早在1964年东京奥运会田径场上，就出现了超声风向风速仪。20世纪70年代中期欧、美、日已先后研制成功气体超声波流量计，但并不成熟。至90年代中后期则出现较完善和成熟的产品。由于使用了*，流量计已能测量微小时差，分辨率已达1mm/s，已能测量小流量，以及双向气体流量。在工程应用和天然气贸易中，大有取代传统仪表的趋势。在巨大商机驱使下，各国生产厂商纷纷投人巨资争先开发气体超声波流量计。我国天然气“西气东输”工程，就采用了气体超声波流量计进行计量。

一、工作原理

流速测量采用时差法。如图4.25所示根据本章第三节中气流速度应为

式中  t1、t2——气体中顺流和逆流时的声传播时间；

          v——沿声道线上各点气流速度的平均值。

由于管内存在流速分布不均匀性，需用校正因子加以修正，如图4.26所示，则平均流

    F值直接与仪表的输出相乘。经过这一调整，可使仪表的误差缩小到zui低程度。

    二、基本构成、主要技术性能和特点

    由流量传感器和变送器组成，通常还有一副带球阀的套筒，供换能器安装和检修。流量传感器的安装，对于单声道采用V形，这不仅可以将声道长度延长一倍，提高测量的精确度，还能在双倍声程中自动消除气涡流的影响。高精确度的气体流量计所采用的声道呈矩阵分布，如图4.8所示。*均是插入式的，工作频率一般选择在60~120kHz之间；声束的半角约在5°~8°；灵敏度不低于60dB为佳。用于可燃气体应防爆。

    变送器的工作原理方框图类似于图4.12所示。流量传感器的两个换能器交替发射和接收声脉冲，一般每秒20~60次，信号经放大、运算、补偿后，输出数字和模拟信号。

的基本技术性能，见表4.18。

表4.18  若干的基本技术性能

有如下一些特点。

①双向气流量测量。

    ②可精确测量脉动流。

    ③范围度很宽。

    ④无可动部件，无压力损失。

    ⑤传感器更换可在带压条件下进行。

    ⑥在使用现场可以干法校验。

    三、应用

    按实际用途基本上分为两类:一类用于气体流量测量；另一类用做气流量标定装里或贸易计量。前者通常在使用的现场，将输气管打孔进行安装；后者均为标准管段式。具体用途：用于气体贸易时的流量计量；校验一般气体流量计的标准表；地下储气罐双向流的侧zui；气体分配时的计量；控制空气压缩机等。

    所测气体基本上是天然气、空气两种。天然气是一种混合气体，主要成分是甲烷（占95%以上）、乙烷、丙烷、N2、CO2等气体。15℃时声速在420m/s左右。其声速与成分、压力、密度、温度有关。

    安装位置要有足够直管段才能保证测量的精确度。管道内的颗粒物和液滴若附着在换能器辐射面上，将会影响声脉冲的传播，甚至使流量计不能工作。

    四、的干法校验简介

    一般气体流量的校验均是通过容积法或参照标准表进行的。但是，这样校验大流量时十分困难。无论管径大小，可在使用现场进行千法校验，完成自身的标定。其基础是建立在声时测zui精确度高，直接测出气体流速。对测试结果进行分析，调整仪表的校正因子来完成校验。这种方法对仪表的技术性能和质量提出了相当高的要求。

    从式（4.26）不难看出，流量传感器的声程长度和声道角应安装和测量准确。仪表所用集成电路和石英振荡器应该是高质量的。时间测量的精确度和稳定性要优于0.01%。当气流静止时，顺向和逆向的声传播时间应没有差异，所指示的流盆为零。

    在气流静止、温度稳定条件下，采集数百秒（测量时的脉冲每秒20~60次）的气流速度值，并加以平均。一个口径30cm的气体流量计，所产生的平均流速应低于3mm/s。zui小的变化可为零，这是仪表校验的前提条件。在测量声速时，应保持压力、气体温度、成分、流速不变和精确的声程长度，仪表应工作正常.声速侧量的精确度优于0.05%。声程长变可用声速的测量结果加以调整。

    干法校验不确定范围的分析如下。

    干法校验的不确定性有以下几个部分。

    （1）气流速剖面校正因子对于单声道不确定范围估计在l%；对于三声道约为0.4%；对于五声道约为0.3%。

    （2）流量传感器的几何尺寸  主要为声程L，声道角θ和管道截面积S的误差应该控制好。例如，一个口径375mm，声道角 60°，声程886.025mm的流量传感器，根据经验估计各参量的不确定范围值，声道角约±0.05°；声程长度约±0.525mm；管径约±0.125mm 。每一参量根据式（4.28）可以计算其不确定范围。声程长度为±0.06%, cosθ为±0.15%，截面积S为0.06%。这些因家加在一起zui坏的情况，几何尺寸产生的不确定范围是±0.27%。若按均方根误差计算不确定范围为±0.18%。

（3）时间测量的不确定范围  传播时间测量的不确定范围可用零读数与增量误差之间的区别来评估。*与传播时间测量的分辨率及传播时间的补偿有关系。当流速为零时会引入传播时间上的不同，从式（4.28）可得下式

传播时间测量的不确定范围zui大在l0ns。一个口径为375mm，声道角为60°，内部的气体声速为348m/s的表体，把时间测量的不确定范围转换为气体速度大约为1.5mm/s。若将流速范围变换为百分数，如图4.27所示。按每秒误差1.5mm所作出的一条相对误差曲线。若口径缩小，在低流速时将会补偿一个显而易见的大误差。

    这条曲线表明传播时间测量的不确定范围，在低流速时是重要的，正常工作范围并不重要。作为参考，一个口径325mm的流量仪表，典型补偿误差为2mm/s。

    （4）仪表总的不确定范围气体超声波流量计总的测量不确定范围是：流速剖面校正因子为K±0.3%；表体尺寸为±0.18%。总的不确定范围为±0.48%，用均方根误差表示，则为√0.32+0.182=0.35%。

    这个数值与**的校验设备所具有的不确定范围量值（0.25%~0.3%）相当。

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