超声波测量仪

智能仪器仪表期末论文 智能仪器仪表期末论文报告 班级： 题目：现场仪表设备及举例 现场仪表设备 （一）超声波流量计 一、基本概念 超声波计量系统的任务 ：准确测量经过在气体输送管道中安装的超声波流量计的天然气量。 怎样衡量天然气的量？有以下两种方法： 1，体积计量：将经过超声波流量计的、在实际输送状况下的天然气量转换为某一指定状态（状态）下的天然气量。 2，能量计量：将经过超声波流量计的、在实际输送状况下的天然气量转换为该气量燃烧后可以发出的热量。 二、 超声波流量计的基本原理 超声波流量计的探头组成：壳体、衬垫材料、导电体、压电晶体、耦合层。 超声波流量计是时间直通式超声流量计，特点是– 声波由一个探头发射另一个接收，不经管壁反射，声波由上游向下游传输的时间(由于声波被气流推动)小于声波由下游向上游传输的时间(声波被气流反向阻挡)， 这两个时间之差与气流的速度存在某种关系， 从上下游测得的传输时间可以计算出气流的平均速度和声波的速度 高级超声波流量机流量方程：t1=L/(c-v(x/L)), t2=L/(c+v(x/L)) 流量从上诉方程中求出: 多通道即多路流速测量: 权重因子仅取决于探头的几何分布况 流量计算的步骤: 1. 测量每个通道的声波传输时间 2. 计算每个通道的速度 3. 计算平均速度 4. 流速乘以截面积 三、超声波流量计现场诊断(CBM): – CBM技术的基本概念 – CBM技术的应用实例 1. CBM技术的基本概念 超声波流量计多年前就已经用于贸易交接计量,多个国家的管理机构,比如英国贸工部要求每年标定。 客户希望有可靠的诊断数据提示何时需要再标定。 设计不同的超声波流量计的高级诊断能力有很大差异。 该理论表明，可通过数据诊断发现流量计性能,精度的变化。 通过CUI软件能够自动的获取仪表数据并加以分析。 CUI 周期性的采集数据、生成Excel文件并形成图形，可简便地确定仪表的”健康”情况。 CUI软件生成周期性的数据的趋势图，帮助确定仪表的长期变化情况。 本次交流着重讨论多数用户经常用到的五个基本诊断功能。 在电子单元的“高级诊断”菜单中提供了附加信息用于支持CBM。 分析五个重要诊断信息的主要目的为当仪表的精度发生变化时，系统能够自动识别 CBM的优点为减少重新标定的周期。 降低标定周期可为为客户节省大量的运营费用，同时保证场站的计量精度，减少错误计量或终止 计量造成的经济损失。 2. 超声波流量计现场诊断(CBM)的意义: _ 超声波流量计现场诊断(CBM)是一种基于现代技术的，关注于计量场站运行管理的解决．它可以实现： – 提高计量的精度和重复性。 – 通过远程诊断获取场站的各种数据和动态趋势信息。 – 方便维护人员采取预防性维护。 – 减少昂贵的停车和非正常工作时间。 – 有效计划维护和再标定周期，节约运行成本。 – 有效监控各种设备的动态变化，延长设备寿命。 – 在现有硬件投资的基础上，无须大量投入就可以发挥现有设备的巨大潜能,从而提高生产运行的效率。 流量计故障诊断软件五个重要的基本参数: 增益值(Gain), 信号质量(Signal Quality), 信-噪比(SNR), 流速特性(Velocity Profile), 声速(Speed of Sound) 3. 增益值讨论：流量计自动获取增益值，根据介质情况自动增加信号强度直至上限，增益随压力变化， 增益随高气体流速而增加。 (1)：增益值分析小结：增益随压力变化会有所变化，仪表有足够的增益避免脏污对探头的影响，有足够的时间识别有疑问的传感器，除非传感器完全失灵，通常情况下仪表精度不会受到影响，在计量出现偏差前,趋势图能快速识别潜在问题。 (2)：信号质量(Signal Quality) 的定义： 通常是仪表性能的重要表现，按通道表明脉冲的接受程度， 不需100% 接受，如果不符合可用标准，脉冲信号将被拒绝采用，低流速下基本100% 接受，低于100% 不意味着精度的降低。 小结–信号质量, 仪表表现：Daniel超声波流量计通常有100%信号质量，接近流量计所允许的最大流速时,小于100%的信号质量是可能发生的，当仪表内流量仅仅达到最高流量的50%,但传感器表现未达到100%时,应对仪表进行必要检查，小于100%的信号质量不意味着精度偏差。 (3)：信噪比SNR: Signal-to-Noise Ratio：所有超声波流量计都提供信噪比参数不同的设计所提供的数据有所差别， 提供了背景噪音的信息。 信- 噪比小结：通常情况下流量计正常工作下有较高的SNR，低信噪比（SNR）常常意味着控制阀噪声的存在，典型Daniel 超声波流量计工作在大于1000 SNR，信噪比小于250 会导致性能值小于100%，一般情况下不会影响精度，直到信噪比（SNR）小于100。 (4)：流速剖面关键点：仪表商有不同的声道设计，剖面分析依据设计而不同，能够诊断出整流器的工作状况，流速的变化≠ 精度的降低，周期性检查使计量站的运营更准确。 四、 超声波流量计的5个基本诊断特性– 增益, SNR(信噪比), 性能, 流速和SOS(声速）。 监测诊断可以辨别超声波流量计的整体表现。 趋势图诊断对识别问题非常重要。 剖面系数较容易识别安装仪表的管线的脏污情况。 脏污不会对精度造成很大影响。