气体超声波流量计种类详解

本文为您详细解析气体超声波流量计的种类和选购要点。这是一份全面的指南，希望能帮助您做出最佳选择。

第一部分：气体超声波流量计种类详解

气体超声波流量计的核心原理是利用超声波在流动气体中顺流和逆流传播的时间差来计算流速和流量。根据其结构、技术和应用场景，主要可以分为以下几大类：

1. 按声道数量分类（这是最核心的分类方式）

声道是指超声波在流量计体内传播的路径。声道数量直接决定了仪表的精度、可靠性、对流场的要求和价格。

• 单声道流量计

  • 工作原理： 只有一对超声波换能器（发射/接收），形成一条测量路径。

  • 优点：

    • 成本最低： 结构简单，制造成本低。

    • 压力损失小： 通常采用管段式结构，内部无阻流件。

    • 安装方便： 体积相对较小。

  • 缺点：

    • 精度较低： 对流速分布（流场）非常敏感，测量结果易受安装条件（如前后直管段不足）影响。

    • 可靠性相对较低： 如果声道被杂质部分遮挡或气体中出现团状流，测量会严重失真。

  • 适用场景： 对精度要求不高的过程控制、一般性气体监测、预算有限的场合。

• 多声道流量计（双声道、三声道、四声道及以上）

  • 工作原理： 在管道截面上布置多对换能器，同时测量多个路径上的线平均流速，通过加权积分法计算出面平均流速。

  • 优点：

    • 精度高： 多路径测量能有效补偿流速分布不对称的影响，精度可达±0.5%~±1.0%，甚至更高。

    • 可靠性高： 即使个别声道出现故障或信号衰减，系统仍能通过其他声道进行测量并给出诊断报警。

    • 对流场要求低： 对前后直管段的要求远低于单声道仪表。

  • 缺点：

    • 成本高： 换能器数量和电子单元复杂度成倍增加。

    • 结构复杂： 通常为插入式或中大型管段式。

  • 适用场景：

    • 贸易交接： 天然气、城市燃气的精准计量，这是多声道流量计最主要的应用领域。

    • 能源管理： 大型工厂的压缩空气、蒸汽、煤气等高价值能源的精确计量。

    • 关键过程控制： 对流量测量要求极高的工业流程。

• 对射式（Z法）与反射式（V法、W法）

  • 这是声道布置的几何方式，在多声道表中常见。

  • 对射式： 换能器直接安装在管道相对两侧，信号穿透性强，信噪比高，是主流和首选方式。

  • 反射式： 超声波在管壁上反射一次或多次后到达接收换能器。可以在同一侧安装换能器，适用于小管径或安装空间受限的情况，但信号损失较大。

2. 按安装方式分类

• 管段式： 流量计本身就是一个完整的测量管段，两端带有法兰或焊接接口。出厂前经过标定，精度最高，是多声道高精度计量的标准形式。

• 插入式： 将传感器探头插入已存在的管道中。优点是可以在不停产的情况下安装，成本相对较低（尤其对大管径）。缺点是精度低于同级别的管段式，因为其测量的是管道中某一点或某一线的流速，对安装深度和位置非常敏感。

3. 按测量技术分类

• 时差法： 最主流、最成熟的技术。直接测量超声波顺流和逆流的传播时间差。精度高，适用于洁净、均质的气体。

• 多普勒法： 测量超声波被气体中悬浮颗粒或气泡反射后产生的频率偏移。主要用于测量含有大量散射粒子的脏污气体（如烟气、未净化的煤气）。在洁净气体中无法工作。

• 相关法及其它： 属于更小众的技术，用于特定极端工况。

第二部分：如何挑选最适合的型号？（选购指南）

挑选气体超声波流量计是一个系统工程，需要综合考虑以下关键因素：

第一步：明确核心应用需求

1. 测量目的：贸易交接还是过程控制？

   • 贸易交接： 必须选择高精度的多声道管段式流量计。精度等级通常要求达到±1.0%或更高，并且需要遵循相关国际标准（如AGA No.9）。可靠性是第一位。

   • 过程控制： 根据控制精度要求决定。一般控制可选单声道或双声道；高精度控制仍需多声道。

   • 能源核算/内部统计： 可选择性价比高的双声道或高质量的单声道。

2. 精度要求：

   • 明确您需要的精度等级（如±1.0%， ±1.5%）。注意，精度通常是在一个特定的流量范围（如20：1的量程比）内给出的。量程比越宽，保持高精度的难度越大。

第二步：分析工况条件

3. 气体介质和组分：

   • 介质类型： 天然气、空气、煤气、蒸汽、氧气、烟气等。

   • 组分稳定性： 超声波流量计的测量基于声速，而声速与气体分子量（组分）直接相关。对于组分变化大的气体（如垃圾填埋气、生化气），需要配备在线色谱分析仪进行实时组分补偿，否则精度无法保证。

4. 流量范围（量程比）：

   • 确定您现场的最小流量、常用流量和最大流量。

   • 确保所选型号的量程比能满足您的需求。例如，如果夜间流量很小而白天流量很大，就需要一个量程比宽的流量计（如100：1甚至更高是多声道超声波的优势）。

5. 管道条件：

   • 管径： 直接决定可选类型。小管径（<DN100）多用管段式；大管径（>DN300）可考虑插入式以节约成本。

   • 压力与温度： 确保流量计的额定压力和工作温度范围覆盖您的工况。

   • 前后直管段： 评估安装位置的前后直管段是否充足。如果直管段很短，必须选择多声道流量计，因为它对流场扰动的容忍度更高。

6. 气体洁净度：

   • 洁净、干燥气体： 首选时差法。

   • 含有少量液滴或杂质： 需要选择具有信号质量监控和自适应增益控制功能的时差法流量计。

   • 脏污、含大量颗粒或液滴的气体： 考虑多普勒法超声波流量计，或者彻底放弃超声波，考虑其他原理（如楔形流量计）。

第三步：评估附加功能与成本

7. 诊断与自校验功能：

   • 高质量的超声波流量计具有强大的自诊断功能，能实时监测信号强度、信噪比、各声道工作情况，甚至可以实现在线干标（通过测量声速与理论值对比，验证仪表健康状态），这对于贸易交接应用至关重要。

8. 输出信号与通信协议：

   • 需要标准的4-20mA模拟输出、脉冲输出，还是需要现场总线（如HART, Profibus, Modbus, Foundation Fieldbus）？是否需要内置数据记录器？

9. 认证与标准：

   • 用于贸易交接的仪表通常需要第三方认证，如OIML、MID（欧洲）、ATEX（防爆）等。确保所选型号具备所需的认证。

10. 总拥有成本：

    • 不仅要考虑初次采购成本，还要考虑安装成本、维护成本、校准成本以及因测量不准造成的能源或物料损失成本。一台高可靠性的多声道流量计虽然初始投资高，但能避免未来巨大的计量纠纷和损失。

总结与快速选型表

最后建议： 在最终决定前，最好将详细的工况参数提供给2-3家信誉良好的流量计制造商（如西门子、艾默生、克罗尼、国内知名品牌等），让他们提供详细的技术方案和选型建议，并进行综合对比。这样能确保您选到最适合、最经济高效的型号。如想了解更多流量计相关信息或者流量计选型，可咨询艾丝特流量计厂家技术客服：180 1926 2426（微信同号）获取帮助。