淺談?dòng)绊懕銛y式超聲波流量計在線(xiàn)測量準確度的因

    超聲波流量計由流量計表體、換能器、安裝部件和信號處理單元（流量計算機）組成，換能器將電能轉換為聲波，將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的聲波信號，經(jīng)電子線(xiàn)路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現了流量的檢測和顯示。

    現場(chǎng)安裝環(huán)境、管道材質(zhì)及內襯材料、管道參數、換能器的安裝與定位、外界因素影響等都對流量計的測量準確度有一定的影響。

    1 安裝環(huán)境的影響

    1.1 前后直管段

    現場(chǎng)安裝使用時(shí)，經(jīng)常不能找到滿(mǎn)足要求的安裝位置。以DN300鋼管為例，以上游10倍、下游5倍管徑為標準，一臺外夾式超聲波流量計在不同位置與一臺安裝在標準位置的電磁流量計作比對，結果見(jiàn)表1。

表1

    結果表明：直管段不足導致不同的測量誤差。當上游直管段不夠，如在彎頭、閥門(mén)之后裝表時(shí)，一般表現為正誤差，且差值較大。

    超聲波流量計是速度是流量計，流體穩定性越好，測得的平均流速越接近真實(shí)值，所以前后直管段在可能情況下越長(cháng)越好。

    1.2 流體流速

    管道內流體的流速是影響測量準確度的關(guān)鍵因素。實(shí)驗證明，一般管道的雷諾數達到2320以上時(shí)流體狀態(tài)為紊流，低于2320時(shí)為層流。計量業(yè)內習慣用0.3m/s作為高低流速的分界點(diǎn)，建議最好在0.3m/s以上流速運行，低于此值時(shí)的流量計準確度難以保證。

    2 管道參數的影響

    2.1 參數設置

    在固定管道的前提下，改變輸入的管道直徑參數，測量結果如表2。

表2

    管道直徑的輸入誤差與測量結果誤差是整比關(guān)系。

    實(shí)際管道壁厚12mm，改變輸入的管道壁厚參數，測量結果如表3。

表3

    管道壁厚的輸入誤差與測量結果誤差是整比關(guān)系。

    2.2 管道材質(zhì)及內襯

    被測管道材質(zhì)及內襯輸入錯誤時(shí)，會(huì )造成計算換能器安裝距離有誤，是聲波射入角度產(chǎn)生誤差，降低測量準確度，嚴重影響信號接收，甚至接收不到。

    實(shí)驗表明：管道內襯對測量的影響主要在于內襯改變了管道的實(shí)際直徑。內襯的存在，減小了管道截面積，通過(guò)流速換算的流量相應減小。因此測量時(shí)應考慮內襯厚度。

    管道材質(zhì)及內襯對測量的影響在于聲波在不同媒介中傳播速度的差異。如果材質(zhì)傳播聲波的速度大于設定聲速，則測量結果偏小，反之偏大。各種管道材質(zhì)的聲速見(jiàn)表4。

表4

    3 換能器的安裝與定位的影響

    按照換能器安裝方式不同，分為Z法、V法。經(jīng)驗證明；在不影響信號接收的情況下。V法測量準確度優(yōu)于Z法。因為V法安裝便于換能器定位，因此測量誤差主要來(lái)自流體和管道參數。Z法安裝的聲波信號強，但是換能器定為困難。當流體分布不均勻，且表前直管段較短時(shí)，可使用多聲道超聲波流量計進(jìn)行多點(diǎn)測試，克服流體不穩定帶來(lái)的誤差。

    3.1 安裝距離

    超聲波流量計換能器的安裝誤差對測量結果影響很大，一定要按規定的尺寸安裝。在DN300mm管線(xiàn)上以V法安裝換能器，通過(guò)改變換能器安裝間距，測試其間距偏差與誤差的關(guān)系，見(jiàn)表5。

表5

    由上表可知，換能器的安裝距離偏差對測量誤差的影響非常大，所以盡量控制偏差到最小。

    4 外界因素的影響

    要保證超聲波流量計測量的準確度，還需注意以下幾點(diǎn)：

    （1）除去直管段上的保溫層和防腐層，表面打磨干凈。避開(kāi)有凹陷、凸起的位置。

    （2）換能器的安裝位置要避開(kāi)管道焊縫。

    （3）管道內襯不能管壁有間隙。存在過(guò)厚污垢的管道應先清污垢。

    （4）超聲波流量計主機應遠離高頻、變頻干擾源。信號電纜盡量使用原配電纜，電纜長(cháng)度一般不超過(guò)200米，中間不能有接頭。

    （5）選用導聲性能好、粘著(zhù)力強、耐熱性好的耦合劑。

    （6）對于不確定是否滿(mǎn)管的管線(xiàn)，換能器的安裝位置應位于管道左右兩側。