探究液體流量計用超聲流量計在線比對的影響因素

王 標(biāo)

(廣州能源檢測研究院 廣東 廣州 510000)

一、引言

液體流量計大量的使用在能源計量、節(jié)能減排等相關(guān)的領(lǐng)域，它們是衡量企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營狀況的重要工具，液體流量計的準(zhǔn)確計量關(guān)系到企業(yè)的節(jié)能和成本核算。但由于拆卸不方便、無法切斷流量等各種情況，大多數(shù)液體流量計都不可能根據(jù)檢測規(guī)定規(guī)程定期取出送到實驗室檢測其工作狀態(tài)。如何在不影響液體流量計正常運行的前提下解決量值溯源的問題，是老企業(yè)、技術(shù)單位迫切需要解決的技術(shù)問題。由于國內(nèi)沒有有效的液體流量計在線校準(zhǔn)方法，又沒有標(biāo)準(zhǔn)的流量計，其測量精度是在線流量計的三倍以上[1]。因此，傳統(tǒng)的方法是以便攜式超聲波流量計作為標(biāo)準(zhǔn)，來進行相關(guān)的在線對比。通過對便攜式超聲波流量計進行了比較，并提出了一些解決相關(guān)公司液體流量計在線校準(zhǔn)問題的思路。

二、主要的工作原理

從目前來看，以往的離線校準(zhǔn)方法現(xiàn)在已經(jīng)不能匹配檢測行業(yè)發(fā)展的需要，因此在線校準(zhǔn)方法就開始進入企業(yè)的視線。在線校準(zhǔn)的方法與傳統(tǒng)的方法相抵其校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性較好[2]。超聲流量計通常用于液體流量計的在線校準(zhǔn)過程中，它的主要工作原理是檢測不同流量液體產(chǎn)生的超聲波信號來確定流量值。超聲波流量計可以采用多種方法進行在線校準(zhǔn)，常用的在線校準(zhǔn)方法主要有多普勒法和傳播速度差法。超聲流量計主要采用傳播速度差法對液體流量計進行在線校準(zhǔn)。這一檢測方法利用超聲波逆流和脈沖傳播的速度差來確定液體流速。該方法對超聲信號傳輸?shù)母蓴_小，具有較高的精度。一般來說，當(dāng)介質(zhì)靜止時，聲波在液體中的實際傳播速度是由流體在聲學(xué)方向上的平均軸向速度和聲波傳播速度的分量組成的。在液體流量計在線校準(zhǔn)過程中，應(yīng)考慮逆流傳播時間與順游傳播時間的關(guān)系，靈活利用液流量計算公式。超聲波的傳播速度在靜態(tài)液體中和動態(tài)液體中的傳播速度差別較大。超聲波的傳播速度與液體的流速之間有較大的關(guān)聯(lián)，超聲波流量計就是根據(jù)這一原理進行工作。

三、超聲流量計的特點

作為一種非接觸式儀表，超聲流量計可以用來測量大管徑流體的流量同時也測量不易接觸、不易觀察的流體的流量[3-5]。它的測量精度非常準(zhǔn)確，很少受到不同介質(zhì)的不同參數(shù)的影響。量程比高，機械傳動部件不易損壞，無需維護，使用壽命長。獨特的數(shù)字信號處理方法，使儀器的測量信號更加穩(wěn)定，抗干擾能力強，測量精度高。超聲流量計主要由流量計本體、超聲換能器及其安裝部件、信號處理單元和流量計算機構(gòu)成。較為前沿的控制理論和先進的電路設(shè)計為各種流量計功能的實現(xiàn)打下了堅實的基礎(chǔ)。想要提高流量測量的準(zhǔn)確性，還需要進一步改進測量電路的設(shè)計，以提高聲速的測量。超聲流量計的高集成電路設(shè)計必然會增加設(shè)計制造的花費以及困難程度。如果出現(xiàn)故障問題，相應(yīng)的維修儀器困難程度也會提高，超聲波流量計測量流體溫度的變化范圍會受到傳感器和耦合材料耐高溫程度的影響，和流體傳播速度在高溫下數(shù)據(jù)的缺失。目前，超聲波流量計不適合測量200℃以上的流體。

四、影響因素

(一)聲速的影響。超聲波流量計可以檢測多種流體流量，在其中可以對多種流體進行選擇，超聲波流量計在選擇流體類型和流體溫度之后，會自動顯示流體中相應(yīng)的聲速。如果超聲流量計沒有流體測量選項，則必須手動輸入。卡箍式超聲流量計的傳感器要在管道外進行安裝，因此還必須考慮管道對聲速的影響。要根據(jù)管道材料的不同正確的輸入管道的材料參數(shù)以及如果管道內(nèi)壁有涂層還需要考慮涂層的厚度以及涂層的厚度，如果是碳鋼等管道，還應(yīng)考慮管道內(nèi)部的腐蝕因素，管道內(nèi)壁的腐蝕會產(chǎn)生氣泡或銹蝕，鐵銹與管道之間會形成空隙，嚴(yán)重影響聲速的測量。如果管道已經(jīng)使用了很長一段試件，內(nèi)部或許產(chǎn)生了腐蝕,在選定測量位置時可以通過敲擊的方法振擊管道內(nèi)部的鐵銹，使其脫落，同時敲擊會使管道內(nèi)壁上附著的氣泡隨流體流失，減小對檢測的影響。

(二)耦合劑的影響。利用超聲流量計在線校準(zhǔn)液體流量計時，一般會涂敷一層耦合劑在換能器外表面。耦合劑的使用是為了便于測量，但如果使用不符合要求，將會影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。一些測量員測量的數(shù)據(jù)超出正常范圍時，很有可能是耦合劑的厚度超出了正常的范圍導(dǎo)致的。

(三)聲道長度的影響。已知管道的參數(shù)，在選擇超聲波流量計傳感器時，聲道的長度只與安裝傳感器的方式有聯(lián)系。安裝超聲波流量計傳感器的方法主要包括V、Z和W法安裝。方法Z主要用于DN10以下的小管道(有特殊安裝)和DN500以上的大直徑管道;V法安裝，兩個傳感器在管道的同一側(cè)，保證兩個傳感器在管道的同一側(cè)并且平行于軸線在同一直線上比較簡單;安裝方法v時，兩個傳感器分布在管道兩側(cè)，傳感器與管道的連接點應(yīng)在同一平面內(nèi)，包括管道軸線。在安裝過程中，傳感器安裝的位置應(yīng)依據(jù)管道的走向來進行確定。

(四)測厚探頭與鏡面不垂直的影響。使用超聲波流量計在線校準(zhǔn)液體流量計時，應(yīng)設(shè)置測厚探頭，測厚探頭應(yīng)根據(jù)操作規(guī)范盡可能垂直于鏡片表面。但是，由于缺乏液體流量計在線校準(zhǔn)的基礎(chǔ)知識，一些測量師往往忽略測厚探頭的設(shè)置，導(dǎo)致測厚探頭和鏡面的出現(xiàn)表面不垂直，最終影響結(jié)果的精度。

(五)流體的平均流速。超聲波流量計的原理是測量管道中的平均軸向流速，推斷出管道中的流量，而保證平均軸向流速測量的準(zhǔn)確性和可靠性就顯得尤為重要。超聲流量計測得的流體應(yīng)充分發(fā)展紊流。為保證管道流量滿，在選擇超聲波流量計安裝位置時，水平管道不應(yīng)位于最高點。如果安裝超聲波流量計的管道不是水平的，從下到上選擇流體管道，確保管道充滿，無氣泡。超聲流量計的流量測量是基于理想的流速分布。如果管內(nèi)流速分布不均勻，則無法獲得理想的測量結(jié)果。必須有足夠的直管段，使流體的速度分布達到理想狀態(tài)，才能保證所測結(jié)構(gòu)能夠反映管道中流體的真實的速度。

五、結(jié)束語

一般來說，由于超聲流量計的應(yīng)用極大的提高了流體流量儀表校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，但許多因素的存在會影響到校準(zhǔn)的結(jié)果，在檢測過程中要考慮的因素很多，因此需要校準(zhǔn)人員不斷提高自身的技術(shù)水平，進而提高校準(zhǔn)工作的準(zhǔn)確性。