導(dǎo)語：超聲波計(jì)量技術(shù)在燃?xì)庥?jì)量的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：超聲波計(jì)量技術(shù)越來越被燃?xì)?/a>公司和燃?xì)庥脩粽J(rèn)可，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大管徑、大流量的管道燃?xì)獾?a href="http://828857.com/lunwen/shenjilunwen/jiliangjishulunwen/202203/753306.html" target="_blank">計(jì)量，但在家用和工商業(yè)天然計(jì)量場景尚未大面積規(guī)模應(yīng)用。隨著超聲波計(jì)量技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展與結(jié)合，為計(jì)量公平和安全用氣提供了技術(shù)支撐。本文闡述了超聲波的計(jì)量技術(shù)的發(fā)展歷程、超聲波計(jì)量基本原理、超聲波計(jì)量產(chǎn)品的特點(diǎn)與優(yōu)勢、產(chǎn)品的試掛方案及試掛總結(jié)、不同角度分析超聲波計(jì)量技術(shù)應(yīng)用的思考。

關(guān)鍵詞：超聲波計(jì)量；超聲波燃?xì)獗恚煌ㄐ偶夹g(shù)

1概述

在國外，利用超聲波對流體計(jì)量的研究已有數(shù)十年的歷史。1931年，德國科研人員取得關(guān)于利用聲波測量管道流體流量的專利成為超聲波流體計(jì)量最早的參考文獻(xiàn)，但測得的時(shí)間精度無法達(dá)到計(jì)量需要；50年代初，美國科研人員通過多次循環(huán)測量方案將時(shí)差擴(kuò)大，用于燃油流量測量，標(biāo)志著超聲波計(jì)量技術(shù)由理論研究階段進(jìn)入應(yīng)用階段，但方案太復(fù)雜而未能規(guī)模化應(yīng)用。進(jìn)入70年代，隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了頻差法超聲波流量計(jì)，但主要測量大管徑、大流量不適用于小管徑、小流量測量。同期，前蘇聯(lián)科研人員發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)流體流動有層流和紊流狀態(tài)，并給出了層流狀態(tài)下的理論計(jì)算公式，為超聲波流量計(jì)量進(jìn)一步提高測量精度提供了理論依據(jù)。至此，超聲波流量計(jì)量的研究和應(yīng)用才快速發(fā)展起來。到上世紀(jì)90年代，電子技術(shù)的快速發(fā)展，新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn)，促進(jìn)超聲波流量計(jì)量的應(yīng)用范圍獲得擴(kuò)展，測量精度顯著提升。超聲波流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域由早期的液體流量計(jì)量，擴(kuò)展到氣體流量測量。隨著天然氣工業(yè)的快速發(fā)展和應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)大，更加促進(jìn)了超聲波氣體計(jì)量的應(yīng)用。超聲波燃?xì)獗碓跉W洲和日本已經(jīng)開始進(jìn)入民用市場，對于擁有年使用量近3000萬臺燃?xì)獗淼闹袊袌鰜碚f，目前部分燃?xì)夤疽呀?jīng)有規(guī)模使用，并獲得相應(yīng)的試用和使用經(jīng)驗(yàn)，遠(yuǎn)期看超聲波燃?xì)獗淼膽?yīng)用未來可期，必將會給燃?xì)夤镜漠a(chǎn)品選型和應(yīng)用帶來一個新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。20年前，智能IC卡燃?xì)獗淼耐瞥霾秽词侨細(xì)庥?jì)量及收費(fèi)方面的一次革命，智能IC卡燃?xì)獗硪环矫娼鉀Q了燃?xì)夤境黼y、收費(fèi)難的問題，使燃?xì)夤灸軌蚣皶r(shí)回籠資金，極大地節(jié)省了抄表方面的人力、物力；另一方面使用戶能夠自主購氣，避免抄表人員入戶。十年前，無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼耐瞥鰧θ細(xì)夤镜墓芾硖嵘兄薮蟮耐苿幼饔?，一方面解決了無法見表帶來的表具運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控；另一方面方便對表具的供氣的戶外關(guān)閥，解決了供氣控制、提高使用的安全性。隨著科技的進(jìn)步傳統(tǒng)的IC卡燃?xì)獗?、無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼囊恍┍锥艘仓饾u顯現(xiàn)出來：各燃?xì)馄髽I(yè)存在不少用氣設(shè)備達(dá)不到計(jì)量表最小流量（俗稱“大馬拉小車”）或超出流量計(jì)最大計(jì)量（俗稱“小馬拉大車”）的情況，造成燃?xì)獗聿挥?jì)量或計(jì)量不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。燃?xì)夤緸榱肆私庥脩粲脷庑畔?，會依?jù)原有的智能控制部分和現(xiàn)有的無線通信技術(shù)會選擇適合自己的無線通信方式，如選擇NB-iot、4G、LORA、BLE等無線通信方式，傳輸表具的計(jì)量信息和運(yùn)行信息。超聲波計(jì)量技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的成熟、穩(wěn)定與通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展特別是NB-iot通信技術(shù)的在公用事業(yè)的廣泛應(yīng)用，會促進(jìn)計(jì)量技術(shù)和通信技術(shù)的快速融合，為燃?xì)夤窘?jīng)營管理需求提供相應(yīng)的產(chǎn)品。

2超聲波計(jì)量基本原理及特點(diǎn)

2.1基本原理

超聲波是一種振動頻率高于聲波的機(jī)械波，由壓電陶瓷片在激勵電壓的作用下發(fā)生振動產(chǎn)生的，具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，指向性好從而實(shí)現(xiàn)定向傳播等特點(diǎn)。利用安裝在流路上下游的一對或多對超聲波傳感器Senser1和Senser2進(jìn)行時(shí)差法測量，在較短時(shí)間間隔內(nèi)，超聲波傳感器分別作為接收換能器和發(fā)送換能器，即發(fā)送傳感器發(fā)送超聲波信號，接收傳感器接收超聲波信號，分別得到超聲波在流體中的傳播時(shí)間t1和t2，再得到流體的流速，然后利用已知的流路截面積算出瞬時(shí)體積量，單位時(shí)間內(nèi)的瞬時(shí)體積量累加得到流體的積計(jì)體積量，而得到流體的計(jì)量信息。超聲波計(jì)量產(chǎn)品由于是全電子式、無運(yùn)動的機(jī)械部件，產(chǎn)品的可靠性和準(zhǔn)確度提高，具有體積小、重量輕、計(jì)量精度高、重復(fù)性好、壓損小，不易老化使用壽命長的特點(diǎn)；全電子設(shè)計(jì)更易智能化，可以擴(kuò)展為具備多種通信方式的表具。

2.2示值誤差曲線平直

皮膜表由于受內(nèi)部的機(jī)械運(yùn)動影響，皮膜表的誤差曲線是一個拋物線的形狀，示值誤差受流量大小影響較大；而超聲波燃?xì)獗硎局嫡`差曲線近似一條直線，示值誤差幾乎不受流量大小的影響，計(jì)量更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定。

2.3量程比寬

皮膜表的量程比為160:1，而超聲波表可以達(dá)到200:1最高可達(dá)800:1，以G25方為例，皮膜表的最大流量為40m3/h,而超聲波表可以達(dá)到48m3/h，出廠標(biāo)定為50m3/h，最小流量為0.06m3/h。由于皮膜表有機(jī)械運(yùn)動部件，超流量時(shí)誤差是負(fù)值，且不能長時(shí)間超流量運(yùn)行，容易損壞皮膜，而超聲波表能夠長期超流量運(yùn)行并保證其精度。尤其對飯店等用氣流量波動較大商業(yè)用戶，超聲波氣表有效的解決了超量程的問題。

2.4誤差曲線平穩(wěn)

超聲波燃?xì)獗硎侨娮硬杉盘杹碛?jì)算流量，示值誤差多段修正，保證不同流量點(diǎn)都具有相近的示值誤差。計(jì)量具有高重復(fù)性，獨(dú)特的計(jì)量算法保證產(chǎn)品的重復(fù)性＜產(chǎn)品允許示值誤差的1/3。表具在不同的溫度條件下、不同流量點(diǎn)下的示值誤差，組成的誤差曲線具有平直特性，誤差曲線接近一條直線。

2.5可選擇溫度補(bǔ)償、壓力補(bǔ)償

采用高精度、低功耗的MEMS溫度壓力傳感器，通過實(shí)時(shí)獲取表具計(jì)量過程中燃?xì)獾臏囟群蛪毫χ?，對?jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，使計(jì)量更公平。

2.6具有多種智能處理方案及功能

（1）超聲波表有計(jì)量探頭故障自檢、溫度探頭故障自檢、壓力探頭故障自檢等功能，并可實(shí)現(xiàn)故障自動關(guān)閥等功能，保證在使用計(jì)量公平。（2）由于超聲波燃?xì)獗砜梢詸z測出內(nèi)部通過的是空氣還是天然氣，如果用戶在使用過程中，私自把燃?xì)獗聿鸬?，可以提供燃?xì)獗聿鸨頃r(shí)間及詳細(xì)的表具信息（3）用戶反裝表盜氣，表具自動關(guān)閥，且可以記錄表具反裝時(shí)間及表具信息。（4）超聲波燃?xì)獗聿捎脮r(shí)差計(jì)量，不分左右表，自動識別氣體流動方向，倒裝表仍可正常計(jì)量。用戶用于普通膜式表的破壞計(jì)數(shù)器盜氣手段無法應(yīng)用。超聲波表具有防打孔功能，超聲波燃?xì)獗碛?jì)量方式為速度式，不存在普通皮膜表的氣室，因而打孔盜氣無可能。超聲波燃?xì)獗頍o磁感元件，計(jì)量不受磁場影響。

3北方某市超聲波表具試掛

3.1試掛方案

選擇北方某居民區(qū)和工商業(yè)用戶作為實(shí)施對象，居民393塊G2.5，工商業(yè)用戶79塊。對20部戶用表具采用皮膜表具比對測試，對10部工商業(yè)表具同羅茨流量計(jì)進(jìn)行比對測試，要求單日超表成功率為98%以上，周抄讀成功率達(dá)到100%。表具無告警信息和無故障，滿足燃?xì)夤居?jì)量需求和燃?xì)庥脩羰褂靡蟆Ｔ噿毂砭咄ㄟ^NB傳輸方式，每天數(shù)據(jù)定時(shí)上報(bào)表具信息至公司數(shù)據(jù)中心。3.1.1數(shù)據(jù)中心中心計(jì)費(fèi)模式下的一戶多表用戶按用戶進(jìn)行收費(fèi)、計(jì)費(fèi)功能。中心完成用戶各種資料統(tǒng)計(jì)及查詢、系統(tǒng)安全管理及數(shù)據(jù)維護(hù)等工作。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，采集表具數(shù)據(jù)并可下發(fā)各種控制指令。3.1.2數(shù)據(jù)信道數(shù)據(jù)信道采用移動運(yùn)營商的NB無線網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)由表具傳輸?shù)揭苿舆\(yùn)營商，再傳送到公司數(shù)據(jù)中心。采用專用NB網(wǎng)絡(luò)，保證設(shè)備正常運(yùn)行。3.1.3表具表具計(jì)量采用超聲波計(jì)量，數(shù)據(jù)傳輸采用NB物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)，采用中心結(jié)算模式。表具內(nèi)置控制閥門，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控表具。戶用表具采用干電池供電要求使用時(shí)間超過1年，工商業(yè)表具使用鋰電池供電，通信要求使用3年，計(jì)量要求使用10年。表具具有氣質(zhì)識別、進(jìn)水識別、故障自檢、微小流量泄漏監(jiān)測切斷、超大流量監(jiān)測切斷、拆表判斷功能。

3.2試用結(jié)果

表具試掛從2020年6月~2021年5月，共計(jì)365天。對表具計(jì)量精度、重復(fù)性、重現(xiàn)性，數(shù)據(jù)采集成功率、計(jì)量準(zhǔn)確性，環(huán)境適應(yīng)性、異常統(tǒng)計(jì)進(jìn)行跟蹤。結(jié)果為：3.2.1計(jì)量精度、重復(fù)性、重現(xiàn)性所有使用的表具經(jīng)過國家授權(quán)的計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)，按照J(rèn)JG（津）3001-2017戶用超聲波燃?xì)獗砗蚃B/T12958-2016家用超聲波燃?xì)獗淼?.5級檢定，實(shí)測示值誤差為標(biāo)準(zhǔn)要求的2/3，重復(fù)性達(dá)到要求。對串聯(lián)膜式表具的超聲波表具每間隔2000h下墻做示值誤差和重復(fù)性、重現(xiàn)性測試，6次測試均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。3.2.2數(shù)據(jù)采集成功率采用每日（節(jié)假日除外）統(tǒng)計(jì)和每周統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)，對居民393塊G2.5，工商業(yè)用戶79塊，對日采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共計(jì)242次，達(dá)到單日超表成功率為98%以上要求的天數(shù)為230天，占比95%。周超表成功率為100%以上要求，52周均達(dá)到要求。3.2.3數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性20部采用皮膜表具串聯(lián)戶用表具和10部采用同羅茨流量計(jì)串聯(lián)工商業(yè)表具的計(jì)量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)中心查看和現(xiàn)場實(shí)抄數(shù)據(jù)比對，數(shù)據(jù)一致。3.2.4環(huán)境適應(yīng)性測試對串聯(lián)膜式表的超聲波各抽3部，每間隔2000h下墻，做環(huán)境適應(yīng)性測試，達(dá)到JJG（津）3001-2017戶用超聲波燃?xì)獗砗蚃B/T12958-2016家用超聲波燃?xì)獗淼?.5級檢定要求。3.2.5表具異常統(tǒng)計(jì)對居民393塊G2.5，工商業(yè)用戶79塊，對日采集數(shù)據(jù)進(jìn)行異常表具統(tǒng)計(jì)。在測試期間無異常數(shù)據(jù)，跟蹤中干電池異常5部，分析為表具電池倉進(jìn)水，導(dǎo)致電池?fù)p壞，更換后正常。其他使用一年。整表更換為5部，其中戶用3部，工商業(yè)2部且存在惡意破壞，表具將拆表記錄實(shí)時(shí)上傳到數(shù)據(jù)中心。

4試用后思考

4.1計(jì)量體系和法規(guī)

規(guī)劃有序的市場應(yīng)用，需要有嚴(yán)密的體系和法規(guī)做支撐。目前采用的方案為地方性法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)又有不同的編制單位，超聲波表標(biāo)準(zhǔn)具有CJ/T477-2015《超聲波燃?xì)獗怼泛蚃B/T12958-2016《家用超聲波燃?xì)獗怼罚瑱z定規(guī)程為地方性，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T39841-2021《超聲波燃?xì)獗怼烦雠_解決了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的需求，也規(guī)范了產(chǎn)品的各標(biāo)準(zhǔn)要求，但法律法規(guī)需完善和上層次，亟需出臺對應(yīng)的型評大綱和檢定規(guī)程。對燃?xì)夤矩叫杞a(chǎn)品選型標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品評測大綱、評測平臺。

4.2產(chǎn)品氣源適應(yīng)性

超聲波信號受到被測氣體組分的影響很大，而我國的供氣種類繁多，即使在同一個燃?xì)夤驹诓煌臅r(shí)間供氣的氣源也有很大的差異性，保證產(chǎn)品的氣源適應(yīng)性，是制約產(chǎn)品推廣的重要因素，也是保證使用過程中計(jì)量公平的根源。

4.3產(chǎn)品成本壓力

產(chǎn)品成本壓力在戶用超聲波表具上有突出的表現(xiàn)，現(xiàn)在的NB皮膜表在300元左右，而超聲波表具在400元左右，產(chǎn)品成本是整個推廣的最大阻力。

4.4國家計(jì)量安全

目前能夠滿足高穩(wěn)定性、高可靠性且經(jīng)過長期使用的產(chǎn)品，均為國外產(chǎn)品，為了保證國家計(jì)量安全需多方努力，產(chǎn)品核心國產(chǎn)化，建立完成的供應(yīng)鏈。

4.5做好表具應(yīng)用準(zhǔn)備

第一步：對選擇超聲波燃?xì)獗碜鱿到y(tǒng)的可行性進(jìn)行論證。第二步：對目標(biāo)供貨廠家考察。對產(chǎn)品供應(yīng)商和市場使用用戶進(jìn)行實(shí)地考察，考察廠家的產(chǎn)品研發(fā)能力、實(shí)際使用效果。第三步：做好應(yīng)用方案①同供貨廠家確定表具使用的方案，做好表具安裝運(yùn)行環(huán)境的實(shí)測。做好用戶的宣講，確定安裝流程。②對表具進(jìn)行嚴(yán)格的測試方案和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。③在小批量試用成功后，進(jìn)行大規(guī)模的推廣。目前，基于超聲波氣體計(jì)量的超聲波燃?xì)獗懋a(chǎn)品剛興起，由于其全電子機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，同機(jī)械膜式燃?xì)獗硐啾仍跈C(jī)械噪音、計(jì)量準(zhǔn)確度、重復(fù)性以及產(chǎn)品使用壽命、產(chǎn)品現(xiàn)場維護(hù)性、生產(chǎn)可制造性都有優(yōu)勢。不但節(jié)約能源，且提高經(jīng)濟(jì)性和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]張子霖，張東平.超聲波物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗淼膽?yīng)用[J].煤氣與熱力，2017，37（6）：B34-B37．

[2]郝長富，韓潔.超聲波流量計(jì)在天然氣貿(mào)易結(jié)算的應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2010，30（8）：A31-A33．

[3]馮寶庭，唐所臣.天然氣超聲波流量計(jì)的應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2006，26（1）：8－10．

[4]黃摯雄.超聲波流量計(jì)的發(fā)展與應(yīng)用[J].自動化與儀表，1998，13（3）：2-3.

[5]蔡武昌，孫淮清，紀(jì)綱.流量測量方法和儀表的選用[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001，163-165.

[6]祝海林.超聲波流量測量新技術(shù)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置.1995，89（3）：12-14.

[7]蘭純純.時(shí)差法超聲波流量計(jì)（碩士學(xué)位論文）[D].重慶：重慶大學(xué)，2006：2-3.

作者：李金陸 單位：津燃華潤燃?xì)庥邢薰?/p>