FMC Technologies 的Smith仪表集团是时差法超声波流量计的开路队伍中最早及最重要的一员。他们所推出的MPU 1200六声道超声波流量计拥有独特的技术，能够适应极端的温度环境，已经广泛的应用于天然气管道的流量测量，并在燃气发电站，海上平台，浮式采油、储油和卸油（FPSO）系统等领域有很好的应用前景。

FMC Technologies 的Smith仪表集团从1990年开始在天然气贸易输送中研发并使用时差法超声波流量计。

时差法超声波流量计的基本原理：

如上图所示，在管道的两侧，A点和B点装有压电传感器，这一对传感器可发射和接收声脉冲。如有流动，声脉冲顺流从A到B的传输时间Td将减小，而它逆流从B到A的传输时间Tu将增大。

从流速计算的公式中可以看到测量管道内的流速与声程长度L和与管壁θ和逆流传输时间Tu及顺流传输Td有关，只要保证流量计的机械加工尺寸和采用高精度的高速数字处理电路理论上就可以获得优于0.5%的流量测量精度。

但是在实际使用现场，存在着速度分布不对称流动和紊流等复杂流态，造成流量计的计量偏差。

FMC Technologies 的Smith仪表集团在1995年研发最高技术水准的创新声道配置的6声道超声波流量计，以解决现场复杂流态对计量造成的影响。在1999年的挪威北海海上平台上取得了极为成功的实际使用效果。

下图为六声道超声波流量计的声道结构图（12个传感器/六个声道/4个平面）：

同一平面，交叉声道的测量原理：

通过2个等式我们可以得出横向流速数值

测量横向流速的大小和方向用于分析和补偿旋涡流和横向流的影响（反方向产生横向流，同方向产生涡流），如图所示：

根据管中6个声道配置分析得出的速度分布以及消除漩涡流等复杂流态影响后，来计算流量计出真实流速V。

从检定结果可以看出6声道气体超声波流量计的测量精度远优于0.3%

超声波流量计有着明显的技术优势

FMC Technologies 的Smith仪表集团的六声道超声波流量计有着5大技术优势如下：

全面的流态分析能力

在MPU 1200六声道超声波流量计的设计阶段，就考虑流量计在现场的复杂流态中的准确流量测量，根据这12个传感器的测量信息和两个层面的横向流速（Vs）来分析流体方向和紊流或交叉流的程度并补偿横向流测量产生的误差。对每一个层面流速进行动态补偿，得出真实轴向流速分布图：

六声道超声波流态分析界面：

从数据上可以看出：0~11 和1~10声道在第一层面，由于两者的测量方向和方位不同而测出的流速相差非常大，一个8.572 m/s，一个5.906 m/s，只有通过VS横向流补偿技术才能得到第一层面真实的流速在7.391 m/s。而如果仅依据0~11声道的流速，计算流速将会出现非常大的计量偏差。

FMC Technologies 的Smith仪表集团的MPU 1200六声道超声波流量计可以实现对流态的全面分析和动态补偿，得出真实的流速数据。这是现场高精度流量测量的重要技术保证。

独特的低信噪比信号检出技术

很多的技术指标是越高越好，但在气体超声波流量计的信噪比却是越低越好。噪声是影响气体超声波流量计更广泛使用的一个重要技术障碍。从下图可以看出，从接收端的超声换能器测量的信号，已经看不出发射端超声换能器发出的信号，因为噪声的幅值大于发射信号的幅值。一般在这种状况下，超声波流量计无法正常测量。

但是MPU 1200六声道超声波流量计独特的低信噪比信号检出技术可以检出看不出发射端超声换能器发出的信号。其它的厂家的信噪比是10∶1，我们最佳的信噪比是0.5∶1，也就是说，我们的流量计抗击超声噪声的能力比其它流量计高20倍。

六声道超声波流态分析界面

气体组分和密度的在线核查技术和相互核查功能

MPU 1200六声道超声波流量计在1996年就把密度计算引入到超声波流量计的SPU单元中。

MPU 1200利用声速（VOS）压缩因子Z计算天然气密度。计算的模型基础是：

Gas composition（ISO Guidelines），气体成份（ISO导则）；

AGA 8（94）equations of state，AGA 8 （94） 状态方程式。

六声道超声波流量计测量结果

从下图可以看出在线密度计的测量值与MPU 1200的密度计算值的偏差为±0.1%。

同时MPU 1200根据AGANo 10报告计算出的理论声速和超声波流量计测量的实际声速进行比较，偏差不超过2 m/s， 就说明色谱仪测量的气体组分是准确的，否则说明色谱仪有问题（在流量计没有报警的情况下）。在以前参与标准体积流量计算的重要参数——气体组分值，一直缺乏在线核查方法，只能靠气相色谱仪自身的定期标校完成。现在MPU 1200利用超声波流量计的测量密度和传声速度与AGANO 10报告计算的数据的偏差来复核气相色谱仪或密度计的测量数据，同时也可以根据色谱仪或密度计的测量数据来核查超声波流量计自身的工作状态，两者互相校验和在线核查。通过在现场使用此项技术，发现在一般情况下都是色谱仪或密度计出现了问题。FMC Technologies的Smith仪表集团的MPU 1200 六声道超声波流量计提供了气体组分和密度的在线互校验的解决方案。

六声道超声波流量计信噪比信号检测结果

全方位的补偿技术

FMC Technologies 的Smith仪表集团的MPU1200六声道超声波流量计，还考虑了温度和压力也在不断变化造成流量计壳体内部的扩张和收缩从而影响测量精度。按照AGA 9报告（USM的主导标准），可发现以下误差：

操作温度改变50℃，会产生0.21%的误差。压力改变5 MPa，会产生0.137%的误差。

因此FMC的六声道超声波流量计，在MPU 1200的SPU电子单元内加入了温度压力对流量的修正功能。通过在线的温度及压力数据修正每个声道的声程长度和管道截面面积的变化，从而得出更加准确的流量计工况体积流量。

在线密度计测量结果

具有超强的对外接口能力

MPU1200的六声道超声波流量计在设计开始就支持TCP/IP协议以太网接口，具有数字管道功能。同时还有数字串行通讯口和HART、4~20 mA、脉冲输入及继电器输出接口。

FMC Technologies的Smith仪表集团的MPU 1200六声道超声波流量计超强的以太网接口可以通过INTERNET实现流量计的远程诊断和远程维护的功能，使流量计的管理进入了数字时代。

综上所述，全数字化的多声道气体超声波流量计比传统的孔板流量计有更强的技术优势和更高的测量精度。因此，目前全世界范围内的新建天然气管线基本上都采用了气体超声波流量计，用于天然气贸易结算。

全数字化的多声道气体超声波流量计

超声波流量计的应用远景

FMC Technologies的Smith仪表集团气体超声波流量计不仅能够完全满足天然气管道的流量测量要求，而且还可以广泛服务于全世界的燃气发电站，海上平台，浮式采油、储油和卸油（FPSO）系统，燃气计量和陆上天然气处理厂等领域。

同时FMC Technologies的Smith仪表集团的气体超声波流量计还把应用拓展到油气田井口。

在小流量温度下降时，信号测量结果

在2002年，FMC Technologies的Smith仪表集团研发的MPU 200单声道超声流量计在俄国的湿气井口进行单井监测。

2002年10月，一台的0.102m长的MPU 200单声道流量计在Advantica标定站进行了检定，然后运抵西伯利亚的现场。流量计于2003年3月直接安装到天然气井口，并进行了3个月的测试。在此期间进行了极端低温的环境测试、宽测量范围的干气测试和不同含液比例的湿气测试。

在井口能力范围内我们做了大量的不同的流量点的测试，从后面的图形可以看出MPU 200流量计在最大和最小流量范围内效果都很好。

在大流量井口气体含液体时的测量结果

在小流量时温度下降，水合作用开始发生并有可能导致管道的堵塞，从而导致孔板的差压变送器无法工作。而MPU流量计在此情况下没有任何问题，在整个工作范围内持续不断地进行工作。从下图可以看出换能器的增益值在增加，所有的信号质量非常好。

在大流量时井口产出的气体中含有更多的液体，但对MPU没有影响到，流量计信号没有失真。

如果用孔板流量计做参比流量计，孔板的数据会比MPU偏低，孔板流量计在低流量时无法测量。

结论表明FMC Technologies的Smith仪表集团开MPU 200单声道超声流量计是一种可以在离湿气井口很近的位置上也能很好地测量湿气的流量计。

FMC Technologies的Smith仪表集团气体超声波流量计不仅可以在上游的油气田领域广泛使用，而且可以在下游城市燃气市场不断开拓新的应用远景。可以预见5~10年内，随着气体超声波流量计成本的降低和低压探头技术的成熟应用，将在下游城市燃气市场大量取代气体涡轮流量计。

从1998年起AGANO 9和AGANO 10及ISO标准的颁布执行和新的大型天然气流量检定站的运行及不断完善的超声波流量计干标技术，为气体超声波流量计提供更为广阔的应用前景。将液体超声波流量计用于油品计量的用户在逐步增加，但由于液体超声波流量计的检定问题限制了其使用。但是由于超声波流量计本身固有的技术优势，液体超声波流量计在解决了检定问题以后将会有更好的应用前景。