由于超声波流量计测量流量时无压损，对管路流体特性基本无干扰，属于一种节能型依表，在流量中应用的越来越广泛，正逐步应用于天然气工业的流量测量中。和传统的容积式流量仪表、电磁式流量仪表相比它的计量精度高，对管径的适应性强，流动损失小，易于数字化管理等。美国制定了相应标准AGANo9报告，ISO亦正在制定相应草案。

    1 超声波流量计的组成

    超声波流量计由超声换能器、电子数据单元、超声波本体组成。超声换能器是把声能转换成电信号和反过来把电信号转换成声能的元件，电子数据单元主要实现数据储存、通讯、计算气体压缩因子等功能，流量计本体是经特殊加工，用于安装超声换能器、电子数据单元及压力变送器的装置。

    2 传播时间法超声波流量计工作原理

    微电子技术与声学技术的共同发展，使数字式绝对时差法用于气体超声流量计获得成功。声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速，称之传播时间法。如图1所示，超声波在管道内顺流和逆流方向上的速度为：

图1 超声波流量计的工作原理

F1、F2—超声波发射换能器；J1、J2—超声波接收换能器

    顺流

    逆流

    得线平均速度

    由于声程L上的线平均速度uL可以通过流体动力系数K转换成流体管道内的平均流速u，所以：

    其中

    当管内流体属于对称分布，无旋涡存在时，流体动力系数k值与管道中气体流动工作状态条件下的雷诺数有关。则：

    3 超声波流量计的安装与使用

    3.1 上、下游直管段长度要求。由于超声波流量计是速度式流量计，安装要求具有一定长度的直线管段。

    （1）一般情况下，上游直管段长度为10D，上游5D处安装整流器，下游为5D。

    （2）如果存在旋转流，未安装整流器时，上游直管段为200D。

    （3）如存在不对称流体，无整流器时，上游直管段要50D。

    3.2 检查所有的法兰连接处和引压接头及温度传感器的插入接头处是否有气体泄露。对照厂家提供的系统接线图，检查所有接线无误。注意：在上电前，要确保所有供电接线极性无误。

    3.3 探头更换考虑。在重要的、无旁路的计量管路上，气体超声流量计探头应采用可带压拆卸式探头。更换探头引起的误差一般应控制在流量计允许的范围内。

    3.4 使用前的检验

    （1）超声流量计在使用前应按相应国家标准或规程进行检定或实流校准。使用过程中，应按规定进行静态检验（亦称干标）。包括几何尺寸检验包括平均内径、声程长度检验。

    （2）零流速测试。这是检验流量计性能的重要方法，按照GB/T18604—2001《用气体超声流量计测量天然气流量》中的要求进行零流量测试，现场不具备条件，应进行工况条件下的零流量测试。

    3.5 先打开进口旁通阀，给管道缓慢充气，然后缓慢打开进口截止阀（至少持续1分钟），避免流量计过高差压或过高流速，给管道缓慢加压，达到流量计的运行压力。注意：压力剧烈震荡或不当的高速加压会损坏流量计。

    4 常见故障分析

    4.1 由于信号强度波动大和测量流体流动不稳定，造成瞬时流量计波动过大。

    （1）调整好探头位置，提高信号强度，保证信号稳定。

    （2）重新选点，确保上下游直线管段的安装要求。

    4.2 管径过大，结垢严重或安装方式不对，外夹式流量计信号低。应采用插入式探头，重新选择安装方式，

    4.3 插入式探头使用一段进间后信号降低。原因是由于探头发生偏移或探头表面结垢厚。这时应重新调整探头位置，清洗探头表面。

    4.4 开机无显示。电源属性与仪表额定值不对应或保险丝损坏是造成此种现象的主要原因。

    4.5 开机后仪表显示屏无显示。主要是由于程序丢失所造成的。

    5 结束语

    由于超声波流量计测量流量时无压损，对管路流体特性基本无干扰，属于一种节能型仪表。随着气体超声流量计产品的工业应用日趋成熟、可靠，以及流量计校准技术的应用，气体超声流量计将得到广泛应用。