Учебное пособие Санкт-Петербург

4.2.4 
Ультразвуковой метод измерения расхода 
Для выполнения измерений расхода на трубопроводах большого 
диаметра, 
по-видимому, 
наиболее 
перспективными 
являются 
ультразвуковые расходомеры. На многих источниках тепловой энергии 
расходомеры данного типа постепенно вытесняют традиционные 
расходомеры переменного перепада давления. 
Ультразвуковые расходомеры достаточно широко применяются и в 
теплосчетчиках, устанавливаемых у потребителей тепловой энергии (на 
трубопроводах небольшого диаметра). 
Существует ряд разновидностей ультразвукового метода измерения 
расхода: времяимпульсный, доплеровский, корреляционный. Во всех 
случаях контролируемый поток пронизывается ультразвуком, а его 
скорость определяется по времени, за которое ультразвук проходит путь от 
излучателя до приемника, так как скорость распространения звуковой 
волны в движущейся среде равна геометрической сумме скорости звука в 
неподвижной среде и скорости среды (рис. 4.4). 

---

143 
Приемники-излучатели ультразвуковых колебаний 
Рис. 4.4. Схема ультразвукового преобразователя. 
Особенности метода измерения: 

не содержит элементов конструкций в потоке; 

обеспечивает измерение в широком диапазоне (до 1:50) измерения 
скорости потока; 

критичен к образованию слоев накипи на внутренней поверхности 
трубы; 

требует протяженных прямолинейных участков трубопровода (10Dy 
и более до прибора и 5Dy после). 
Ультразвуковые 
датчики 
расхода 
обладают 
следующими 
преимуществами: не создают гидравлического сопротивления потоку 
среды, обеспечивают сравнительно широкий динамический диапазон и 
высокую линейность измерений, имеют высокую точность и надежность, 
могут поверяться беспроливными (имитационными) методами без 
демонтажа с трубопровода. 
Для ультразвуковых расходомеров характерны требуемые длинные 
прямые участки, необходимость выполнения высокоточных линейных 
измерений при монтаже, чувствительность к “завоздушиванию” среды, 
чувствительность к состоянию внутренней поверхности трубопровода 
(если применяются накладные датчики расхода). 
Появление многолучевых ультразвуковых расходомеров позволило 
сократить длины прямых участков в несколько раз, применение 
измерительных участков, изготовленных в заводских условиях, исключает 
необходимость 
выполнения 
высокоточных 
линейных 
измерений 
непосредственно на трубопроводе, возможность выбора между врезными и 

---

144 
накладными датчиками позволяет учесть состояние внутренней 
поверхности трубопровода. 
В настоящее время наиболее крупным отечественным производителем 
ультразвуковых расходомеров является ЗАО “Взлет” (С.-Петербург). 
Большое распространение получили ультразвуковые расходомеры 
производства АО “Центрприбор” (Москва), “Альбатрос Инжиниринг РУС” 
(Москва), НПП “Сигнур” (Москва) и другие. 
Можно выделить следующие основные методы ультразвуковых 
измерений: временной метод; корреляционный метод; частотный, фазовый 
и доплеровский методы. 
Временной метод измерения основан на излучении в акустический 
канал расходомера, расположенный под углом к вектору скорости потока 
жидкости, ультразвуковых сигналов по направлению потока и против него. 
Измеренная разность времен прохождения сигналов определяется 
скоростью потока жидкости. Данный метод измерения получил 
наибольшее распространение. 
Частотный метод заключается в измерении разности частот 
повторения коротких ультразвуковых импульсов или “пакетов” 
ультразвуковых колебаний, направляемых одновременно по потоку и 
против него. Измеренная разностная частота пропорциональна скорости 
потока. 
Доплеровский метод измерений основан на эффекте Доплера и 
является разновидностью частотного метода. 
Преимуществами рассмотренных ультразвуковых методов измерений 
являются: 
возможность 
обеспечения 
высокого 
быстродействия 
расходомеров, 
позволяющего 
измерять 
с 
высокой 
точностью 
пульсирующие расходы с частотой пульсаций до 10
4
Гц. 
Недостатки - высокая зависимость качества измерений от физико-
химических свойств жидкости (ее температуры, давления, концентрации и 
т.п.), от профиля распределения скоростей потока жидкости и от точности 
монтажа первичных преобразователей. 
Корреляционный метод измерения основан на измерении времени 
перемещения неоднородностей потока между двумя заданными сечениями 
трубопровода. Неоднородности потока модулируют ультразвуковые 
сигналы, распространяющиеся в плоскости упомянутых сечений. Ввиду 
малости расстояния, которое проходит поток жидкости между этими 
сечениями, сигналы в них модулируются приблизительно одинаково 
одними и теми же неоднородностями. Для определения скорости потока 
измеряется время между появлением сигналов с максимальным 
коэффициентом корреляции в заданных сечениях трубопровода. 
Для корреляционного метода измерения характерны большой 
динамический диапазон, слабая зависимость точности измерений от 

---

145 
физико-химических свойств жидкости, качества трубопровода и от 
точности монтажа первичных преобразователей. Недостаток метода - 
большое время реакции прибора на изменение расхода. 
Частота ультразвуковых колебаний обычно выбирается близкой к 
1 МГц. 
Ультразвуковые расходомеры для трубопроводов небольших 
диаметров, как правило, изготавливаются с измерительными участками, на 
которых установлены врезные ППР. 
Поверка 
ультразвуковых 
расходомеров 
может 
выполняться 
имитационным или проливным методами. 
Для измерения расхода в трубопроводах большого диаметра 
(обычных для источников тепловой энергии) следует отдавать 
предпочтение многолучевым и многоканальным расходомерам, в которых 
предусмотрена компенсация температурного влияния на скорость 
ультразвука, возможность применения как накладных, так и врезных 
датчиков; которые укомплектованы готовыми измерительными участками, 
имеют 
максимальное 
допустимое 
расстояние 
между 
ППР 
и 
вычислительным блоком расходомера, работоспособны при температуре 
теплоносителя до 180
о
С; ППР хорошо защищены от действия окружающей 
среды. 
На источниках тепловой энергии распространена ситуация, когда 
имеется большое число точек измерения расхода (подающие, обратные 
магистрали, подпиточные трубопроводы, технологические трубопроводы и 
т.д.). Поэтому совершенно необходимо, чтобы расходомеры имели 
аппаратные и программные средства организации информационной сети. 
Очевидно, что объединение расходомеров в сеть и их интеграция в 
существующую автоматизированную систему управления существенно 
упрощаются, если применяются приборы одного производителя.