發布日期：2022-04-27 點擊率：90
摘 要： 本文主要對白銀公司動力廠購進的DCT7088型便攜式超聲波流量計在測試不同管徑管線流量過程中，發現被測管線流量與管線上安裝的計量表之間存在較大測量差值。針對測量誤差認真分析誤差產生來源，并在測試過程中如何減少測試誤差做一簡單的分析。
關鍵字： 超聲波流量計 測量誤差 誤差修正
1 引言
白銀公司動力廠供水管線在白銀市區內分布點多面廣，供水管線的管徑從DN25mm到DN900mm大小不一，共1000多條。隨著供水管線供水使用年限長，埋在地下老化腐蝕嚴重，好多管線出現漏口，但因埋在地下又不能及時發現漏口具體位置，致使我廠新水無償流失量逐年增大。同時隨著公司挖潛增效、節能減排工作的開展及對各產品能耗指標考核力度的加大，各廠礦越來越關注日用水量的計量。為避免計量糾紛、查找供水管線漏口，我廠進了1臺DCT7088便攜式超聲波流量計，為的是更好的對有疑議供水管線的量進行核查。
2 工作原理
DCT7088超聲波流量計采用了先進的微處理數字技術，用于工業環境下測量不含高濃度懸浮粒子或氣體的均質液體的流量。它采用時差方式的測量原理，利用傳感器發出的超聲波在流動著的流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會增大，逆流方向則減小，在同一傳播距離就有不同的傳輸時間，根據傳輸時間之差與被測流體流速之間的關系測出流體的流速（圖1）。
圖1 典型時差原理圖
流體的流速在管內的不同位置是不同的，其管中央的流速要比靠近管壁的流速快。流體在管道中的流速分布可以用流速截面分布圖表示（見圖2）。通過對流量計的設置，并考慮流速的截面分布影響，從而計算出平均流速，再根據管道的截面積得出流體的體積流量。
圖2 流速截面分布圖
流速與傳感器傳輸時間差的關系式是：
式中：V是液體沿管道中心線的速度；M為聲速；ΔT為順逆流傳播時間差；θ為聲路角；M為傳感器安裝距離；Tup為順流傳播時間；Tdown為逆流傳播時間。
瞬時流量公式：Q=KSV
式中：Q為瞬時流量；K為儀表系數，在儀表標定過程產生，是個定值；S為管線截面積；V為液體沿管道中心線的速度。
3 實際使用中測量結果存在的問題
自DCT7088便攜式超聲波流量計購進后，為盡快掌握測量性能和功能，我們對我廠不同管徑、不同材質的輸水管線進行了一一測試，在測試過程中發現測量結果存在以下問題。
（1）測試同一管線流量，超聲波流量計測量值與在線儀表的測量值之間存在較大差異。
（2）超聲波流量計測量值波動較大。
（3）同一管線不同位置測量，各位置的相對誤差大于±10%。
（4）DN300mm以下管線測量值誤差大于DN300mm以上管線測量值誤差。
4 測量誤差的產生及分析
我們針對便攜式超聲波流量計在測試中存在的較大誤差，經不斷咨詢廠家及查找資料，逐步掌握了超聲波流量計在測量過程誤差產生的主要因素，主要有以下幾方面。
（1）不能準確的輸入管道參數。便攜式超聲波流量計探頭在管道外部安裝，它直接測量的是管道內流體的流速，流量是流速與管道截面積的乘積，而其管道截面積和聲道長度都是通過使用者輸入的管道參數計算出來的。我們在實際測量過程中，管道參數大都是根據設計圖紙或咨詢工藝技術人員，因客觀原因無法現場就地實測管道各參數。這些參數的準確與否直接影響到測量結果。
（2）在小管上使用便攜式超聲波流量計進行流量測量時，管道內徑輸入不準確所引起的誤差較大。我們通過多次測量發現，內徑輸入的絕對誤差同樣是1mm，那么對DN900管線來說其內徑相對誤差為0.1%；而對DN100管線來說其內徑相對誤差為1.0%。而流量是與內徑的平方（管道內徑截面積）成正比的，同樣是1mm的內徑測量誤差對DN900管線所帶來的流量測量誤差僅約0.3%，而對于DN100管線所帶來的流量測量誤差卻約3%。
（3）測量時直管段距離不能完全保證。我們在進行流量測量時，流量計安裝的上游、下游必須有管徑10倍和5倍以上的直管段，而在實際使用時，被測管大多是地埋或閥門井內，經常很難找到滿足規程要求的安裝位置，一般上游管都安裝彎頭、閥門、泵、閥等，當流量計安裝位置上游直管段長度保證不了10倍管徑，測量值波動大，測量誤差會大于10%。
（4）探頭安裝方式及方位不同帶來的誤差。我們在實際測量過程中，流量計探頭安裝有兩種方式：V法和Z法。一般情況下管徑D＞200mm時選用Z法，管徑D＜200mm時選用V法。而Z法安裝聲程短，信號雖強，探頭定位難度大，容易產生安裝誤差。
（5）管圓度的影響。剛出廠的超聲波流量計都是在實驗室標準管上標定合格后出廠供給用戶使用的。而我廠在實際測量過程中，使用的管道大都是卷焊管，截面不完全是圓形。當超聲波流量計根據輸入的管道參數計算的面積小于實際面積時，流量測量值偏小（如圖3），反之則偏大（如圖4）。
5 實際測量誤差修正
針對我廠所使用的便攜式超聲波流量計在測量過程中存在的測量誤差，我們不斷查找資料、咨詢廠家，介于測量條件很難達到標準測量條件的情況下，我們找出了一些適合我廠在測量過程中測量誤差修正的辦法。
（1）儀表系數K值標定。任何儀表在使用前都需要檢定或校準，超聲波流量計在出廠時，經廠家標定儀表系數K均為1.000。在實際測量過程中由于管道參數、管道表面處理的光潔度、管道外形、測量點直管段距離不滿足要求等等因素，造成測量結果誤差較大。考慮到以上誤差產生的因素，我們在實際測量中，用流量標準裝置或在線儀表來標定DCT7088便攜式超聲波流量計，得到不同管徑的儀表K系數，再用DCT7088便攜式超聲波流量計輸入相應管徑的K系數進行流量測量。在測DN300mm以下的管道流量時，我們在流量標準裝置上對超聲波流量計進行檢定，得出一個儀表系數，作為DN300mm以下管線測量的儀表系數。因我廠沒有大口徑標準流量檢定裝置，對于DN400mm～DN900mm的管道我們以在線儀表作為標準表或庫容法，來標定超聲波流量計，不同管徑的管線得到不同的儀表系數。通過不同管徑儀表系數的標定，減少了DCT7088便攜式超聲波流量計在各種口徑管道的測量誤差。
（2）選擇最佳測量位置。測量點最佳位置的選擇我們是通過在同一條管線不同位置多次反復測量后與在線儀表比對或與供水工藝相聯系得到，并砌井作為超聲波流量計專門的測量井。為了確保超聲波流量計測量準確度，我們測量點位置盡量遠離彎管、三通、節流閥、縮頸管、阻尼孔或能引起紊流的管段，確保測量點直管段上游直管段為10D，下游直管段為5D。測量點的管道表面條件要光滑并打磨到露出金屬本色。
（3）圖形分析法。在DCT7088便攜式超聲波流量計安裝圖形分析軟件，在流量測量時調整兩個發射器位置，使流量信號接收、信號質量及流量圖形達到最佳狀態時的流量值就是此時的流量測量值。
6 結語
經過我們不斷地摸索，目前掌握了超聲波流量計的測試方法和如何修正測量誤差，使超聲波流量計在工業測量上發揮著重要的應用。
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