分体型超声波物位计

超声波超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。利用声波反射、衍射、多普勒效应，工业上制造出了超声波物位计、超声波液位计、超声波流量计等。今天，小菲就给大家介绍一款FLIR新品——FLIR Si124工业声波成像仪，它是如何利用声波在工业检测中“如鱼得水”的呢？FLIR Si124简介FLIR Si124是一款简单易用的智能声波成像系统，能够可视化显示空气压缩系统的加压泄漏和高压电气设备的局部放电问题。借助这款轻便的单手操作声波成像仪设备，公共事业、制造业和工程类专业从业人员可以轻松发现效能损失问题和潜在故障，其速度比传统方法快10倍。过滤杂音，准确定位借助FLIR Si124开展日常维护工作，相关专业人士可以快速发现问题，确保电力设施持续供电、生产运营正常运行。• FLIR Si124内置124个麦克风和1个高清可见光摄像头，接收频率范围（2kHz至31kHz）涵盖了可听声和超声波，可过滤工业环境中常见的背景噪声，生产精确的声像；• 有效检测距离达100米，可以让工作人员在安全距离内检测。迅速查找，单手操作FLIR Si124工业声波成像仪检测的声像可实时叠加在可见光数码图像上，使用户可以准确地查明声音来源、区分问题。FLIR Si124主要有两个用途，包括检测压缩空气泄漏和局部放电，例如电晕、电弧、表面放电等。• 对于高压电气系统，局部放电可能导致灾难性故障，FLIR Si124可以在安全距离内区分局部放电类型（包括表面放电、漂浮放电和空气放电），提高电气系统的可靠性；• 即使在白天也能识别电晕放电，可在发生灾难性故障之前快速更换有缺陷的组件，避免停机危险；• 压缩空气因为无色无味的特性，泄漏现象非常隐形，导致压缩空气泄漏几乎是工厂里最常见的一种能源浪费，使用FLIR Si124可以快速准确找到泄漏点，其速度比传统的机械、电气、真空和压缩机系统检测方法快10倍；• 压缩空气通常是工厂中最昂贵的能源，使用FLIR Si124可以快速估算由压缩空气/真空泄漏引起的年度能耗费用；• FLIR Si124重量仅微超980克，非常轻便，支持单手操作，其连续使用时间长达7个小时。云端分析，存储共享FLIR Si124搭载了FLIR Acoustic Camera Viewer云服务，可自动将捕获的图像保存到云端。用户稍后可以访问存储在云端的图像并进行深入的人工智能分析。• 通过Wi-Fi将捕捉到的图像上载至云端，可存储和备份数据，还可以使用FLIR Acoustic Camera Viewer云端分析工具进行深入分析，创建报告；• 用户可以获得额外的8GB的外部USB存储空间和无线数据传输功能，简单、高效地共享照片和数据。科学技术的发展让我们不仅能看到温度这下连声音都可以看到啦~局部放电是高压电气设备经常遇到的问题压缩空气泄漏在工厂中也很难避免快用FLIR高科技新产品FLIR Si124 工业声波成像仪在安全距离检测一下既能保证安全，又可避免损失哦~

一、燃气表行业背景分析近年来，我国加快推进“煤改气”工程建设，天然气已经成为我国现代清洁能源体系的主体能源之一。到2020年，天然气在一次能源消费结构中的占比力争达到10%左右，到 2030 年，占比提高到15%左右。在这些燃气迅速发展的利好消息促进下，燃气计量行业将迎来巨大的发展契机。膜式燃气表因其技术成熟、质量稳定和价格低廉等优点，在我国城市燃气发展中得到广泛应用，随着计算机和微电子技术的发展，膜式表也逐步实现了智能化，目前在燃气计量行业仍然占据着主导地位。但膜式燃气表结构复杂、易磨损、易受管道介质温度压力等客观因素的影响，导致测量精度降低。热式（MEMS）燃气表是利用热传递原理测量燃气标准状况下流量的一种新型燃气计量器具，采用全电子结构，无机械运转部件，体积小、精度高。虽然可以针对特定天然气组分进行修正，但是从原理上还是易受多种不同气体组分影响，温度的影响修正也相对复杂，同时长期的污染物沉积使得MEMS芯片响应变慢影响精度，使得其应用受到限制。超声波燃气表以其非接触测量、无可动部件、无压力损失、极高的计量精度和可结合更多的智能化应用等优势，引起国内外的高度重视，是近年来燃气计量领域的开发热点。 二、超声波燃气表的研究与应用现状其实早在上世纪九十年代，英国、德国等国的多家燃气公司已陆续开发了超声波燃气表。受当时超声波探头、计时芯片、电子技术等的因素限制，价格还是非常高昂，无法与传统膜式燃气表竞争。进入二十世纪后，超声波燃气表的关键部件价格大大降低，迎来了超声波燃气表的快速发展。日本东京燃气公司于2003年7月开展了超声波燃气表的各种现场测试，于2005年率先安装了5000台超声波燃气表至用户家中，在2008年全面使用超声波燃气表。目前国际上的超声波燃气表技术主要来源于松下、西门子等公司，他们在超声波领域深耕多年，从流道结构、软件算法、超声波换能器及模块到整机，都有着诸多专利。虽然国内现有多家燃气表公司已开始研发超声波燃气表，但是大多数厂家还是使用松下的超声波燃气表传感器方案，也就是购买松下的电路板和超声波探测器，自己配套外壳组装成超声波燃气表。这样的模式使得国内厂家生产的超声波燃气表价格偏高，市场推广受到限制。我国燃气表产业生态已经基本建立，因此积极开展自主知识产权、可以满足燃气表规范要求的超声波气体流量传感器的技术研究，对于打破国外技术垄断、促进我国燃气表转型升级发展具有重要意义。 三、超声波燃气表用气体流量传感器核心关键（1）超声波换能器的自主研制。目前满足超声波燃气表计量要求的核心部件的超声波换能器基本都是进口，价格占总成本的40%。国产化的难点是其带宽以及高低温特性，既要保证较长的测试距离提高测试分辨率、较高灵敏度提高信噪比，还需要考虑不同温度下的测试漂移。 （2）燃气表的性能和稳定性问题。超声波燃气表由于无机械部件，理论上稳定性较传统膜式表要高很多，但膜式表在国内多年的使用中，已广泛被燃气表公司和客户接受。超声波燃气表如何在稳定性上达到燃气表公司的需求，打消燃气表公司的顾虑，是超声波燃气表迈向市场化的非常重要的一关。（3）气体污染问题。与膜式燃气表一样，由于超声波燃气表的常年运行，燃气中的粉尘或杂质会附着在超声波换能器上，影响换能器对信号的接收敏感度，从而影响燃气表测量准确度。（4）气源适应性问题。天然气密度比空气小，信号也较空气小；不同密度的气体通过超声波换能器后，其信号的波形会很不稳定。超声波信号传输会受传播介质、环境（温度、湿度、压力）以及管道内反射等各种因素影响，接收到的超声波信号通常存在着波形变化、幅值变化。因此，家用波燃气表要想进入家庭，并广泛使用，对气源的适应性是需要克服的最重要一关。 四、超声波燃气表用气体流量传感器技术特点四方光电公司自2008年开展对超声波气体传感器的研究以来，通过在超声波换能器、时间计量芯片以及时差自动计算方法、流程成分同时感知等领域取得突破，特别是在超声波氧气流量传感器、超声波沼气流量计等领域实现了规模化生产应用，具有较好的技术和产业基础。针对家用燃气表需要的超宽量程比、宽温度范围、抗污能力、脉动气流测量等特殊要求，开发成功满足超声波燃气表用的超声波气体流量传感器。（1）“L”型流道结构设计。超声波燃气表用超声波气体流量传感器采用“L”型流道设计，包括腔体、进气口、出气口及两个超声波换能器，通过将气室腔体的横截面设置为圆形，将超声波信号在第一个换能器安装孔和第二换能器安装孔之间的传播路径设置为“L”型流道，如图1所示。 图1. 燃气表用超声波气体流量传感器结构原理图传统超声波燃气表气体流量计量气室的“W”型发射流道，“V”型对射单通单流道以及“N”型对射单通单流道，都是通过超声波在流道内产生一次或多次反射而形成的路径以增加超声波声程，间接增大了换能器的有效距离，从而获得更高测量精度。但其缺点是通过反射后探测器信号较弱，信噪比降低，对换能器的要求很高。因此造成成本也较高。采用“L”型流道、圆形横截面的超声波燃气模块，克服了现有超声波燃气表气体流量计量气室管道的横截面积较大，气室体积较大，成本较高的问题，以及两个超声波换能器之间传播距离较短，降低测量结果准确性的问题。同时，还避免了被测气体中的污染物污染超声波换能器，从而影响检测结果准确性的问题。（2）用双阈值过零检测与数据选择技术。以时差法超声波气体流量计为基础，采用双阈值过零检测与数据选择算法技术，区别于超声波自动增益控制法，不对信号进行处理，通过关联幅值与飞行时间周期变化的关系，根据幅值判断飞行时间是否发生周期性变化，从实际测量得到多个结束方波脉冲对应的时间值中选择合适的结果，作为最终的飞行时间，从而精确计算气体流量。（3）自动调零算法。燃气表在温度、压力等外部因素变化条件下，对超声信号产生一定的影响，从而影响计量的时间差；此产生的时间差变化，可能只有ns级别，对高端流量几乎没影响；但对于低端流量，特别是Qmin，影响非常大，造成测量精度超过标准要求。另外，燃气表在无流量情况下的零点，可能受到超声波换能器零点的漂移影响，产生整体计量的漂移，对低端流量造成较大的影响，这是低端流量精度和稳定性超标最重要的原因。针对超声波换能器的零点漂移问题，在软件算法上，采用自动调零的处理算法，超声波燃气表采用可调整的零点，并根据超声波换能器的信号波动特点，软件上自动调整超声波燃气表的零点，保证在外部因素或内部因素作用下，超声波燃气表的零点随环境变化而适当做出调整，抵消由于零点漂移对低端流量产生的影响；同时，考虑电路整体对时间差值的影响，在软件算法上，补偿此部分对测量的影响。 五、超声波燃气表用气体流量传感器的应用基于专利的气体流量传感器硬件和软件核心技术，四方光电公司针对我国家用表以及五小工商户客户的需求，成功开发出超声波家用和商用燃气表。其核心传感器部件见图2：图2. 家用和商用超声波燃气表核心传感器部件解决核心燃气表气体流量传感器后，就可以利用以往具有的外壳、皮膜阀、电源管理等组装燃气表。图3是采用超声波核心流量传感器的G4燃气表。 图3. G4超声波燃气表(内置国产化核心流量传感器)根据燃气表的计量要求，进行了宽量程的燃气表误差特性以及耐久性实验。 图4. G4超声波燃气表典型误差曲线 图5. G4超声波燃气表耐久性误差曲线由于我国超声波燃气表的国家标准还处于征求意见稿阶段，因此借鉴了EN-14236欧洲有关“ultrasonic-domestic-gas-meters”标准进行完整的测试。除以上图示的基本试验，还进行了线性度、压损、高低温、交变湿热、耐粉尘、脉动流量等试验。试验表明基于超声波气体流量传感器核心模块的燃气表均满足燃气表的各项指标要求。作者简介熊友辉博士，教授级高工。中国科协九大代表、中国仪器仪表学会理事、分析仪器分会副理事长。主持过科技部重大科学仪器设备开发专项、工信部物联网专项、湖北省重大科技专项等多项国家和省市科技项目。现任武汉四方光电科技有限公司总经理。 公司简介武汉四方光电科技有限公司是一家专业从事气体传感器、气体分析仪器及物联网解决方案的国家高新技术企业，其全资子公司——四方仪器自控系统有限公司，以自主知识产权的核心传感器技术为依托，陆续推出了红外/紫外烟气分析仪、红外煤气分析仪、红外天然气热值仪、激光拉曼气体分析仪等气体成分分析仪器，并先后研制了超声波气体流量计、超声波燃气表核心传感器部件、智能超声波燃气表等燃气流量测量产品。四方光电通过了ISO9001、ISO14000、ISO18000、IATF16949等有关质量、环境、健康安全、汽车电子等体系认证，目前已与多家世界五百强企业建立长期配套合作关系。

5月15-17日，第十一届中国国际科学仪器及实验室装备展览会即将在中国国际展览中心盛大举行。北京星越天成科技有限公司公司在本次展会上，将与全球超声波应用领域的领导者美国BRANSON公司联合发布该公司新一代的BRANSONIC”球形”超声波清洗机，期待新老朋友一同见证。展位号：T4B。　　新一代Bransonic球形超声波清洗机　　● 独创的球形超声波技术-使清洗无盲区：独特的喇叭形振子所产生的球形超声波在清洗介质中稳定的传递，实现均匀无盲区的清洗效果 　　● 通用的40kHz超声波频率-清除颗粒物范围更广：频率在 40kHz的超声波能够清除直径在2-50微米的颗粒物，是所有频率中范围最广的，完全满足绝大多数的清洗要求 　　● 优质的振子和专利的安装工艺-确保了高输出功率：采用优质的Langevin振子，超声波能量的转化效率在90%以上，专利的振子粘贴技术保证了超声波能量高效而稳定的传导 　　● 先进的扫频技术-使清洗更均匀：控制电路可使超声频率在40 1kHz的范围内自动调节，有效消除驻波现象，使槽体内的空穴效应更均匀稳定 　　● 输出能量自动跟踪-使清洗更稳定：当设备的负载条件发生改变时，内置的智能调节系统自动跟踪扫描并调整振子的输出能量至最佳状态，保证了清洗效果的一致性 　　● 操作面板位于清洗槽的上方便用户操控，而控制电路板位于后侧部可避免万一发生液体渗入机器内部不会造成电路损害 　　● 机身采用优质的PP塑料，不仅美观，而且具有防腐防酸降噪音功能 　　● 30000小时的设计使用寿命，按每天工作8小时计可使用10年 　　生产厂家简介　　美国必能信(BRANSON)创立于1946年，世界超声波应用领域的领导者。自1951年开发研制了超声波清洗设备以来，已服务了机械、电子、医药、生物等领域的众多生产和科研用户。公司在全球范围内拥有70多个销售网点和近2000名员工，并在美国、加拿大、墨西哥、德国、斯洛伐克、中国、中国香港、日本以及韩国设立有研发和生产基地。北京星越天成科技有限公司与Branson公司携手合作6年，所有的球形超声波清洗机都满足 FCC、 CSA、 CE & UL 等国际质量标准。　　北京星越天成科技有限公司　　北京星越天成科技有限公司(原北京星越生物www.xysci.com)成立于2005年，8年来专业致力于为科研院所、大中专院校、国家专业检测机构、卫生防疫医疗机械、工矿企业等领域提供专业的实验样品处理设备和样品处理解决方案。　　目前公司推荐的产品主要有：美国必能信BRANSONIC球形超声波清洗机、SONIFIER超声波聚能破碎仪、非接触式超声波破碎仪 美国AIRMETRICS公司MiniVol便携式空气采样器等。　　中国国际科学仪器及实验室装备展览会　　中国国际科学仪器及实验室装备展览会(简称CISILE)是经国家商务部批准，由中国仪器仪表行业协会主办，北京朗普展览公司承办的国际性行业展会，创办于2003年，是中国境内创办最早的科学仪器行业盛会之一，至今已经成功举办了十届。十年来，CISILE以快速增长的展会规模，优质丰富的市场资源，形式多样的商务推广活动，强大的媒体宣传攻势，细致周到的展会服务，树立起行业展会的标杆，并被业界誉为亚洲科学仪器第一展。