现误差的原因
（一）噪声对气体超声波流量计准确度影响。
噪声的来源主要有环境噪声和气流经过没有全开的阀门时节流的噪声。我们采用气体超声波流量计上游阀门1节流控制流量大小时，节流的声音随着流量的增大而增大，气体超声波流量计与标准孔板流量计的相对误差也逐步增大，气体超声波流量计的流量低于标准孔板流量计流量。当阀门1全开，用阀门2控制流量大小的时候，气体超声波流量计的信噪比较大且基本保持不变，气体超声波流量计与标准孔板流量计的相对误差基本保持不变。当采用上游阀门1节流的时候，气体超声波流量计的信噪比明显低于上游阀门全开的时候。这是因为，当气体超声波流量计上游阀门节流时除了能产生我们能听到的声音外还能产生人耳无法听到高频超声波，当这种声波的频率与气体超声波流量计的工作频率相近的时对气体超声波流量计的准确度产生的影响。
（二）流态对气体超声波流量计的影响。
GB/T 18604-2001《用气体超声波流量计测量天然气流量》要求气体超声波流量计上游直管段最少为10D，下游直管段至少为5D，保证进入流量计的天然气流态是对称的充分发展的紊流速度分布而计量管路中的阀门等阻流件会对天然气的速度分布产生影响，从而影响测量的准确度。当阀门1节流时，随着流量的增大，天然气在管道中的流速分布越来越不均匀，反应在超声波通道的流速大于通道的流速。符合标准规定的流态。因为当天然气经过没有完全开启的闸阀时，天然气由于阀门闸板的阻挡产生与管道中心轴不对称的旋转气流，经过发展成为漩涡流。
（三）气质对气体超声波流量计的影响。
气体超声波流量计对于我们来说是一个全新的流量计，我们以前只是从理论上对其有一定的了解，而对它的实际工作性能并不了解。我们知道气体超声波流量计对气质条件要求不严格。用于工业环境下连续测量不含大浓度悬浮粒子或气体的大多数清洁均质液体的流量。对于含有液体和少量粉尘的气体在使用中应该注意。
在使用过程中，我们发现气体超声波流量计的流量和标准孔板流量计相比偏高。使用CUI软件进行气体超声波流量计的诊断时发现气体超声波流量计的D通道不工作，检查后发现，气体超声波流量计的D通道被天然气中凝析出的液体淹没了，导致换能器工作不正常。经排除积存在管道中的液体后气体超声波流量计工作正常。多声道的气体超声波流量计能够在一个声道不工作的时候根据其他声道测得的流量自动进行补偿运算，这个补偿过程使流量计的流量输出比正常时略有偏高。
天然气中的粉尘也对气体超声波流量计的工作性能有影响。我们在使用气体超声波流量计的过程中出现过一次气体超声波流量计的换能器由于粉尘堆积而导致气体超声波流量计工作不正常的情况。原因是由于我们的一个气源由于上游的处理厂开机不正常，分子筛中的粉尘被带人气体超声波流量计的工作流程中，在气体超声波流量计最底部的换能器和表体的结合处堆积，导致气体超声波流量计的工作不正常。
三、气体超声波流量计应用中应注意的问题
根据我们在现场使用气体超声波流量计进行天然气计量中进行的实验记录的数据分析，气体超声波流量计的确有很多优点，同时气体超声波流量计在应用中应该注意以下这些问题：
（一）正确选型
任何流量计有它自身的测量范围，气体超声波流量计测量范围很宽，一般说来最小流量和最大流量比为1：30。气体超声波流量计主要是利用测量天然气的流速来测量天然气的流量。其理想的工作流速范围为（2.7～27）m/s，在这个工作范围内，气体超声波流量计才能保证其检定时的准确度。天然气的流量低于气体超声波流量计的流量拐点时，气体超声波流量计的准确度将降低，从而出现较大的误差。天然气的流速过高时会出现超声波信号被吹跑，换能器检测不到超声波信号的情况，出现计量故障。所以，我们在进行气体超声波流量计的选型是应该充分考虑天然气在管道中的流速，避免出现超低限和超高限运行的情况。
选用气体超声波流量计作为计量装置时还应考虑是否存在声波干扰源，主要指能产生超声波信号的各种设备，如消音设备。消音设备常常是将人们耳朵能够听见的的声波转换成为人耳不能听到的超声波，如果消音设备的超声波频率与气体超声波流量计的工作频率接近时将造成超声波流量计工作不正常，甚至完全不工作，因此，我们选用、安装气体超声波流量计的时候应该避开存在对流量计产生影响的声波的场合。
（二）合理的安装
气体超声波流量计安装方式应该水平安装，此外，在天然气含液较多的场合，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，使得天然气中凝析出来的液体能够随气流被带走，而不在气体超声波流量计处堆积，造成计量故障，对于含有大量固体粉尘的天然气应该给气体超声波流量计上游直管段外加装过滤器，否则气体超声波流量计会因为换能器表面沉积物的堆积影响流量计的正常工作。
（三）定期维护
气体超声波流量计使用过程中需要的维护很少，但在气质条件较差的计量场合，应定期清洗气体超声波流量计的换能器，检查有无杂质和水垢等附着换能器表面。气体超声波流量计的各连接件是否泄漏，定期检查线路连接是否正常等。
（四）及时诊断测试
前言
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，不同结构，适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现，因其具有运行稳定、安装简单、维护量小等优点，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。
1、超声波流量计的测量原理
超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法。其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流量； 多普勒法的基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。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。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在不影响生产管线的情况下运行，因而是一种理想的节能型流量计。超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。
超声波流量计常用压电换能器。它利用压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播，然后接收换能器接收，经压电元件变为电能，以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件，使超声波以合适角度射入到流体中，需把元件放入声楔中，构成换能器整体（又称探头）。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1。
常用的声楔材料是有机玻璃，因为它透明，可以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外，某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔材料。
2、超声波流量计的优缺点
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、安装不紧这些缺点，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2 cm到5 m，从几米宽的明渠、暗渠到500 m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。超声波流量计目前所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高叵卤徊饬魈宕声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200 ℃以下的流体。另外，超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1 500 m/s左右，被测流体流速（ 流量）变化带给声速的变化量最大也是10-3数量级.若要求测量流速的准确度为 1% ，则对声速的测量准确度需为10-5～10-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。
3、超声波流量计的应用
由于超声波流量计安装和维护方便，精度高（分公司超声波流量计精度为0.5级） ，目前，分公司共有超声波流量计12台，主要做为水的一级计量仪表使用，分别用于余热炉、燃煤、电解泵房等水的计量，陆续投运以来运行情况良好。前期通过超声波流量计的成功应用，不但为分公司的流量计量提供了可靠的数据保障，同时也为分公司日后超声波流量计的安装和维护提供了宝贵的经验。
3.1 超声波流量计安装
超声波流量计的合理安装与正确选型都是关系到流量计能否正常运行的重要因素。由于超声波流量计是一种线速度式流量计，液体的液态对流量计正常运行影响较大，因此正确选择流量计换能器的安装位置和上、下游直管段的距离十分重要。换能器的位置要选择在远离管道弯头、变径、阀门、节流装置的直管段，可以选水平管段或垂直管段（ 必须流体向上流动） ，确保流体满管平稳流动，一般要求上游直管段为10D（ D表示管道直径） ，下游5D。另外要注意换能器尽量避开有变频调速器、电焊机等污染电源的场合。超声波流量计换能器的安装方式也要有一定的要求，不能随意选用。多普勒超声波流量计采用对贴式安装方式，一对换能器对贴的最佳位置应该选择管道的水平方向，避免贴在管道的上、下游侧位置。时差式超声波流量计根据管道可径 大小不同，换能器安装方式有V形、Z形、W形三种形式，通常情况下选用V形标准安装方式； 管径大于400 mm时，采用Z； 小管径采用W形安装方式。选用不同安装方式的共同目的是一样的，即为了使换能器超声波信号强度高，测量稳定性好。
3.2 超声波流量计的维护
