超聲波流量計的特點及誤差分析

馬彪

摘 要：超聲波流量計的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，已經(jīng)成為生活中的重要部分。其安裝維護(hù)方便快捷，同時還具有較長的生命周期。超聲波流量計對于難測介質(zhì)和大口徑管道的流量計量非常的適用，具有較高的方便性和可靠性。造成測量誤差的因素包括安裝誤差、流量范圍、管徑誤差、壓力變送器、探頭污物等。雖然超聲波流量計目前還有不足之處，但是科技的進(jìn)步賦予了超聲波流量計以綜合性優(yōu)勢的更為廣闊的發(fā)展空間。該文主要分析超聲波流量計的特點和整個測量過程中產(chǎn)生誤差的因素。

關(guān)鍵詞：超聲波 流量計 誤差分析 管徑

中圖分類號：TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0062-01

在現(xiàn)代社會工業(yè)生產(chǎn)快速發(fā)展的推動下，流量測量的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，已經(jīng)成為生活中的重要部分。流量的測量方法有多種，超聲波流量計以其具有非接觸式測量的特征已經(jīng)被廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。目前，在國內(nèi)外對超聲波流量計的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，通過超聲波在流體中的傳播速度來測量流體的流速來計算流量，一直得到了研究者們的關(guān)注。尤其是計算機(jī)的使用，使數(shù)據(jù)處理更為方便、準(zhǔn)確，并且具備了自檢功能，這樣能夠自動修正流場分布變化導(dǎo)致的誤差。本文主要分析超聲波流量計的特點和整個測量過程中產(chǎn)生誤差的因素。

1 超聲波流量計的特點

超聲波流量計的使用領(lǐng)域日益增多，取代了傳統(tǒng)的差壓流量計、電磁流量計等，因為其具有突出的特點。

1.1 安裝維修方便

超聲波流量計與其它流量計相比，在安裝的維護(hù)過程中，無需在管道上打孔或者將流量切斷，安裝比較方便。特別是對于一些大口徑的計量系統(tǒng)而言，安裝的優(yōu)點就顯得更加突出，能夠節(jié)省很多的人力物力。

1.2 測量管徑大

檢測件內(nèi)沒有任務(wù)阻礙物，沒有可動零部件，不會對流體造成堵塞，適用于難測介質(zhì)及大管徑測量，測量管徑可高達(dá)10 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過了傳統(tǒng)流量計的管徑。此外，超聲波流量計管徑的大小不會影響到其價格，傳統(tǒng)的的流量計會因管徑的大小而有所不同。

1.3 測量可靠性高

無論是外夾式安裝還是濕工安裝，超聲波流量計都不會對流場形成影響，無需移動部件，不存在壓力損失。此外，傳感器以計算機(jī)為中心，利用鎖相環(huán)路或者是計時法，有效的增強(qiáng)了信號的穩(wěn)定性，排除了噪音干擾和電路故障的影響，具有較高的測量可靠性。

1.4 外界影響因素小

在使用超聲波流量計的測量過程中，與其它流量計有所不同，其不會受到流體的物理性能或參數(shù)的影響，輸出與流量之間是一種優(yōu)質(zhì)的線性關(guān)系，所以測量的范圍比較大。

1.5 自動控制系統(tǒng)

計算機(jī)可以對流量計的工作進(jìn)行自動控制，測量出的結(jié)果能夠自動顯示并將其打印。此外，還具備標(biāo)準(zhǔn)的通用接口，輸出標(biāo)準(zhǔn)直流信號，所以能夠與計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實施動態(tài)控制。

1.6 超聲波流量計的缺點

傳感器的安裝對計量的準(zhǔn)確性造成直接的干擾，所以整個安裝過程必須做到嚴(yán)謹(jǐn)；準(zhǔn)確性與電磁流量計相比有所不足。

1.7 不同超聲波流量計的特點

超聲波流量計的測量方法有多種，包括傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等。不同的方法有不同的特點，下面是超聲波流量計測量方法特點的比較。

（1）傳播速度差法：利用測量超聲波脈沖和逆流所傳報的時速差別來提供液體的速度。其具有較高的精準(zhǔn)度，非常適合比較清潔的流體。

（2）多普勒法：對相比均勻度較差的流體的散射體所散射的超聲波多普勒頻進(jìn)行測量，從而反應(yīng)出流體的流量。多普勒法比較適用于含有懸浮顆粒、氣泡等測量相對困難的流體測量。

（3）波束偏移法：通過測量流體中傳播方向隨流體流速轉(zhuǎn)變的超聲波束而出現(xiàn)的偏移，來確定流速。其在流體流速比較弱時不具備靈敏度，因此，適用范圍很小。

（4）噪聲法：測量液體所產(chǎn)生的噪聲和速度。其使用方法比較簡單，而且設(shè)備的成本較低，不過其不具備較好的準(zhǔn)確度。

（5）相關(guān)法：通過一些相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行測量。此方法具有較高的精準(zhǔn)度，適用范圍比較廣泛，不過通常線路較為復(fù)雜，且成本較高。

2 超聲波流量計的誤差分析

2.1 安裝誤差

超聲波流量計傳感器的安裝誤差會對測量結(jié)果造成很大程度的影響。兩個傳感器之間的距離都有明確的規(guī)定，安裝過程中如果沒有按照規(guī)定的距離操作，會造成嚴(yán)重影響。流量計經(jīng)過國家水大流量計量站校準(zhǔn)，準(zhǔn)確度為1.5級，管徑內(nèi)徑為1.2 m、壁厚為10 mm，要求進(jìn)行測試。整個測量過程中的流量穩(wěn)定，其余測試條件不變，只將兩個傳感器的距離進(jìn)行改變，經(jīng)過計算，當(dāng)實際距離比要求短50 mm時，造成的誤差為-8.5%；當(dāng)實際距離比要求長50 mm時，誤差為10.6%。

2.2 管徑誤差

管道內(nèi)徑的誤差也會造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確，1%的內(nèi)徑誤差所造成的測量誤差為2%，約為管徑誤差的2倍。水管內(nèi)徑為1.2 m，整個測量過程中的流量穩(wěn)定，其余測試條件不變，當(dāng)內(nèi)徑的相對誤差為-3.3%時，所造成的流量相對誤差為-5.5%。

2.3 管道壁厚誤差

管道壁厚誤差也是導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確的因素之一，不過其只是會影響到夾裝探頭。當(dāng)管徑為0.8 m，壁厚為10 mm時，整個測量過程中的流量穩(wěn)定，其余測試條件不變，當(dāng)壁厚誤差計算為20 mm時，流量相對誤差為-1.3%；當(dāng)壁厚計算為30 mm時，流量相對誤差為-2.8%。不過壁厚的誤差很難達(dá)到100%，因此可以忽略不計。

2.4 超聲換能器表面污物

超聲換能器表面的堆積物會對測量結(jié)果造成很大的影響。這些污物會引起裝置無法經(jīng)過流體傳送超聲波脈沖，從而造成超聲波路徑“脫落”。

2.5 流量計附件壓力變送器

壓力變送器主要是檢測氣體的標(biāo)況壓力，壓力測量值直接影響著標(biāo)況測量計算，屬于工況壓力，是造成誤差的一個重要因素。

3 結(jié)語

該文分析了超聲波流量計的特點和整個測量過程中產(chǎn)生誤差的因素。超聲波流量計是流量計量，尤其是對于難測介質(zhì)和大口徑管道的流量計量非常的適用，具有較高的方便性和可靠性。造成測量誤差的因素包括安裝誤差、流量范圍、管徑誤差、壓力變送器、探頭污物等。管壁厚度的誤差所形成的影響不大，可以忽略不計。

參考文獻(xiàn)

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