超声波流量计得到认可

关键字 过程控制与仪器仪表 流量传感 超声波流量计

这是关于过程感知的五部分系列文章中的第四部分。其他分期付款包括压力传感器(3月)，智能传感器(5月)和温度传感器(6月)。最后一个主题是液位传感，定于11月举行。

超声波流量计在获得市场认可方面取得了长足的进步。最近的技术改进提高了超声波流量计的精度，使其能够处理更广泛的工艺条件。预期的行业批准和各种传感技术进一步促进了市场对这种流动技术的接受。

因此，超声波流量计正在蚕食磁性和差压等传统流量技术的市场。然而，超声波流量计在完全获得市场认可之前仍有许多障碍需要克服。传统的流量计供应商正在采取措施尽量减少市场流失。

获得市场认可

超声波流量计早期的误用和相对较低的精度给许多用户留下了不好的印象。随着超声波技术的进步和人们对它的理解，用户开始正确地使用它们，从而获得更好的效果。最近超声波流量计的成功应用正在改变这种流量技术的声誉，并鼓励更多的用户在他们的应用中尝试它们。

超声波流量计的优点包括维护要求低，非侵入性，没有运动部件，没有压降，能够准确测量气体流量。与传统流量计相比，超声波流量计的主要缺点是初始成本相对较高。然而，由于维护成本较低和精度较高，超声波所有权的总体成本在产品的使用寿命期间往往较低。

此外，传输时间超声波流量计的改进技术在更广泛的工艺条件下具有更高的精度。例如，传输时间流量计可以处理不完全清洁的流体。这一改进使得传输时间流量计能够测量以前只能通过更昂贵的多普勒流量计测量的流体。

多路径或多波束传输时间流量计的发展是超声波流量计市场接受的另一个重要组成部分。多路径“超声波”有一对以上的换能器在一个封闭的管道中反射超声波信号。通过使用多个信号，多径流量计比单径流量计具有更高的精度。

超声波流量计精度的提高使其能够进入气体测量市场。虽然超声波流量计在气体测量中的应用数量还相当少，但一些天然气公司已经开始实施。

例如，许多天然气公司正在测试超声波仪表在非关键应用，如检查计量。这种方法使这些公司能够熟悉该技术，而不会给关键应用程序带来问题。随着该技术在气体应用中被广泛接受，这些用户将开始将超声波流量计应用于监护转移应用。

超声波流量计供应商也在努力获得行业协会的批准，这将使该技术得到更广泛的接受和使用。行业协会的批准在用户决定应用哪种类型的流量计方面发挥着重要作用，特别是在石油、天然气和炼油行业。超声波流量计已经在许多欧洲国家获得了监管转移应用的批准。在美国，美国天然气协会(AGA, Arlington, Va.)正在研究将超声波流量计用于监护转移;AGA-9报告应在1998年秋季之前完成。

用于封闭管道应用的超声波流量计模型可用于传输时间和多普勒技术。这两种技术都依赖于水流速度改变超声波信号。

反射时差

对于传输时间，换能器发送一个信号穿过流到接收换能器。信号被反射回来，并以相反的方向发送。当信号顺流运动时比逆流运动时传播速度更快。这两个过境时间之间的差值用于计算流量。Panametric 's(马萨诸塞州沃尔瑟姆)PT868和Krohne 's(马萨诸塞州皮博迪)ufm600t是传输时间流量计的例子。

多普勒流量计利用流动中的颗粒或夹带空气来测量流量。多普勒流量计发射出一种超声波光束，这种光束会被粒子或夹带的空气反射回来。当超声波光束偏转时，就会发生频移。流中液体或气体的流速与频移成正比。“多晶硅”(Houston, texas)DDF4088和来自controllotron (happauge, N.Y.)的光谱是多普勒流量计的例子。

超声波开放通道流量计的工作方式不同于传输时间或多普勒流量计。明渠流量计一般用于测量河流、小溪、明渠和部分填充管道中的流量。明渠测量通常使用堰和水槽，这是一种引导水流的机械装置。

测量的水平面

超声波开式通道流量计通常位于通道底部，并将超声波光束发送到流表面，在那里它被反射。光束所花的时间长度与水流的水平面成正比。水位信息可以用来计算流速，因为堰和水槽的尺寸是已知的。Milltronics公司(德克萨斯州阿灵顿)Endress + Hauser (Greenwood, Ind.)的OCM III和FMU 861是明道流量计的例子。

除了前面的三种超声波技术外，包括混合仪表在内的新技术也直接影响着市场。混合式流量计是超声波流量计的一种新变体，结合了上述技术。最常见的组合是过境时间和多普勒技术。它使混合流量计能够覆盖更广泛的工艺条件，并更好地处理被测流体流动特性的变化。

例如，如果水流最初是清澈的，后来有颗粒或夹带空气进入，混合流量计可以从传输时间转换为多普勒技术，并继续测量流量。混合流量计的例子包括panametics的XMT868和Controlotron的System 1010。

不能快速更换

在当今的流量计市场上讨论的最重要的话题之一是用超声波取代传统的流动技术。毫无疑问，超声波流量计的使用越来越多，但其取代传统流量计的速度受到几个因素的限制。首先，传统技术如孔板、涡轮和正位移计有很大的安装基础。用户通常更喜欢坚持使用经过验证的技术，并且需要一个令人信服的理由才能转向新技术。因此，他们在选择更换时往往会选择同一类型的流量计。此外，许多用户对新技术的了解还不够充分，无法放心地选择它们。

其次，传统流量计的优点是行业协会为其使用编写了许多标准。尽管AGA-9的预期出版，超声波流量计的行业批准一直缓慢。AGA-9的批准需要AGA成员持续两年的努力。尽管获得了批准，但美国石油协会(API，华盛顿特区)不打算与AGA一起发布该报告。此外，目前还没有计划让任何一个组织发布超声波流量计的使用标准。AGA-9只是建议正确使用超声波流量计，而不是作为具有约束力的法律文件或标准。

限制超声波流量计取代传统流量计的另一个因素是多变量流量计和主要元件领域的进展。

压力变送器供应商已经认识到市场的趋势是朝着新的流量技术发展。这些供应商采取了两种应对方式:引入多变量流量计，以提供推断质量流量的测量，并加快寻找改进的主要元件与压力变送器一起使用。

在可用的多变量流量计中，压力变送器使用差压，静压和过程温度测量来计算质量流量。这些仪器的突出例子包括来自Fisher-Rosemount (Austin, texas)的3095 MV和来自Honeywell IAC (Phoenix, arizona)的SMV 3000。本文还介绍了多变量磁力流量计。

霍尼韦尔最近推出了其MagneW 3000 Plus磁力流量计的多变量版本。它使用过程温度测量和密度补偿计算来提供质量流量。这些流量计的主要优点是能够在一个单元中执行多种测量，例如压力，温度和流量。缺点包括典型的标价是传统流量计的两倍以上;需要计算或推断质量流量，而不是直接测量它们。

除了引入多变量流量计外，一些压力变送器供应商正在重新审视主要元件在流量测量中的作用。在许多情况下，用户从一个供应商购买压力变送器，从另一个供应商购买主要元件。Fisher Rosemount通过收购主要元素供应商Dieterich Standard进入该细分市场。迪特里希标准销售的Annubar，平均皮托管，提供相当大的精度改进比传统的单点皮托管。

Fisher-Rosemount继续将其3095 MV变送器与Annubar集成，创建了Mass ProBar，这是一个通过差压、静压和温度过程值计算质量流量的系统。这种方法的独特之处在于它是以差压流量计的形式出售的。通过将传感元件与变送器集成在一个单元中，Mass ProBar类似于大多数其他流量计，简化了安装和校准程序。

超声波流量计有许多特点，吸引终端用户。它们是非侵入式的，没有压降，并且可以在不干扰过程的情况下安装夹紧版本。随着用户在购买决策中越来越意识到考虑拥有成本，特别是超声波流量计的维护减少，将吸引小型工程人员。

尽管所有的因素导致越来越多的超声波流量计的使用，传统的流量计仍然提供了许多优点。

此外，初级元件和多变量变送器的新发展继续提高传统单元的准确性和适用性。由于庞大的安装基础、行业认可、用户熟悉以及传统流量计技术的新技术发展，超声波流量计在许多行业中要克服传统流量计还需要一段时间。

流量计特性

类型	优势	缺点	第一产业	液态蒸汽，或者气体
基于差压的孔板	初始成本低，技术熟悉，使用方便	受堵塞，造成压降受磨损	化工、石油和天然气、炼油、电力	所有
磁	准确，无压降，双向测量，适用于大管道	需要导电流体，电极需涂覆	化工、水和废水、纸浆和造纸、食品和饮料	液体
科里奥利质量	高精度，真实的质量流量测量	振动敏感，初期成本高，不适合大型管道	化工、食品和饮料、精炼、纸浆和造纸	所有
热质量	低成本，测量低密度流体	需要定期清洗，精度不高	化工，水和废水，电力，炼油	气体
打开通道	方法多，安装成本低，技术熟悉	受堵塞，不同类型的可变精度	水和废水，化工，精炼，纸浆和造纸	液体
容积式	精度高，量程宽	易磨损，限用于大管道，要求流动干净	石油和天然气，炼油，化工，纸浆和造纸	液体,气体
涡轮	准确，成熟和公认的技术	磨损、高流量会造成仪表损坏	石油和天然气，炼油，化工，水和废水	液体,气体
涡	精度高，安装方便	振动影响精度，缺乏行业协会的认可	化工、炼油、电力、食品和饮料	所有
超声波	低维护，非侵入式，适用于大型管道，钳上型号可用	初始成本高，一些型号需要清洁的液体	水和废水，化工，炼油，石油和天然气	液体,气体

作者信息

David Clayton是自动化研究公司(马萨诸塞州Dedham)的高级分析师，负责跟踪全球工业自动化市场。Clayton先生在Northeastern University获得电气工程学士学位。

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