金湖顺仪仪表有限公司
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阅读：391发布时间：2011-6-3
超声波流量计误差简介 |
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| 从超声波流量计在国内市场使用的经验来看，目前所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝和换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，另外不足的是高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国的超声波流量计只能用于测量200℃以下的流体。超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500m／s左右，被测流体流速（流量）变化带给声速的变化量zui大也是10-3数量级．若要求测量流速的准确度为1％，则对声速的测量准确度需为10-5～10-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这也正是只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。超声波流量计的原理一般用户只需大致了解即可，用户zui注重仪表性能和实用。 本文只想着重就国产超声波流量计的选型安装，并结合我们的使用经验为同行合理选择和应用提供一些可以借鉴的方法、经验，并提出一些我们所遇到的困难，以便与同行和生产厂家探讨、研究。 —、超声波流量计 目前市面上用于供水行业的超声波流量计大多属时差式，此种流量计已进入一个比较成熟的阶段，对供水行业的中、大管道的流量计量已*可以满足要求。根据使用场合不同，可以分为固定式超上超声流量计和便携式超声流量计。 1．便携式流量计主要用于临时的对比测量，机动性很的很大，价格较固定式贵一些，若用于固定测量有点浪费。便携式超声波流量计，在使用中由于是临时测量，管径、管材也不固定。除正确输入各种数据外，要保证上、下游直管段。换能器（也称探头）安装也很重要，小管道（３００mm以下）尽量用“V”法，这样可延长声程，提高测量精度，３００mm以上的管道只能用“Z”法测，从我们的实际经验看，３００mm以上管道用“V”法很难找到信号。当然如果能找到信号且信号强又稳定用“V”法更好。“V”法安装较之“Z”法安装对直管段的要求要短得多。 2．固定式超声波流量计 固定式又分为外夹式、插入式、管段式三种。 （1）外夹式：早期的流量计都为外夹式，大家较熟悉，也是应用zui广泛的超声波流量计。但此种流量计zui大的缺点是：不能用在水泥管上。所以近几年又出现了插入式超声波流量计。 （2） 插入式超声流量计 此种流量计是利用管道开孔工具在管壁上开一小孔，利用管箍（或夹板）把换能器插入管道内，直接与水接触，其安装测量不受限制，其信号的发射，接收只经过水介质，信号强且稳定。 缺点：大管道探头安装（特别是外壁粗糙的管道）不易定位，埋在地下多年的老管道（因生产工艺、厂家等诸多因素）管壁厚度、内径不能准确确定，是影响测量精度（准确度、以下简称精度）的主要原因之一。 （3）管段式超声波流量计 某些管道因材质疏、导声不良或锈蚀严重，衬里和管壁有间隙等原因、造成超声波信号衰减严重，用外夹式超声流量计无法正常测量时，可用管段式（又称满管式）超声流量计。它是把换能器与一段标准的短管制成一体，出厂时经过逐台标定的流量计，精度可以达到0.5级，主要用于计量数据较高的地方。注意：一定要在保证上、下游直管段的情况下才能确保其精度。 缺点：一次性投入较大，且必须断流安装 （4）以上介绍了几种常用的单声道流量计，国产流量计多属此类。近几年又出现了双声道，四声道等多声道超声波流量计，多声道流量计对提高测量精度有很大作用，此类多属进口流量计（国内个别厂家也生产），但价格很高，如果资金充足，计量精度要求高可选此类超声流量计。 3．选型 总的来讲进口超声流量计比国产超声流量计要*一些，但是价格要比国产贵2一3倍，国内不少有实力的企业都拥有进口超声流量计 我们认为多台固定式国产超声流量计、配一台进口便携超声流量计，作为对固定式流量计校对之用是比较合理的，因为目前国产超声流量计完够满足供水企业的要求，以上对目前广泛使用的各种超声流量计的优缺点作了简单介绍，用户可根据本企业的实际情况选择。选购时注意几点： （1）多了解有关信息，以不被夸张的宣传所迷惑。 （2）选择有研发能力的生产厂家，这样才能保证质量及售后服务。 （3）所选择的超声波流量计要价廉物美，即能满足需要就行，不必贪多求全，造成许多功能闲置不用，而增加购买成本。 二、超声波流量计的应用 1．固定式超声波流量计（管段式、插入式、外夹式）购买后，要注意以下几点： （1）主机与换能器之间连接电缆（大部分厂家规定在300M以内）要尽量短。一是减小信号衰减，二是防止外界干扰，使主机能长期稳定工作。且要避免与动力电缆近距并行埋设。若无法避免应穿钢管加强屏蔽，或缩短信号电缆后加远传显示装置。 （2）校零点，在流体静态时，仪器的示值称为“零点”（此时的示值不一定为零）。当流量计的示值不为零时，任何时刻该“零点”的值将叠加在流量计的真值上，从而使测量值出现偏差。调零的目的就是消除安装零点，确保测量精度。尽可能停水校零点，若确实不能停水校零可采取其它办法。 （3）固定式流量计（除带标准管外）安装好后，要坚持逐台校对。一是用便携式超声流量计校对，此法较简便，二是对不能用便携式流量计校对的管道（如水泥管等）可采用清水池校对，（如：我们在原管道已装的涡轮流量计拆除后，安装口留着，以便随时用涡轮流量计校对，做到心中有数）。 （4）保证安装时上、下游的直管段是确保计量准确的前提条件。 超声波流量计敏感于流过换能器的流速分布剖面，管道中流体的稳定与否很重要，为了保证计量的准确各厂家都规定上游要保证不小于10D，下游不小于5D的直管段，直管段长度对精度影响程度如何，中山水司所做的测试实验，足以说明这个问题。 可以看出当上、下游直管段长度不能保证时，流量计的测量误差是很大的，且管径越小，所引入的测量误差越大。因此因条件限制不能保证上下游直管段时：1、要降低精度等级使用，2、采用其他方法测试校对，以修正误差，3、改用其它形式的流量计。 （５）测量精度 高精度超声流量计均为多声道或管段式，中、小口径管段式超声流量计通常都做实流标定，具有0.５％精度。 目前广泛使用的国产单声道超声流量标称精度为１％，但在实际应用中，由于现场管道的内径、壁厚、圆度都无法测量等诸多因素会使测量精度超出标称精度许多，对供水行业的计量来说，超声波流量计的实际测量误差能控制在3％以内就不错了。 三、疑点讨论 1．测量介质（如：水）温度变化对测量精度的影响 时差式超声波测量流速的计算公式为 V=C2·△T/2 L。 △T为两传感器之间的声波时差，L为两传感器之间的距离，其中C为声波在流体中的传播速度，在温度变化时也发生变化，特别是在冬夏季节水温变化较大时，C2的变化就更大。超声流量计在输入参数时，只要求输入测量时的温度，那么温度变化时，对测量精度的影响如何，本人未见过这方面论述，希望与同行或厂家共同探讨。 2．低流速下测量的精度 较多商家的超声流量计资料中都宣称，流速范围为±0-16m/s,某国外超声流量计资料宣称：再流速±14m/s内可维持标定精度。在低流速段0.2m/s以下是否还能保证±1％的精度呢？这就难说了。就此问题询问过多个厂家，有的说：在0.04m/s时精度为5％，修正后可达1％，有的说：0.01m/s时，其误差在±5%，但都无实验数据，而事实上远远超出了这个范围。我们曾经把一台国产便携超声流量计送省*标定，0.4m/s以上精度为1级。我们要求作了一个低流速点0.2m/s的标定，结果误差为－15%。 我们在超声流量计的使用中多次遇到管道中水流速在0.2m/s以下的情况。所以对此问题比较关心，也想看到同行或厂家在低速度下所做的实验。 |
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