超声波气体流量计因其高精度、低压损、宽量程和易于维护等优点,广泛应用于燃气输送管网、城市燃气门站和燃气储配站等场合。目前,国内的超声波气体流量计市场基本由外国品牌垄断,自主研发超声波气体流量计具有重要的意义。超声波气体流量计的研制和应用难点包括信号处理、传感器研发、流场补偿和安全性设计等方面。

本文的研究内容主要集中于超声波流量计的外壳结构(基表结构和二次仪表结构)对测量性能和安全性能的影响,并以实验对相关内容进行了测试。论文的主要研究内容如下：

1、超声波气体流量计管段设计中,超声波换能器安装效应对测量精度的影响。由于超声波气体流量计受被测量流场的状态的影响较大,而超声波换能器的安装在流场中会造成凸起或者凹陷结构,从而对被测量流场产生不可忽视的影响。

本文研究了凸起安装、半凸安装和凹陷安装三种不同的换能器安装方式对测量性能的影响,并确定了最优的超声波换能器安装方式。

2、超声波气体流量计管段设计中,温度传感器的安装位置研究。通过仿真计算,得出了温度传感器这一凸起结构在流场中的影响范围,确定了超声波气体流量计的插入式温度传感器的安装位置。

3、超声波气体流量计对管段壁面粗糙度的需求研究。管道内壁的粗糙度也是影响流场状态的因素之一,本文研究了不同粗糙度下测量结果相对理想光滑壁面时的测量误差,从而确定了超声波气体流量计对管段壁面粗糙度的要求。

4、超声波气体流量计的二次仪表外壳设计。由于超声波气体流量计工作环境的特殊性(易燃易爆场合),其二次仪表必须得到额外的防护,以免其产生的热量或者电火花导致爆炸事故的发生。

本文设计了超声波气体流量计二次仪表的隔爆型仪表外壳,并以仿真计算和实验的方式验证了设计的合理性。