超聲波明渠流量計

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錶。非滿管態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。

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。

明渠流量計應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；工礦企業水排放以及水利工程和農業灌溉用渠道。

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量

8、感測器可在惡劣的現場和污水水質下長期工作

9、可選配簡訊或GPRS無線模塊實現遠程遙測

10、感測器外殼為聚碳酸酯，防護等級IP68

11、內置自動溫度補償

12、盲區可調節，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下測量流體的流量，謂之明渠流量檢測。由於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，使用一般的管道流量計檢測流量是很困難的。例如工業企業排水、醫院廢水、農業灌溉用水、城市地下水道排水等領域中，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的巴歇爾槽配用，利用超聲波在空氣中的傳播規律來測量液位高度，並不斷把液位信息傳輸給主機，主機通過運算系統，自動測出瞬時流量和累計流量並存儲。本儀器採用國際先進技術與流體不接觸即可完成流量檢測，並具有完善的液位測量功能，控制功能，數據傳輸功能和人機交流功能。本機是集超聲波收發感測器，伺服電路、溫度補償感測器和補償電路單元、積算主機、顯示器、控制信號輸出及串列數據或模擬量輸出單元為一體的流量測量儀器。

在工業現場，測量流體流量的儀錶統稱為流量計或流量表。流量計是工業測量中最重要的儀錶之一。隨著工業的發展，對流量測量的準確度和範圍要求越來越高，為了適應多種用途，各種類型的流量計相繼問世，廣泛應用於石油天然氣，石化化工，水處理，食品飲料，製藥，能源，冶金，紙漿造紙，和建築材料等行業。

目前，按照 結構原理，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) 質量流量計;

9）渦街流量計；

10) 其他流量計;(如：衝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)，科里奧利質量流量計，和插入式熱質量流量計作為研究對象，對市場進行分析。

諮詢公司運用360度全視角研究模型，著眼於全球，綜合應用行業，科技技術發展，經濟，競爭環境，和行業用戶等多項模塊，對流量計市場進行全面研究。

如圖1所示，2008年全球流量計的市場規模達到28.3億美元，較2007年增長約3.9%。據預測，到2013年，全球流量計市場規模將達到34.8億美元。2008～2013年的年均複合增長率會達到4.2%。

二. 市場影響因素

1. 驅動因素

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

面臨激烈的競爭環境，以及為了應對全球節能減排的訴求，各個行業用戶更加關注生產工廠的運行效率，儘可能降低能耗，以提高競爭力。因此，大量的投資被用於提升工廠的自動化水平和現場數據的採集和實時監控，以提升工廠的過程式控制制效率。諸如，在石油天然氣和能源行業，密閉傳輸設施中需求性能可靠的流體測量設備；化工和製藥行業中需求高精準的流量計等，種種趨勢必將帶動感測器和現場設備(包括流量計)的發展。

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

2. 抑制因素

當前全球經濟形勢有待進一步提振，工業品需求不旺盛。眾多行業用戶放緩新項目投資或者暫停設備更新升級，等待全球經濟出現復甦跡象。所以，在短期內，這將會給流量計在其主要應用行業的發展前景帶來一定影響。

全球流量計市場生產商眾多，競爭異常激烈。同時，流量計生產商正面臨著行業用戶對價格較為苛刻的要求，為了能夠使產品更好地滲透進入流量計應用的主要行業，生產商之間的價格競爭再所難免。這一現象在新興經濟體，尤其中國，很普遍。價格往往成為決定採購行為的最主要決定因素。長此以往，生產商更多關注價格策略，導致產品創新性不夠，阻礙市場發展。

三. 流量計市場的主要競爭者

在全球，流量計的主要生產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。國產流量計也佔有一席之地。

四. 流量計面臨的挑戰

傳統的機械式流量計，如：差壓式流量計，容積式流量計，和變面積式流量計，已經處於普及化階段，價格競爭激烈，利潤空間日益減少，技術革新較少，市場相對成熟。Frost & Sullivan認為，實現產品的差異化和定製化生產是生產商在成熟市場的激烈競爭中的一個重要突破點。根據弗若斯特沙利文對行業用戶的需求進行分析，用戶群體希望生產商能夠提供為生產過程帶來切實利益的自動化設備。用戶在產品應用過程中會產生具體的需求，例如：應用在石化行業的特殊環境中，需要堅固耐用的設計以及防爆認證；用戶對直管設計的科氏流量計的需求等。如何有效獲取用戶實際需求，並且對傳統產品進行改良，是對生產商差異化和定製化生產過程的一個不小挑戰。

引導用戶接受並使用新技術流量計，如超聲波流量計，電磁流量計，和熱質量流量計等，是生產商把市場做大做強的又一個挑戰。實際上，以上提到的新技術流量計在十多年前就已經開發應用，如何使客戶認識到運用新技術流量計能切實有效地提高生產效益是生產商的一個重要課題。

此外，新技術流量計不斷被引入各個行業的同時，快速有效的售後服務，對生產商來說同樣是至關重要的。尤其是運用基於基金會現場匯流排(Foundation Fieldbus)和Profibus PA匯流排的流量計，對軟體技術有一定要求，有效的服務能夠為用戶提供更適合的解決方案，並且貼近用戶。

五. 流量計發展趨勢

從機械式流量計到電子技術流量計的革新是流量計最重要的發展趨勢之一。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，從而避免了機械流量計工作中需要更換的運動機件。同時，自診斷功能被引入流量計中，使得流量儀錶不僅僅是簡單的測量工具，更多地為了系統維護的目的，例如：空管道偵測和自檢驗等。並且，在電子流量計中結合先進的通信技術后，使得控制人員能夠遠程實時獲取生產現場的流量數據和歷史數據。

據Frost & Sullivan的研究，當前全球約89.0%的流量計採用mA HART通信協議，因為採用mA HART通信協議的流量計在安裝難度和操作要求上都低於採用現場匯流排協議的流量計，並且引入現場匯流排系統對用戶來說也是一項不小的成本。但是，隨著行業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據以外更多的信息，比如，診斷信息和狀態檢測等，這些數據傳送都需要依賴現場匯流排支持。而且，西門子和艾默等廠商正在著力推行現場匯流排協議的流量測量技術。相信，這必將推動現場匯流排協議流量計在各個行業的應用前景。

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

超聲波明渠流量計是一種容積式流量計儀錶，當氣體通過流量計時（見圖2），在入口和出口間產生的壓差，作用在高精密同步齒輪聯結在一起的一對羅茨輪上，從而驅動羅茨輪旋轉，超聲波明渠流量計在這期間，羅茨輪與殼體內壁和壓蓋之間形成的密閉空間——計量腔周期地充氣和排氣，羅茨輪的轉數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經磁耦合器傳遞給機械計數器（或輸出流量脈衝信號），從而累積流經計量腔的體積量實現計量的目的。

按測量原理分類

(1) 力學原理：屬於此類原理的儀錶有利用伯努利定理的差壓式、轉子式；利用動量定理的衝量式、可動管式；利用牛頓第二定律的直接質量式；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託管式以及容積式和堰、槽式等等。

(2) 電學原理：用於此類原理的儀錶有電磁式、差動電容式、電感式、應變電阻式等。

(3) 聲學原理：利用聲學原理進行流量測量的有超聲波式．聲學式(衝擊波式)等。

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

(5) 光學原理：激光式、光電式等是屬於此類原理的儀錶。

(6) 原於物理原理：核磁共振式、核輻射式等是屬於此類原理的儀錶．

(7) 其它原理：有標記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關原理等。

按流量計結構原理分類

按當前流量計產品的實際情況，根據流量計的結構原理，大致上可歸納為以下幾種類型：

1．容積式流量計

容積式流量計相當於一個標準容積的容器，它接連不斷地對流動介質進行度量。流量越大，度量的次數越多，輸出的頻率越高。容積式流量計的原理比較簡單，適於測量高粘度、低雷諾數的流體。根據迴轉體形狀不同，目前生產的產品分：適於測量液體流量的橢圓齒輪流量計、腰輪流量計(羅茨流量計)、旋轉活塞和刮板式流量計；適於測量氣體流量的伺服式容積流量計、皮膜式和轉簡流量計等．

2．葉輪式流量計

葉輪式流量計的工作原理是將葉輪置於被測流體中，受流體流動的衝擊而旋轉，以葉輪旋轉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，其結構可以是機械傳動輸出式或電脈衝輸出式。一般機械式傳動輸出的水表準確度較低，誤差約±2%，但結構簡單，造價低，國內已批量生產，並標準化、通用化和系列化。電脈衝信號輸出的渦輪流量計的準確度較高，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，產生與流量(流速)成比例的壓力差，供二次裝置進行流量顯示。二次裝置稱顯示儀錶。它接收測量元件產生的差壓信號，並將其轉換為相應的流量進行顯示．差壓流量計的一次裝置常為節流裝置或動壓測定裝置(皮託管、均速管等)。二次裝置為各種機械式、電子式、組合式差壓計配以流量顯示儀錶．差壓計的差壓敏感元件多為彈性元件。由於差壓和流量呈平方根關係，故流量顯示儀錶都配有開平方裝置，以使流量刻度線性化。多數儀錶還設有流量積算裝置，以顯示累積流量，以便經濟核算。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，約佔各種流量測量方式的70%。發電廠主蒸汽、給水、凝結水等的流量測量都採用這種表計。目前生產的產品分：孔板流量計、楔形流量計、文丘里管流量計、平均皮託管

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。由於流量計的通流截面積隨浮子高度不同而異，而浮子穩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錶是轉子(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．由於流動流體的動量P與流體的密度 及流速v的平方成正比，即p v2，當通流截面確定時，v與容積流量Q成正比，故p Q2。設比例係數為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換為壓力、位移或力等，然後測量流量。這種流量計的典型儀錶是靶式和轉動翼板式流量計。

6．衝量式流量計

利用衝量定理測量流量的流量計稱衝量式流量計，多用於測量顆粒狀固體介質的流量，還用來測泥漿、結晶型液體和研磨料等的流量。流量測量範圍從每小時幾公斤到近萬噸。典型的儀錶是水平分力式衝量流量計，其測量原理是當被測介質從一定高度h自由下落到有傾斜角 的檢測板上產生一個衝力，衝力的水平分力馬質量流量成正比，故測量這個水平分力即可反映質量流量的大小。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

電磁流量計是應用導電體在磁場中運動產生感應電動勢，而感應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製成的。其測量精度和靈敏度都較高。工業上多用以測量水、礦漿等介質的流量。可測最大管徑達2m，而且壓損極小。但導電率低的介質，如氣體、蒸汽等則不能應用。

電磁流量計造價較高，且信號易受外磁場干擾，影響了在工業管流測量中的廣泛應用。為此，產品在不斷改進更新，向微機化發展．

8．超聲波流量計

超聲波流量計是基於超聲波在流動介質中傳播的速度等於被測介質的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設計的。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，但由於它可以製成非接觸型式，並可與超聲波水位計聯動進行開口流量測量，對流體又不產生擾動和阻力，所以很受歡迎，是一種很有發展前途的流量計。超聲波流量計的分類：1 多譜勒式超聲波流量計：換能器1發射頻率為f1的超聲波信號，經過管道內液體中的懸浮顆粒或氣泡后，頻率發生偏移，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。設流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移fd正比於流體流速v。當管道條件、換能器安裝位置、發射頻率、聲速確定以後，c、f1、θ即為常數，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生振蕩，且振蕩的頻率與流速成比例這一原理設計的．當通流截面一定時，流速與導容積流量成正比。因此，測量振蕩頻率即可測得流量．這種流量計是70年代開發和發展起來的．由於它兼有無轉動部件和脈衝數字輸出的優點，很有發展前途。目前典型的產品有渦街流量計、旋進旋渦流量計。

10．質量流量計

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

還有適用於明渠測流的各種堰式流量計、槽式流量計；適於大口徑測流的插入式流量計；測量層流流量的層流流量計；適於二相流測量的相關法流量計；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。

測量精度：流速±0.5% 、水位±0.5% 、系統±1.5%、±2.5%（與模擬感測器合用時）

功耗:LKW

電源:AC12V/220V或DC3.6V電池供電

測量範圍：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

流速範圍：0-15m/s

流體電導率：不低於20μS/cm

電極材料：不鏽鋼1cr18Ni9Ti、不鏽鋼0Cr18Ni12MoTi、哈氏合金C，鈦、鉭；