超聲波流量計是近年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種非接觸式儀表，上天然氣貿(mào)易計量就是采用超聲波流量計。相比傳統(tǒng)的渦輪流量計和孔板流量計，超聲波流量計在測量天然氣、沼氣流量中的應(yīng)用更具優(yōu)勢。

    超聲波頻率高，波長短，衍射不嚴(yán)重，具有良好的定向性且穿透能力強(qiáng)。超聲波流量計的基本原理是通過測量超聲波脈沖順流和逆流傳播時傳播速度不同引起的時差來計算被測流體速度，因此這種原理又稱為“時差法”。

超聲波流量計的工作原理

    如上圖所示，探頭1發(fā)射信號，信號穿過管壁1、流體、管壁2 后被另一側(cè)的探頭2接收到;在探頭1發(fā)射信號的同時，探頭2也發(fā)出同樣的信號，經(jīng)過管壁2、流體、管壁1后被探頭1接收到;由于流速的存在使得兩時間不等，存在時間差，因此根據(jù)時間差便可求得流速，進(jìn)而得到流量值。

超聲波流量計剖析圖

    超聲波流量計具有以下主要優(yōu)勢：

    1.高精度，滿足低流量測量

超聲波流量計的主要優(yōu)點之一是高精度，不受氣體中固體顆粒和液滴的影響，并且可采用多次反射將聲程加長。單路徑超聲波流量計的精度通常在1％至2％的范圍內(nèi)，而通過使用多條路徑，它可以達(dá)到0.5或更高的精度范圍。此外，由于超聲波流量計量程比較寬，它非常契合小型沼氣工程的“峰谷”特性，能夠滿足低流量測量。

    2.極少的壓力損失

    壓損是天然氣輸送中存在的主要問題?？装辶髁坑嬃黧w壓力損失的主要原因是孔板前后渦流的形成以及流體的沿程摩擦，它使得流體具有的總機(jī)械能的一部分不可逆轉(zhuǎn)地變成了熱能，消失在流體內(nèi)。渦輪流量計依賴轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來確定流量，當(dāng)天然氣流經(jīng)渦輪，引起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，同樣會產(chǎn)生壓損。

    使用超聲波流量計，不用在流體中安裝測量元件，故不會改變流體的流動狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運行，因而極少或無壓力損失，是一種理想的節(jié)能型流量計。

    3.無運動部件

    運動部件主要是渦輪流量計的問題，渦輪流量計的轉(zhuǎn)子，包括軸承，都會受到磨損。化學(xué)品和污垢在影響軸承的同時，也會影響渦輪流量計的性能。超聲波流量計不存在易于磨損的運動部件，可保證長期使用精度不變，與此同時，無運動部件也讓超聲波流量計具有低維護(hù)特性。

    4.低維護(hù)

    無運動部件是超聲波流量計低維護(hù)的原因之一，另一個因素則與它本身無磨損有關(guān)?？装辶髁坑嬰S著時間推移不斷遭受磨損，導(dǎo)致測量準(zhǔn)確性劣化。當(dāng)流體中存在污垢或任何其它雜質(zhì)，則尤其如此。因此，孔板式流量計需要定期檢查磨損，并確定它們是否仍然讀數(shù)準(zhǔn)確。與之相反的，由于超聲波流量計不會磨損，并且沒有運動部件，維護(hù)成本非常低。

    5.輕松處理大尺寸管徑

    超聲波流量計可以輕松地適用于大尺寸的管道。事實上，用于天然氣流量測量的超聲波流量計6英寸及更大的管道。為了測量大管道中的天然氣流量，例如20、30和36英寸管道，可能需要不止一個的孔板流量計。在這些情況下，流體有時會被轉(zhuǎn)移到一組較小的管道中，以達(dá)到測量的目的。這也是為什么超聲波流量計可以代替多達(dá)十個孔板流量計。

超聲波沼氣流量計BF-3000

    銳意自控自主研發(fā)的超聲波沼氣流量計BF-3000，巧妙地在流量計中融入了CH₄測量功能，實現(xiàn)了沼氣流量、成分的同時測量。不僅能夠適應(yīng)國家沼氣產(chǎn)品補(bǔ)貼政策，防止鼓空氣獲取補(bǔ)貼的現(xiàn)象出現(xiàn)，也能夠成為沼氣工程運行的可靠數(shù)據(jù)來源，充當(dāng)沼氣工程驗收、監(jiān)督的“金標(biāo)準(zhǔn)”。

    由于超聲波流量計利用超聲波對流體的流量進(jìn)行測量，其比傳統(tǒng)儀表更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，不僅可以測量常規(guī)管道流量，還可以測量諸如具有強(qiáng)腐蝕性、放射性、易燃、易爆等特點的流體，因此測量具有高水分和高H₂S的沼氣自然也不在話下。

    17世紀(jì)托里拆利奠定差壓式流量計的理論基礎(chǔ)，這是流量測量的里程碑。我國開展近代流量測量技術(shù)的工作比較晚，早期所需的流量儀表均從國外進(jìn)口。可以說，超聲波流量計的出現(xiàn)是又一個里程碑，它見證了國內(nèi)涌現(xiàn)的一批科技創(chuàng)新企業(yè)，也見證了當(dāng)今微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展如何極大地推動了流量儀表的更新?lián)Q代。

來源：公眾號@沼氣工程及其測控技術(shù)，轉(zhuǎn)載請務(wù)必注明出處