摘 要：隨著(zhù)水資源價(jià)格不斷上漲，用以計量水資源流量的超聲波流量計(安裝快捷、使用靈活)，在水資源的節約減排、貿易結算等方面起著(zhù)重要的作用。而且流量計計量是否準確對于企業(yè)對水資源的控制、生產(chǎn)問(wèn)題的判斷等方面具有重要意義。但在實(shí)際使用中，由于不少用戶(hù)對超聲波流量計的現場(chǎng)使用要點(diǎn)掌握不夠好，導致測量效果不太理想，因而對現場(chǎng)使用超聲波流量計產(chǎn)生質(zhì)疑。該文根據現場(chǎng)實(shí)際需要，對現場(chǎng)超聲波流量計的影響因素(計量精度、磁場(chǎng)因素、管徑測量、壁厚、前后直管段長(cháng)度、內襯、管道材質(zhì)、流體溫度)等分別進(jìn)行研究分析。

引言
隨著(zhù)現代科技的不斷發(fā)展，流量計對于現代工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量保證具有重要的作用，同時(shí)還是電力、食品、醫藥等工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數。尤其是超聲波流量計的廣泛使用，對企業(yè)的節能減排及能源的充分利用，企業(yè)部門(mén)的核算、控制成本均起重要作用。由于超聲波流量計檢測主要是實(shí)驗室檢測，在現場(chǎng)進(jìn)行檢測時(shí)，缺少對實(shí)際情況的了解，現場(chǎng)會(huì )出現若干問(wèn)題，影響超聲波流量計計量準確問(wèn)題。

1 對超聲波流量計檢測影響因素
1.1 計量精度
本文現場(chǎng)采用由德國弗萊克森生產(chǎn)的超聲波流量計(FLEXIM)作為主要檢測儀器，該儀器配有大、小兩種換能器，分別用于測量大管徑、小管徑管道，能測量常用材質(zhì)的管道，管徑范圍從 15mm~3400mm 的管道流量。經(jīng)河南省計量科學(xué)研究院檢定，符合現場(chǎng)使用的要求。

1.2 磁場(chǎng)因素

在現場(chǎng)檢測時(shí)，會(huì )常出現以下情況，無(wú)論怎么調整安裝方式或者調整換能器的位置，均收不到其超聲信號，進(jìn)而導致檢測失敗。這種情況的出現，可能由附近大量高壓電纜過(guò)大磁場(chǎng)造成的，磁場(chǎng)的存在干擾換能器發(fā)出、接收信號的能力，使得換能器無(wú)法正常運行工作。避免檢測失敗，應選擇遠離這類(lèi)磁場(chǎng)發(fā)生體的位置，進(jìn)行下一次檢測[1]。

1.3 直管段長(cháng)度
為確保被測介質(zhì)水流平穩能夠滿(mǎn)足儀表精度的要求，流量計換能器應在流量計上游、下游分別至少有 10倍、5 倍以上管徑的直管段。實(shí)際使用時(shí)，由于現場(chǎng)安裝條件、檢測環(huán)境的影響，時(shí)常滿(mǎn)足不了現場(chǎng)安裝要求，使得流場(chǎng)不穩定。影響檢測的精度?，F場(chǎng)檢測采用德國FLEXIM超聲波流量計分別安裝在被檢流量計上、下游非標準位置，測得數據，計算誤差結果如表 1 所示。 結果表明：直管段安裝在下游的影響比上游的小，上游至少在 3 倍管徑以上才滿(mǎn)足測量要求。當上游直管段較短時(shí)，即離彎頭，泵、閥門(mén)較近時(shí)，一般常常表現為正誤差。由此造成測量誤差加大，在現場(chǎng)不滿(mǎn)足安裝要求測量時(shí)，首先滿(mǎn)足上游安裝要求。

1.4 輸入不準造成的偏差
流量計流量是流速與管道流通面積的乘積，輸入這些參數(管徑、壁厚、內襯及材質(zhì)、流體溫度)，計算出管道面積，在與測得的流速乘積得出流量。換能器安裝的距離是根據現場(chǎng)測量時(shí)人工輸入流量計后計算出來(lái)的。參數測量是否準確直接影響測量精度[2]?，F場(chǎng)經(jīng)過(guò)多次測量，實(shí)驗測量結果如下：

1.4.1 輸入管徑誤差對測量結果的影響
在管道固定不變的情況下，依次輸入不同誤差下的管徑與標準值比較，實(shí)驗結果如表 2 所示。 由表 2 可以得出：流量測量誤差大約是管徑輸入誤差的 2 倍。這與誤差傳遞理論相一致。
由 Q=V*π*D2/4 得：
dQ=V*π*dD/2 (1)
推出：
σQ=dQ/Q=2dD/D=2σD (2)
其中：Q：流體流量；
D: 管徑；
σQ: 流量誤差；
σD: 管徑誤差。

使用超聲波流量計在小口徑上進(jìn)行檢測時(shí)，輸入管道口徑不準引起的流量測量誤差同樣不容忽視，如：口徑測量的絕對誤差為 1mm 時(shí)，對 DN800 口徑來(lái)說(shuō)，其內徑相對誤差為 0.12%，而對 DN100 口徑來(lái)說(shuō)，其內徑相對誤差為 1.0%，流量是與管道內徑的平方成正比，同樣是 1mm 的內徑測量誤差，對 DN800 口徑，流量測量誤差約 0.3%左右，而對于 DN100 口徑，流量測量誤差約3%左右，由此可見(jiàn)超聲波流量計使用口徑越大測量越準確，口徑越小，測量精度越難把握。所以便攜式超聲波流量計更適合在大口徑管道的測量[3]。

1.4.2 壁厚誤差對流量測量誤差的影響
在換能器安裝位置不變的情況下，輸入不同壁厚參數得出結果與標準表相比較。依次選擇在四種不同口徑的管道上測量，測得結果與標準表相比較，實(shí)驗結果如表 3 所示。 從表 3 可以看出，隨著(zhù)管壁厚度輸入增大，測量結果誤差就會(huì )變大。所以，輸入管壁參數的正確與否直接影響流量測量結果。因此，現場(chǎng)用實(shí)際測量的方法獲取管道參數，常用超聲波厚度儀進(jìn)行確認。由于實(shí)際的現場(chǎng)環(huán)境會(huì )和設計參數有一定的出入，管壁厚度在使用一段時(shí)間也會(huì )由于腐蝕等原因發(fā)生變化。

1.4.3 管道材質(zhì)及內襯對測量的影響
輸入的管道材質(zhì)、內襯有誤時(shí)，使得換能器安裝距離計算錯誤，導致測量精度變低，嚴重時(shí)導致測量失敗。實(shí)驗證明，輸入管道內襯錯誤，直接造成實(shí)際管徑的變化。安裝管道內襯會(huì )使管道水截面積減少，通過(guò)相應流速換算的流量就會(huì )偏小，流量測量誤差和管道截面積成正比。如忽略?xún)纫r過(guò)厚或管壁有間隙，則會(huì )導致探測信號失誤，因此測量時(shí)應按實(shí)際測量，準確輸入內襯材質(zhì)、厚度。實(shí)際應用中，管道材質(zhì)、內襯對流量測量的影響直接反映在超聲波在不同介質(zhì)中傳播速度的差異上，若設置的材質(zhì)聲速大于實(shí)際聲速，測量結果偏大，反之則偏小。

1.4.4 流體溫度對測量誤差的影響
輸入流體溫度會(huì )影響聲速的變化，即影響換能器之間的距離，直接導致流量測量精度，嚴重時(shí)信號可能太弱或直接找不到相應信號。輸入不同溫度，測得結果跟標準進(jìn)行比較，實(shí)驗結果如表 4 所示。 從表 4 可以得出，流體溫度輸入誤差較小時(shí)對流量測量影響較小，可通過(guò)溫度補償減小其誤差。

2 結束語(yǔ)
綜上所述，對于便攜式超聲波流量計的應用，可以簡(jiǎn)化計量工作，尤其對于大口徑流量計的檢測具有簡(jiǎn)潔、方便、節省成本的優(yōu)勢。開(kāi)展現場(chǎng)檢測，需要工作人員較高的技術(shù)，總結自身實(shí)踐的經(jīng)驗、提高應用技能，使在線(xiàn)測量結果更加準確、可靠。

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