影響氣體超聲波流量計計量精度的因素分析

車義

摘 要：超聲波氣體流量檢測技術作為一項新型技術，以其自身可靠性、穩(wěn)定性等優(yōu)勢在天然氣輸送等多個領域中得到了廣泛應用和普及。但是受到諸多因素的影響，氣體超聲波流量計計量精度存在很多不確定性，難以發(fā)揮其積極作用。文章將從氣體超聲波流量計計量運行原理入手，分析和研究降低設備計量精度的各類因素，并在此基礎上提出相應的調整措施。

關鍵詞：氣體超聲波；流量計；計量精度；影響因素

前言

氣體超聲波流量計在相關領域中已經獲得了十分成功的應用，國外學者對此進行了大量研究。相比較而言，我國對于超聲波流量計的研究較少，而氣體超聲波流量計存在信號不穩(wěn)定、信噪比較高等問題，嚴重制約了其產品化發(fā)展。因此加強對影響氣體超聲波流量計計量精度的研究對于豐富理論研究成果具有現(xiàn)實意義。

1 氣體超聲波流量計計量運行原理

當前，較為常見的超聲波流量計系統(tǒng)能夠在計算機技術支持下，直接輸出標準條件下體積量。而氣體超聲波流量計將天然氣作為基礎，通過壓力變送器、在線色譜分析儀等設備完成計量工作。相比較傳統(tǒng)設備而言，這種計量模式不僅能夠提高工作效率，還能夠為科學決策提供依據(jù)，該設備將成為使用領域未來發(fā)展的必然選擇。

在具體應用中，超聲波流量計信號處理單元通過對筒體中的氣體流速等要素進行測量，然后利用在線色譜分析儀等設備計算獲得體積流量，最后上傳至站控系統(tǒng)當中。

2 降低氣體超聲波流量計量精度的主要因素分析

影響氣體超聲波流量計量精度因素很多，較為關鍵的體現(xiàn)在三個方面：

2.1 信號方面

超聲波理想媒介中傳播，不會出現(xiàn)聲波減弱現(xiàn)象，相反，在非理想媒介中傳播過程中，聲波會隨之距離的增加而呈現(xiàn)遞減的趨勢，形成將聲波轉換為熱耗散的過程。在研究中能夠發(fā)現(xiàn)引起媒介對聲波吸收的因素較多，主要由粘滯吸收與熱傳導兩部分構成。聲波的具體計算公式如下：

？琢=？琢x+？琢1+？琢R

公式中？琢為聲音衰減系數(shù)。如某流量計系統(tǒng)中采取的200kHz地超聲波發(fā)生器，信號經過放大和濾波環(huán)節(jié)后，當探頭距離在30cm之內，理論曲線與實際曲線相重合；當距離超過30cm之外，實際信號曲線斜率比理論斜率小，出現(xiàn)這種情況的原因在于噪聲的產生[1]。

超聲波流量計工作是超聲波在不同介質與流向中速度差異進行的計量。超聲波在通道中傳播時間是設備進行流量計算的主要因素。在設備運行過程中，超聲信號對于計量產生的影響具體表現(xiàn)如下：調壓閥與節(jié)流裝置產生的噪聲為寬頻噪聲，高頻部分隨著節(jié)流裝置前后壓差和流量增加而增加，進而影響超聲信號傳輸，最終降低計量準確性。由此可見，對于計量精度而言，應盡量控制噪聲的產生。

2.2 硬件方面

時差法超聲波流量計的計量精度主要是超聲波順逆流的時間計時精度，計算公式如下：

v=（t2-t1）Lt■■t■■arccos？茲

試驗表明，當傳感器之間的安裝距離相對誤差在5%之內時，流量相對誤差在10%，也就是說前者越大，后者也將隨之增加。而管道內徑相對誤差為-3.3%時，流量誤差為-5%[2]。同時，超聲波流量計換能器、信號處理等配件的安裝質量也將影響設備運行。如某計量站流量安裝運行后，受到第二聲道探頭接線松動引起的聲道聲速變小，導致設備計量精度大打折扣。

受到換能器信號線的影響，計量結果偏低，使得計量系統(tǒng)無法準確進行計量。就超聲波流量計特性而言，流速沿著軸線均勻分布的流態(tài)能夠改善計量不準確情況，所以在流量計上下游位置進行調整，能夠避免由于硬件安裝造成的計量精度不高問題。

2.3 流場方面

流場作為重要影響因素，雖然當流體流速較小時，其沿著直線傳播，但是這種差別仍然不容忽視。在特定條件下，設備偏移距離與探頭半徑相當，收到的信號幅值將會被削弱，進而影響到計量精度。此外，在流量計運行過程中，壓力、溫度測量都是由現(xiàn)場遠傳儀表完成測量目標，該數(shù)值直接參與到流量計算當中[3]。就公式來看，獲取的壓力和溫度對于流量計計量結果具有直接影響。壓力與流量之間呈正相關，而溫度與流量呈現(xiàn)負相關。受到工作環(huán)境等外界因素的變化，得到的測量結果也會發(fā)生偏差。綜上所述，氣體超聲波流量計計量精度影響因素不僅限于某一方面，要想提高其計量精度，需要從多個方面入手。

3 提高超聲波流量計計量精度有效措施

3.1 重視對設備的監(jiān)測

氣體超聲波計量在設計之初都設置了自診斷系統(tǒng)，能夠利用計算機對數(shù)據(jù)進行深入分析和判斷，幫助工作人員了解和掌握設備運行實際情況。因此在具體運行過程中，可以對設備進行定期檢查，如果發(fā)現(xiàn)實際測得聲速與計算聲速超過0.2%，應采取相應措施，對設備進行調整，以避免計量精度低帶來的不便[4]。另外，還可以觀察效率因子，如果出現(xiàn)突變或者高頻率大幅度正負跳變時，證明流量計運行已經存在明顯不穩(wěn)定的情況，且設備在運行過程中，其電壓增益值數(shù)字趨于穩(wěn)定化，且增加幅度不明顯，一旦數(shù)值出現(xiàn)突增情況，表示信號接收強度開始減弱，需要對設備進行調整和優(yōu)化，以獲得較為準確的計量精度。

3.2 避免造成的產生

上文提到噪聲對于流量計計量精度具有直接影響。因此應盡量確保計量前后閥門全開，促使下游調節(jié)閥對流量進行調節(jié)。由于氣體超聲波流量計上游閥門節(jié)流時，能夠產生人耳聽到和聽不到的聲音，一旦這種聲波的頻率與設備工作頻率產生共振時，將會降低信噪比，影響到計量準確性。而通過閥門全開，能夠有效避免這一問題的出現(xiàn)，顯著提高計量準確性。

3.3 確保被測介質流速均勻性

對于流場問題，應盡量保持被測介質流速、流量等穩(wěn)定性，并符合流量計運行要求。如果壓力偏低，流體交易發(fā)生流動及轉換，在流經流量計時，超聲換能器穿越不同流態(tài)介質將會產生誤差，因此保證流場穩(wěn)定是提高流量計計量精度的前提[5]。同時還應注重對設備的日常維護與保養(yǎng)，確保設備始終保持在良好狀態(tài)下運行，避免外界因素對流量計計量精度產生的消極影響。

4 結束語

根據(jù)上文所述，氣體超聲波流量計計量系統(tǒng)作為一項基礎設備，在促進石油領域健康發(fā)展等方面占據(jù)十分重要的位置。為了能夠提高流量計計量精度，我們首先要明確影響其精度的各類因素，并從多個方面入手，制定針對性解決方案，減少超聲波噪聲的產生、加強對流量計設備運行情況的監(jiān)督和測試，及時消除不良影響因素，不斷提高計量精度，從而促使設備實際價值得到有效發(fā)揮。

參考文獻

[1]董林虎，欒萬龍，陳秀秀，等.氣體超聲波流量計計量系統(tǒng)性能影響因素分析[J].中國石油和化工標準與質量，2013（6）：117.

[2]陳文.天然氣超聲波流量計的應用分析[J].中國石油和化工標準與質量，2012（1）：217+281.

[3]馮偉齡.淺談氣體超聲波流量計在天然氣流量計量中的應用[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2015（6）：162-163.

[4]楊斌，何小平，呂小瑞等.T型頭在提高氣體超聲波流量計信 比中的應用分析[J].儀器儀表標準化與計量，2014（4）：37-39.

[5]喻勇，石曉櫳，馮玉.淺談氣體超聲波流量計換能器性能下降對天然氣計量的影響[J].價值工程，2015（21）：115-117.