超聲波流量計現(xiàn)場檢測中的影響因素分析

摘 要：隨著水資源價格不斷上漲，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(jié)約減排、貿(mào)易結算等方面起著重要的作用。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)問題的判斷等方面具有重要意義。但在實際使用中，由于不少用戶對超聲波流量計的現(xiàn)場使用要點掌握不夠好，導致測量效果不太理想，因而對現(xiàn)場使用超聲波流量計產(chǎn)生質(zhì)疑。該文根據(jù)現(xiàn)場實際需要，對現(xiàn)場超聲波流量計的影響因素(計量精度、磁場因素、管徑測量、壁厚、前后直管段長度、內(nèi)襯、管道材質(zhì)、流體溫度)等分別進行研究分析。

引言
隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，流量計對于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量保證具有重要的作用，同時還是電力、食品、醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)。尤其是超聲波流量計的廣泛使用，對企業(yè)的節(jié)能減排及能源的充分利用，企業(yè)部門的核算、控制成本均起重要作用。由于超聲波流量計檢測主要是實驗室檢測，在現(xiàn)場進行檢測時，缺少對實際情況的了解，現(xiàn)場會出現(xiàn)若干問題，影響超聲波流量計計量準確問題。

1 對超聲波流量計檢測影響因素
1.1 計量精度
本文現(xiàn)場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)河南省計量科學研究院檢定，符合現(xiàn)場使用的要求。

1.2 磁場因素

在現(xiàn)場檢測時，會常出現(xiàn)以下情況，無論怎么調(diào)整安裝方式或者調(diào)整換能器的位置，均收不到其超聲信號，進而導致檢測失敗。這種情況的出現(xiàn)，可能由附近大量高壓電纜過大磁場造成的，磁場的存在干擾換能器發(fā)出、接收信號的能力，使得換能器無法正常運行工作。避免檢測失敗，應選擇遠離這類磁場發(fā)生體的位置，進行下一次檢測[1]。

1.3 直管段長度
為確保被測介質(zhì)水流平穩(wěn)能夠滿足儀表精度的要求，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。實際使用時，由于現(xiàn)場安裝條件、檢測環(huán)境的影響，時常滿足不了現(xiàn)場安裝要求，使得流場不穩(wěn)定。影響檢測的精度。現(xiàn)場檢測采用德國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(shù)據(jù)，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 倍管徑以上才滿足測量要求。當上游直管段較短時，即離彎頭，泵、閥門較近時，一般常常表現(xiàn)為正誤差。由此造成測量誤差加大，在現(xiàn)場不滿足安裝要求測量時，首先滿足上游安裝要求。

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(shù)(管徑、壁厚、內(nèi)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(jù)現(xiàn)場測量時人工輸入流量計后計算出來的。參數(shù)測量是否準確直接影響測量精度[2]?，F(xiàn)場經(jīng)過多次測量，實驗測量結果如下：

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行檢測時，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，對 DN800 口徑來說，其內(nèi)徑相對誤差為 0.12%，而對 DN100 口徑來說，其內(nèi)徑相對誤差為 1.0%，流量是與管道內(nèi)徑的平方成正比，同樣是 1mm 的內(nèi)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(shù)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，實驗結果如表 3 所示。 從表 3 可以看出，隨著管壁厚度輸入增大，測量結果誤差就會變大。所以，輸入管壁參數(shù)的正確與否直接影響流量測量結果。因此，現(xiàn)場用實際測量的方法獲取管道參數(shù)，常用超聲波厚度儀進行確認。由于實際的現(xiàn)場環(huán)境會和設計參數(shù)有一定的出入，管壁厚度在使用一段時間也會由于腐蝕等原因發(fā)生變化。

1.4.3 管道材質(zhì)及內(nèi)襯對測量的影響
輸入的管道材質(zhì)、內(nèi)襯有誤時，使得換能器安裝距離計算錯誤，導致測量精度變低，嚴重時導致測量失敗。實驗證明，輸入管道內(nèi)襯錯誤，直接造成實際管徑的變化。安裝管道內(nèi)襯會使管道水截面積減少，通過相應流速換算的流量就會偏小，流量測量誤差和管道截面積成正比。如忽略內(nèi)襯過厚或管壁有間隙，則會導致探測信號失誤，因此測量時應按實際測量，準確輸入內(nèi)襯材質(zhì)、厚度。實際應用中，管道材質(zhì)、內(nèi)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，測得結果跟標準進行比較，實驗結果如表 4 所示。 從表 4 可以得出，流體溫度輸入誤差較小時對流量測量影響較小，可通過溫度補償減小其誤差。

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

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