烟气流速流量监测超声波时差法1范围本标准规定了基于超声波时差法烟气流速流量监测（以下简称流速流量仪）的术语和定义、方法原理、系统组成、技术要求、试验方法、安装要求、参比方法采样位置要求、比对监测。

本标准适用于烟道（烟囱）中低于40m/s的烟气流速在线监测。

2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

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GB/T 16157固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法HJ 75-2017固定污染源烟气（SO 2、NO X 、颗粒物）排放连续监测技术规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。

3.1烟气超声流速仪exhaust gas ultrasonic velocity meters利用超声波在烟气中的传播特性来测量流速的仪器。

3.2烟气超声流量仪exhaust gas ultrasonic flow meters利用烟气超声流速流量仪测量的流速计算出流量值的仪器，称为烟气超声流量仪。

3.3超声换能器ultrasonic transducer在电信号作用下产生声波输出，并将声波信号转换为电信号的器件。

3.4传播时间差法transit-time difference method在流动烟气中的相同行程内，用超声波顺流和逆流传播的时间差来确定沿声道的烟气平均流速的测量方法。

3.5声道路径acoustic path超声波信号在成对的超声波换能器间传播的实际路径。

3.6单声道流速流量仪single-path flow meter只有一对换能器的流速流量仪。

3.7双声道流速流量仪dual-paths flow meters有两对换能器的流速流量仪。

3.8三声道流速流量仪triple-paths flow meters有三对换能器的流速流量仪。

3.9四声道流速流量仪quadruple-paths flow meters有四对换能器的流速流量仪。

3.10多声道流速流量仪multiple-paths flow meters有两对及两对以上换能器的流速流量仪。

3.11声道角angle of inclination声道与管道轴线之间的夹角。

3.12测量平面sampling plance声道正交于烟道或烟囱中心线的平面。

3.13速度采样间隔velocity sampling interval一对超声换能器或声道进行相邻两次气体流速测量的时间间隔。

3.14测量声速average speed of sound烟气超声流速流量仪各声道测量到的声速平均值。

3.15调试检测performance testing烟气超声流速流量仪安装、初调和至少正常连续运行168h后，于技术验收前对烟气超声流速流量仪进行的校准和校验。

3.16速度场系数velocity field coefficient采用参比方法与流速流量仪同步测量烟气流速，参比方法测量的烟气平均流速与同时间区间且相同状态的流速流量仪测量的烟气平均流速的比值。

4方法原理4.1原理流速流量仪是通过超声波脉冲的延迟时间差进行烟气流速的测量，发射装置和接收装置安装在测量管径的两侧，并于烟气流动方向成一定的声道角。

4.2方法由于烟气流速的存在，超声波在烟气的顺流和逆流方向传播时存在一定的时间差，因此可以根据此时间差和管径的大小及安装位置，计算出烟气的流速值，根据流速值可以计算出当前烟气的流量值。

5系统组成5.1构成流速流量仪主要由超声换能器、信号处理单元、反吹单元和控制单元组成。

5.2类型5.2.1流速流量仪换能器的数目不同，分为单声道流速流量仪和多声道流速流量仪。

其中，多声道流速流量仪包括双声道流速流量仪、三声道流速流量仪和四声道流速流量仪。

5.2.2流速流量仪的输出方式有模拟量输出和数字量通讯输出。

5.3工作条件a)烟气温度：-20℃～+480℃；b)环境温度：-20℃～+55℃；c)烟道直径或当量直径：0.3m～12.0m；d)烟气流速：0.1m/s～40m/s；e)分辨率：0.001m/s；f)相对湿度：≤90%；g)电源电压：AC（220±22）V；h)大气压力：86kPa～106kPa；i)接地要求：接地电阻≤4Ω。

6技术要求6.1外观与结构6.1.1现场初装的流速流量仪应有良好的表面处理，不得有毛刺、划痕、裂纹、锈蚀、霉斑和涂层剥落现象。

密封面应平整，不得有损伤。

6.1.2检查电气元器件必须牢固可靠，不得因振动而松动或脱落。

6.2计量性能a)量程：0m/s～40m/s；b)烟气流速平均值：＞10m/s时，相对误差为±8%；≤10m/s时，相对误差为±10%；c)分辨率：0.001m/s；d)各声道之间的最大声速差：0.5m/s。

6.3供电条件电压AC（220±22）V，频率（50±0.5）Hz。

在10℃～35℃，相对湿度≤85%条件下，电源引入线与机壳之间的绝缘电阻应不小于20MΩ。

6.4零点漂移24h零点漂移≤±1%F.S.；一周零点漂移≤±2%F.S.。

6.5量程漂移24h量程漂移≤±1%F.S.；一周量程漂移≤±2%F.S.。

6.6反吹功能系统应具有反吹功能，目的是有效的隔离超声波换能器与烟气的接触，防止超声波换能器受到烟气的腐蚀和污染。

6.7安全功能系统应具安全设置功能，以防止误操作和未经批准的参数设置。

6.8数据采集处理和输出功能a)速度信号采集间隔：≤1s；b)检测信号刷新间隔：≤5s；c)信号输出方式：4mA～20mA模拟信号和RS485数字量通讯；d)数据单位：流速m/s、流量m3/h。

7试验方法7.1试验环境条件a)烟气温度：-20℃～+480℃；b)环境温度：-20℃～+60℃；c)电源：AC（220±22）V。

7.2外观检查外观检查符合6.1的要求。

7.3供电条件供电条件符合6.3的要求。

7.4零点检查待流速流量仪运行稳定后，进行零点校准，记录流速流量仪零点校准稳定读数Z 0。

待流速流量仪稳定运行24h（期间不允许任何校准和维护），再次进行零点校准，并记录稳定后读数Z 1。

待流速流量仪稳定运行168h （期间不允许任何校准和维护），再次进行零点校准，并记录稳定后读数Z 2。

按照公式（1）（2）计算待测流速流量仪24h零点漂移Z d 和一周零点漂移Z w ，零点漂移满足6.4的要求。

R Z -Z Z 01d =.......................................................................（1）R Z-Z Z 02w = (2)式中：Z d ---------待测流速流量仪24h零点漂移，%；Z w ---------待测流速流量仪一周零点漂移，%；Z 0---------待测流速流量仪零点校准初始测量值，m/s；Z 1---------待测流速流量仪运行24h后零点校准测量值，m/s；Z 2---------待测流速流量仪运行一周后零点校准测量值，m/s；R ---------待测流速流量仪满量程值，m/s。

7.5量程检查待流速流量仪运行稳定后，进行量程校准，记录流速流量仪量程校准稳定读数S 0。

待流速流量仪稳定运行24h（期间不允许任何校准和维护），再次进行量程校准，并记录稳定后读数S 1。

待流速流量仪稳定运行168h （期间不允许任何校准和维护），再次进行量程校准，并记录稳定后读数S 2。

按照公式（3）（4）计算待测流速流量仪24h量程漂移S d 和一周量程漂移S w ，量程漂移满足6.5的要求。

R S -S S 01d =.......................................................................（3）R S-S S 02w = (4)式中：S d ---------待测流速流量仪24h量程漂移，%；S w ---------待测流速流量仪一周量程漂移，%；S0---------待测流速流量仪量程校准初始测量值，m/s；S1---------待测流速流量仪运行24h后量程校准测量值，m/s；S2---------待测流速流量仪运行一周后量程校准测量值，m/s；R---------待测流速流量仪满量程值，m/s。

7.6反吹功能反吹功能要求能够隔离超声波换能器和烟气之间的接触。

7.7安全功能要求系统具有不同的操作用户，进行参数修改时必须输入相应的密码。

7.8数据采集处理和输出功能使用计时器、目测、万用表的方式进行检查，数据采集处理和输出功能符合6.8的要求。

7.9准确度测试准确度测试按照参比抽样的方式进行，满足标准GB/T16157，实验结果需要满足烟气流速平均值：＞10m/s时，相对误差为±8%；≤10m/s时，相对误差为±10%。

8安装要求8.1安装位置8.1.1不影响颗粒物和气态污染物连续排放监测系统的测定，能够代表烟道横截面烟气的平均流速。

8.1.2测量断面距离流速扰动源（如弯头、变径、阀门等）下游应不小于2倍烟道直径，距离流速扰动源上游应不小于1倍烟道直径（以下简称“前2后1”）。

矩形烟道直径按当量直径计算，当量直径D=2AB/（A+B），式中A、B为边长。

当不能满足上述条件时，测量断面应设置在距流速扰动源下游不小于1倍烟道直径，以及距流速扰动源上游不小于0.5倍烟道直径处（以下简称“前1后0.5”）。

8.1.3尽量避开振动环境，特别要避开可引起信号处理单元、超声换能器等部件发生共振的环境。

8.1.4尽量避开出现水气冷凝（液滴或水雾）的位置，如不能避开，应选用能够适用的监测探头及仪器。

8.1.5尽量防止声学噪声对测量性能产生的不利影响，安装时应采取必要的措施消除环境声学噪声的干扰。

8.1.6流速流量仪相关导线尽量避开可能存在强烈电磁或电子干扰的环境。

8.2换能器位置与数量8.2.1流速流量仪应在烟囱或烟道上对穿安装，声道应正交于烟道或烟囱的中心线，正交角度在30°～60°之间。

8.2.2换能器与烟道断面的面积为了提高测量结果的准确性，根据安装点位烟道断面的直径，安装单声道换能器或多声道换能器。

表1中规定了安装流速流量仪和烟道直径的对应关系。

表1流速流量仪和烟道直径的对应关系烟道直径安装流速流量仪m＜2单声道流速流量仪2.0～4.0双声道流速流量仪4.0～6.0三声道流速流量仪＞6.0四声道流速流量仪9参比方法采样位置要求9.1采样位置和采样点位9.1.1采样断面上采样点位的布置和数量应符合GB/T16157中的要求。