超聲波明渠流量計

　　產(chǎn)品概述

　　超聲波明渠流量計是在非滿管狀敞開渠道測量自由表面自然流的流量儀表。非滿管態(tài)流動的水路稱作明渠,測量明渠中水流流量的稱作明渠流量計(open channel flowmeter)。明渠流量計除圓形外,還有U字形、梯形、矩形等多種形狀。

　　產(chǎn)品分類

　　HOH-L-01智能型明渠流量計　明渠流量計品種很多，常見的有堰式明渠流量計和槽式明渠流量計兩大類。

　　應(yīng)用范圍

　　明渠流量計應(yīng)用場所有城市供水引水渠;火電廠引水和排水渠、污水治理流入和排放渠;工礦企業(yè)水排放以及水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用渠道。

　　產(chǎn)品特點(diǎn)

　　1、可測量非滿管（圓管、蛋形管或其它異形管）流量

　　2、可測量渠道（圓形渠、矩形渠或其它異形渠）流量

　　3、可測量天然的河、溪流量

　　4、可測量污水排放渠道或管道（下水道）流量

　　5、可測量正向和反向流速和流量

　　6、可提供瞬時流量值和累計流量值

　　7、輸出信號：RS-485、Modbus、4-20Ma電流信號和多路開關(guān)量

　　8、傳感器可在惡劣的現(xiàn)場和污水水質(zhì)下長期工作

　　9、可選配短信或GPRS無線模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙測

　　10、傳感器外殼為聚碳酸酯，防護(hù)等級IP68

　　11、內(nèi)置自動溫度補(bǔ)償

　　12、盲區(qū)可調(diào)節(jié)，屏蔽探頭附近干擾信號

　　在許多非滿水、大流量（或小流量），自然流動的自由水面狀態(tài)下測量流體的流量，謂之明渠流量檢測。由于明渠流量較大或較小，流體中往往會有一定的腐蝕性或夾帶一些雜質(zhì)，使用一般的管道流量計檢測流量是很困難的。例如工業(yè)企業(yè)排水、醫(yī)院廢水、農(nóng)業(yè)灌溉用水、城市地下水道排水等領(lǐng)域中，明渠流量檢測尤其是超聲波非接觸式明渠流量儀為首選的流量檢測儀器。

　　超聲波明渠流量儀與相應(yīng)的巴歇爾槽配用，利用超聲波在空氣中的傳播規(guī)律來測量液位高度，并不斷把液位信息傳輸給主機(jī)，主機(jī)通過運(yùn)算系統(tǒng)，自動測出瞬時流量和累計流量并存儲。本儀器采用國際先進(jìn)技術(shù)與流體不接觸即可完成流量檢測，并具有完善的液位測量功能，控制功能，數(shù)據(jù)傳輸功能和人機(jī)交流功能。本機(jī)是集超聲波收發(fā)傳感器，伺服電路、溫度補(bǔ)償傳感器和補(bǔ)償電路單元、積算主機(jī)、顯示器、控制信號輸出及串行數(shù)據(jù)或模擬量輸出單元為一體的流量測量儀器。

　　在工業(yè)現(xiàn)場，測量流體流量的儀表統(tǒng)稱為流量計或流量表。流量計是工業(yè)測量中最重要的儀表之一。 隨著工業(yè)的發(fā)展，對流量測量的準(zhǔn)確度和范圍要求越來越高，為了適應(yīng)多種用途，各種類型的流量計相繼問世，廣泛應(yīng)用于石油天然氣，石化化工，水處理，食品飲料，制藥，能源，冶金，紙漿造紙，和建筑材料等行業(yè)。

　　目前，按照結(jié)構(gòu)原理，流量計可以分為：

　　1) 容積式流量計;

　　2) 葉輪式流量計;

　　3) 差壓式流量計;

　　4) 變面積式流量計;

　　5)電磁流量計;

　　6)超聲波流量計;超聲波明渠流量計

　　7) 流體振蕩式流量計;

　　8) 質(zhì)量流量計;

　　9）渦街流量計；

　　10) 其他流量計;(如：沖量式流量計和動量式流量計)

　　本文以容積式流量計，渦輪流量計(典型的葉輪式流量計)，差壓式流量計，變面積式流量計，電磁流量計，超聲波流量計，渦街流量計(典型的流體振蕩式流量計)，科里奧利質(zhì)量流量計，和插入式熱質(zhì)量流量計作為研究對象，對市場進(jìn)行分析。

　　咨詢公司運(yùn)用360度全視角研究模型，著眼于全球，綜合應(yīng)用行業(yè)，科技技術(shù)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)，競爭環(huán)境，和行業(yè)用戶等多項(xiàng)模塊，對流量計市場進(jìn)行全面研究。

　　如圖1所示，2008年全球流量計的市場規(guī)模達(dá)到28.3億美元，較2007年增長約3.9%。據(jù)預(yù)測，到2013年，全球流量計市場規(guī)模將達(dá)到34.8億美元。2008～2013年的年均復(fù)合增長率會達(dá)到4.2%。

　　二. 市場影響因素

　　1. 驅(qū)動因素

　　據(jù)國際能源署(IEA)預(yù)測，從2007至2030年全球需要對能源基礎(chǔ)設(shè)施累計投資26.0萬億美元(以2007年美元價值計)。其中，電力行業(yè)投資13.6萬億美元，占總投資額的52.3%。目前的金融危機(jī)并不會影響長期投資，至2030年，預(yù)計單是維持目前能源的供應(yīng)能力就需要全球能源投資的一多半資金，并且，到2030年，世界許多地方的石油，天然氣，和電力的基礎(chǔ)設(shè)施將需要更換。從長期來看，可預(yù)見的能源投資，將給流量計在石油天然氣和能源行業(yè)板塊的應(yīng)用帶來不小的發(fā)展空間。

　　面臨激烈的競爭環(huán)境，以及為了應(yīng)對全球節(jié)能減排的訴求，各個行業(yè)用戶更加關(guān)注生產(chǎn)工廠的運(yùn)行效率，盡可能降低能耗，以提高競爭力。因此，大量的投資被用于提升工廠的自動化水平和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和實(shí)時監(jiān)控，以提升工廠的過程控制效率。諸如，在石油天然氣和能源行業(yè)，密閉傳輸設(shè)施中需求性能可靠的流體測量設(shè)備;化工和制藥行業(yè)中需求高精準(zhǔn)的流量計等，種種趨勢必將帶動傳感器和現(xiàn)場設(shè)備(包括流量計)的發(fā)展。

　　流量計中正在更多地引入電子技術(shù)，如數(shù)字信號處理(DSP)和微處理器，這使得流量計具備了自診斷功能，并且能夠更好地與生產(chǎn)控制層面進(jìn)行通信。性能的提高更好地滿足了行業(yè)用戶的需求，給流量計創(chuàng)造了更多的市場應(yīng)用空間。

　　2. 抑制因素

　　當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)形勢有待進(jìn)一步提振，工業(yè)品需求不旺盛。眾多行業(yè)用戶放緩新項(xiàng)目投資或者暫停設(shè)備更新升級，等待全球經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)復(fù)蘇跡象。所以，在短期內(nèi)，這將會給流量計在其主要應(yīng)用行業(yè)的發(fā)展前景帶來一定影響。

　　全球流量計市場生產(chǎn)商眾多，競爭異常激烈。同時，流量計生產(chǎn)商正面臨著行業(yè)用戶對價格較為苛刻的要求，為了能夠使產(chǎn)品更好地滲透進(jìn)入流量計應(yīng)用的主要行業(yè)，生產(chǎn)商之間的價格競爭再所難免。這一現(xiàn)象在新興經(jīng)濟(jì)體，尤其中國，很普遍。價格往往成為決定采購行為的最主要決定因素。長此以往，生產(chǎn)商更多關(guān)注價格策略，導(dǎo)致產(chǎn)品創(chuàng)新性不夠，阻礙市場發(fā)展。

　　三. 流量計市場的主要競爭者

　　在全球，流量計的主要生產(chǎn)商包括阿西布朗勃法瑞(ABB)，艾默生(Emerson)，恩德斯豪斯(Endress Hauser或E H)，科隆(Krohne)，西門子(Siemens)，橫河(Yokogawa)，以及通用電氣(General Electric)，霍尼韋爾(Honeywell)，英維思(Invensys)，和山武(Yamatake)。流量計市場集中度相對較高，前三名廠商，艾默生，E H，和ABB占整個市場將近50%的市場份額。國產(chǎn)流量計也占有一席之地。

　　四. 流量計面臨的挑戰(zhàn)

　　傳統(tǒng)的機(jī)械式流量計，如：差壓式流量計，容積式流量計，和變面積式流量計，已經(jīng)處于普及化階段，價格競爭激烈，利潤空間日益減少，技術(shù)革新較少，市場相對成熟。Frost & Sullivan認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化和定制化生產(chǎn)是生產(chǎn)商在成熟市場的激烈競爭中的一個重要突破點(diǎn)。根據(jù)弗若斯特沙利文對行業(yè)用戶的需求進(jìn)行分析，用戶群體希望生產(chǎn)商能夠提供為生產(chǎn)過程帶來切實(shí)利益的自動化設(shè)備。用戶在產(chǎn)品應(yīng)用過程中會產(chǎn)生具體的需求，例如：應(yīng)用在石化行業(yè)的特殊環(huán)境中，需要堅(jiān)固耐用的設(shè)計以及防爆認(rèn)證;用戶對直管設(shè)計的科氏流量計的需求等。如何有效獲取用戶實(shí)際需求，并且對傳統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)行改良，是對生產(chǎn)商差異化和定制化生產(chǎn)過程的一個不小挑戰(zhàn)。

　　引導(dǎo)用戶接受并使用新技術(shù)流量計，如超聲波流量計，電磁流量計，和熱質(zhì)量流量計等，是生產(chǎn)商把市場做大做強(qiáng)的又一個挑戰(zhàn)。實(shí)際上，以上提到的新技術(shù)流量計在十多年前就已經(jīng)開發(fā)應(yīng)用，如何使客戶認(rèn)識到運(yùn)用新技術(shù)流量計能切實(shí)有效地提高生產(chǎn)效益是生產(chǎn)商的一個重要課題。

　　此外，新技術(shù)流量計不斷被引入各個行業(yè)的同時，快速有效的售后服務(wù)，對生產(chǎn)商來說同樣是至關(guān)重要的。尤其是運(yùn)用基于基金會現(xiàn)場總線(Foundation Fieldbus)和Profibus PA總線的流量計，對軟件技術(shù)有一定要求，有效的服務(wù)能夠?yàn)橛脩籼峁└m合的解決方案，并且貼近用戶。

　　五. 流量計發(fā)展趨勢

　　從機(jī)械式流量計到電子技術(shù)流量計的革新是流量計最重要的發(fā)展趨勢之一。電磁流量計，超聲波流量計，和渦街流量計利用電氣原理工作，從而避免了機(jī)械流量計工作中需要更換的運(yùn)動機(jī)件。同時，自診斷功能被引入流量計中，使得流量儀表不僅僅是簡單的測量工具，更多地為了系統(tǒng)維護(hù)的目的，例如：空管道偵測和自檢驗(yàn)等。并且，在電子流量計中結(jié)合先進(jìn)的通信技術(shù)后，使得控制人員能夠遠(yuǎn)程實(shí)時獲取生產(chǎn)現(xiàn)場的流量數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

　　據(jù)Frost & Sullivan的研究，當(dāng)前全球約89.0%的流量計采用mA HART通信協(xié)議，因?yàn)椴捎胢A HART通信協(xié)議的流量計在安裝難度和操作要求上都低于采用現(xiàn)場總線協(xié)議的流量計，并且引入現(xiàn)場總線系統(tǒng)對用戶來說也是一項(xiàng)不小的成本。但是，隨著行業(yè)用戶不斷提高自動化水平，希望從流量測量中獲取除了流量數(shù)據(jù)以外更多的信息，比如，診斷信息和狀態(tài)檢測等，這些數(shù)據(jù)傳送都需要依賴現(xiàn)場總線支持。而且，西門子和艾默等廠商正在著力推行現(xiàn)場總線協(xié)議的流量測量技術(shù)。相信，這必將推動現(xiàn)場總線協(xié)議流量計在各個行業(yè)的應(yīng)用前景。

　　此外，無線技術(shù)流量計也正在逐步被用戶所接受，惡劣環(huán)境中的流體測量對無線技術(shù)來說是一個很好的應(yīng)用空間。不過，用戶完全接受并普及無線技術(shù)流量計還需要一定的時間。

　　工作原理

　　超聲波明渠流量計是一種容積式流量計儀表，當(dāng)氣體通過流量計時（見圖2），在入口和出口間產(chǎn)生的壓差，作用在高精密同步齒輪聯(lián)結(jié)在一起的一對羅茨輪上，從而驅(qū)動羅茨輪旋轉(zhuǎn)，超聲波明渠流量計在這期間，羅茨輪與殼體內(nèi)壁和壓蓋之間形成的密閉空間——計量腔周期地充氣和排氣，羅茨輪的轉(zhuǎn)數(shù)與通過流量計的氣體體積量成正比。超聲波明渠流量計的旋轉(zhuǎn)經(jīng)磁耦合器傳遞給機(jī)械計數(shù)器（或輸出流量脈沖信號），從而累積流經(jīng)計量腔的體積量實(shí)現(xiàn)計量的目的。

　　類型及原理

　　按測量原理分類

　　(1)力學(xué)原理：屬于此類原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉(zhuǎn)子式；利用動量定理的沖量式、可動管式；利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式；利用流體動量原理的靶式；利用角動量定理的渦輪式；利用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式；利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。

　　(2)電學(xué)原理：用于此類原理的儀表有電磁式、差動電容式、電感式、應(yīng)變電阻式等。

　　(3)聲學(xué)原理：利用聲學(xué)原理進(jìn)行流量測量的有超聲波式．聲學(xué)式(沖擊波式)等。

　　(4)熱學(xué)原理：利用熱學(xué)原理測量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。

　　(5)光學(xué)原理：激光式、光電式等是屬于此類原理的儀表。

　　(6)原于物理原理：核磁共振式、核輻射式等是屬于此類原理的儀表．

　　(7)其它原理：有標(biāo)記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等。

　　按流量計結(jié)構(gòu)原理分類

　　按當(dāng)前流量計產(chǎn)品的實(shí)際情況，根據(jù)流量計的結(jié)構(gòu)原理，大致上可歸納為以下幾種類型：

　　1．容積式流量計

　　容積式流量計相當(dāng)于一個標(biāo)準(zhǔn)容積的容器，它接連不斷地對流動介質(zhì)進(jìn)行度量。流量越大，度量的次數(shù)越多，輸出的頻率越高。容積式流量計的原理比較簡單，適于測量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。根據(jù)回轉(zhuǎn)體形狀不同，目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：適于測量液體流量的橢圓齒輪流量計、腰輪流量計(羅茨流量計)、旋轉(zhuǎn)活塞和刮板式流量計；適于測量氣體流量的伺服式容積流量計、皮膜式和轉(zhuǎn)簡流量計等．

　　2．葉輪式流量計

　　葉輪式流量計的工作原理是將葉輪置于被測流體中，受流體流動的沖擊而旋轉(zhuǎn)，以葉輪旋轉(zhuǎn)的快慢來反映流量的大小。典型的葉輪式流量計是水表和渦輪流量計，其結(jié)構(gòu)可以是機(jī)械傳動輸出式或電脈沖輸出式。一般機(jī)械式傳動輸出的水表準(zhǔn)確度較低，誤差約±2%，但結(jié)構(gòu)簡單，造價低，國內(nèi)已批量生產(chǎn)，并標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。電脈沖信號輸出的渦輪流量計的準(zhǔn)確度較高，一般誤差為±0．2%一0．5%。

　　3．差壓式流量計(變壓降式流量計)

　　差壓式流量計由一次裝置和二次裝置組成．一次裝置稱流量測量元件，它安裝在被測流體的管道中，產(chǎn)生與流量(流速)成比例的壓力差，供二次裝置進(jìn)行流量顯示。二次裝置稱顯示儀表。它接收測量元件產(chǎn)生的差壓信號，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進(jìn)行顯示．差壓流量計的一次裝置常為節(jié)流裝置或動壓測定裝置(皮托管、均速管等)。二次裝置為各種機(jī)械式、電子式、組合式差壓計配以流量顯示儀表．差壓計的差壓敏感元件多為彈性元件。由于差壓和流量呈平方根關(guān)系，故流量顯示儀表都配有開平方裝置，以使流量刻度線性化。多數(shù)儀表還設(shè)有流量積算裝置，以顯示累積流量，以便經(jīng)濟(jì)核算。這種利用差壓測量流量的方法歷史悠久，比較成熟，世界各國一般都用在比較重要的場合，約占各種流量測量方式的70%。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結(jié)水等的流量測量都采用這種表計。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：孔板流量計、楔形流量計、文丘里管流量計、平均皮托管

　　4．變面積式流量計(等壓降式流量計)

　　放在上大下小的錐形流道中的浮子受到自下而上流動的流體的作用力而移動。當(dāng)此作用力與浮子的“顯示重量”(浮子本身的重量減去它所受流體的浮力)相平衡時，俘子即靜止。浮子靜止的高度可作為流量大小的量度。由于流量計的通流截面積隨浮子高度不同而異，而浮子穩(wěn)定不動時上下部分的壓力差相等，因此該型流量計稱變面積式流量計或等壓降式流量計。該式流量計的典型儀表是轉(zhuǎn)子(浮子)流量計。

　　5．動量式流量計

　　利用測量流體的動量來反映流量大小的流量計稱動量式流量計．由于流動流體的動量P與流體的密度 及流速v的平方成正比，即p v2，當(dāng)通流截面確定時，v與容積流量Q成正比，故p Q2。設(shè)比例系數(shù)為A，則Q=A 因此，測得P，即可反映流量Q．這種型式的流量計，大多利用檢測元件把動量轉(zhuǎn)換為壓力、位移或力等，然后測量流量。這種流量計的典型儀表是靶式和轉(zhuǎn)動翼板式流量計。

　　6．沖量式流量計

　　利用沖量定理測量流量的流量計稱沖量式流量計，多用于測量顆粒狀固體介質(zhì)的流量，還用來測泥漿、結(jié)晶型液體和研磨料等的流量。流量測量范圍從每小時幾公斤到近萬噸。典型的儀表是水平分力式?jīng)_量流量計，其測量原理是當(dāng)被測介質(zhì)從一定高度h自由下落到有傾斜角 的檢測板上產(chǎn)生一個沖力，沖力的水平分力馬質(zhì)量流量成正比，故測量這個水平分力即可反映質(zhì)量流量的大小。按信號(九)的檢測方式，該型流量計分位移檢測型和直接測力型。

　　7．電磁流量計

　　電磁流量計是應(yīng)用導(dǎo)電體在磁場中運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，而感應(yīng)電動勢又和流量大小成正比，通過測電動勢來反映管道流量的原理而制成的。其測量精度和靈敏度都較高。工業(yè)上多用以測量水、礦漿等介質(zhì)的流量?？蓽y最大管徑達(dá)2m，而且壓損極小。但導(dǎo)電率低的介質(zhì)，如氣體、蒸汽等則不能應(yīng)用。

　　電磁流量計造價較高，且信號易受外磁場干擾，影響了在工業(yè)管流測量中的廣泛應(yīng)用。為此，產(chǎn)品在不斷改進(jìn)更新，向微機(jī)化發(fā)展．

　　8．超聲波流量計

　　超聲波流量計是基于超聲波在流動介質(zhì)中傳播的速度等于被測介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設(shè)計的。它也是由測流速來反映流量大小的。超聲波流量計雖然在70年代才出現(xiàn)，但由于它可以制成非接觸型式，并可與超聲波水位計聯(lián)動進(jìn)行開口流量測量，對流體又不產(chǎn)生擾動和阻力，所以很受歡迎，是一種很有發(fā)展前途的流量計。

　　超聲波流量計的分類：1 多譜勒式超聲波流量計：換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號，經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆?；驓馀莺?，頻率發(fā)生偏移，以f2的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。設(shè)流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移fd正比于流體流速v。當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過測量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。2時差式超聲波流量計： 時差式超聲波流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。

　　9．流體振蕩式流量計

　　流體振蕩式流量計是利用流體在特定流道條件下流動時將產(chǎn)生振蕩，且振蕩的頻率與流速成比例這一原理設(shè)計的．當(dāng)通流截面一定時，流速與導(dǎo)容積流量成正比。因此，測量振蕩頻率即可測得流量．這種流量計是70年代開發(fā)和發(fā)展起來的．由于它兼有無轉(zhuǎn)動部件和脈沖數(shù)字輸出的優(yōu)點(diǎn)，很有發(fā)展前途。目前典型的產(chǎn)品有渦街流量計、旋進(jìn)旋渦流量計。

　　10．質(zhì)量流量計

　　由于流體的容積受溫度、壓力等參數(shù)的影響，用容積流量表示流量大小時需給出介質(zhì)的參數(shù)。在介質(zhì)參數(shù)不斷變化的情況下，往往難以達(dá)到這一要求，而造成儀表顯示值失真。因此，質(zhì)量流量計就得到廣泛的應(yīng)用和重視。質(zhì)量流量計分直接式和間接式兩種。直接式質(zhì)量流量計利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理進(jìn)行測量，目前常用的有量熱式、角動量式、振動陀螺式、馬格努斯效應(yīng)式和科里奧利力式等質(zhì)量流量計。間接式質(zhì)量流量計是用密度計與容積流量直接相乘求得質(zhì)量流量的。

　　還有適用于明渠測流的各種堰式流量計、槽式流量計；適于大口徑測流的插入式流量計；測量層流流量的層流流量計；適于二相流測量的相關(guān)法流量計；以及激光法、核磁共振法流量計和多種示蹤法、稀釋法測流等。

　　技術(shù)指標(biāo)

　　測量精度：流速±0.5% 、水位±0.5% 、系統(tǒng)±1.5%、±2.5%（與仿真?zhèn)鞲衅骱嫌脮r）

　　功耗:LKW

　　電源:AC12V/220V或DC3.6V電池供電

　　測量范圍:流速0.02-20m/s

　　渠寬0.5-30m

　　渠深0.5-20m

　　累積流量顯示最大值:9999999999

　　瞬時流量顯示最大值:999999

　　流速顯示最大值:9.99

　　水位顯示最大值:9.999

　　公稱通徑：50、100、200、400、600mm

　　流速范圍：0-15m/s

　　流體電導(dǎo)率：不低于20μS/cm

　　電極材料：不銹鋼1cr18Ni9Ti、不銹鋼0Cr18Ni12MoTi、哈氏合金C，鈦、鉭。