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摘要:管道材質(zhì)及管徑在很大程度上影響超聲波流量計(jì)的計(jì)量精度。文章主要介紹了利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，對(duì)超聲波流量計(jì)在不同管道材質(zhì)、不同管徑的條件下進(jìn)行流量系數(shù)的修正，以提高超聲波流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)的計(jì)量精度。
1概述
　　超聲波流量計(jì)主要由流量計(jì)表體、超聲換能器及其安裝部件、信號(hào)處理單元和流量計(jì)算機(jī)組成。換能器利用壓電效應(yīng)發(fā)射和接收聲波，通過(guò)檢測(cè)流體對(duì)超聲波(或超聲脈沖)的影響來(lái)測(cè)量流體體積流量。其原理是:傳遞的聲訊號(hào)穿過(guò)管道內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)時(shí)，其傳遞速度受介質(zhì)流動(dòng)速度的影響，聲訊號(hào)在2個(gè)傳感器之間的傳遞時(shí)間取決于管道內(nèi)介質(zhì)的流速，一個(gè)聲訊號(hào)通過(guò)上游的時(shí)間要比它通過(guò)下游的時(shí)間長(zhǎng)。這個(gè)時(shí)間差值與管道內(nèi)介質(zhì)的流速成比例。通過(guò)測(cè)量這個(gè)時(shí)間差值就可以得到管道內(nèi)介質(zhì)的流速，從而計(jì)算出流體的流量。
　　超聲波流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)有:①適用于各種管徑流量的測(cè)量，流速和管徑越大，精度越高，②測(cè)量范圍(量程比)寬，一般為1:50;③無(wú)壓力損失，可大大降低長(zhǎng)輸管道增壓的費(fèi)用;④無(wú)可動(dòng)部件，可雙向測(cè)量。
　　但是超聲波流量計(jì)也存在其自身不足，需要輸入的參數(shù)比較多，如被校流量計(jì)配套管道的材質(zhì)、外徑、壁厚、測(cè)量介質(zhì)類(lèi)型、介質(zhì)溫度等，此外，安裝方式、安裝位置等都會(huì)影響到標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)的精度。之前，已經(jīng)有相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員研究了傳感器安裝距離對(duì)超聲波流量計(jì)計(jì)量性能的影響和管道內(nèi)徑的不同設(shè)置對(duì)超聲波流量計(jì)計(jì)量性能的影響。而本文主要根據(jù)多年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)以及本單位液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的口徑(DN15~DN250)，制作了三套材質(zhì)的管道(分別為不銹鋼、碳鋼和PVC，口徑分別為DN15/DN50/DN100/DN150/DN200/DN250)(圖1)，分別標(biāo)定不同管道材質(zhì)及不同管徑下標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)的流量修正系數(shù)K，再把流量修正系數(shù)K應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)試驗(yàn)中，以提高在線校準(zhǔn)的計(jì)量精度。
 
2流量修正系數(shù)K的標(biāo)定
2.1流量修正系數(shù)K的定義
　　我們定義流量修正系數(shù)K為標(biāo)準(zhǔn)流量qs與超聲波流量計(jì)顯示流量q的比值，即:
 
2.2被標(biāo)定的超聲波流量計(jì)
　　標(biāo)定的超聲波流量計(jì)為0.5級(jí)、用于現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)其他被校流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)，此超聲波流量計(jì)含有1對(duì)傳感器(即超聲波探.頭)，測(cè)量范圍為DN15~DN400。
2.3液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置(以下簡(jiǎn)稱“裝置”)
　　采用的裝置為0.05%、測(cè)量口徑為DN15~DN250的靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。
2.4標(biāo)定方法
(1)將定做的標(biāo)準(zhǔn)管道安裝到裝置.上。
(2)打開(kāi)超聲波流量計(jì)，把相關(guān)參數(shù)(如管道材質(zhì)、外徑、壁厚、粗糙度、水溫等)設(shè)置好，并將探頭根據(jù)所得到的安裝距離安裝在標(biāo)準(zhǔn)管道上。
(3)啟動(dòng)裝置，檢查密封性，保證不漏后調(diào)節(jié)流量至所需流量點(diǎn)，待流量穩(wěn)定后進(jìn)行標(biāo)定。
(4)由于現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)超聲波流量計(jì)的流量值為顯示值，因此在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定時(shí)，超聲波流量計(jì)的流量值亦通過(guò)讀數(shù)獲得，設(shè)定每點(diǎn)每次標(biāo)定的時(shí)間為60s，在標(biāo)定時(shí)間內(nèi)，每隔10s讀取一個(gè)顯示值，每次可以獲得6個(gè)數(shù)據(jù)，將這6個(gè)數(shù)據(jù)去掉最大和最小值，剩余4個(gè)做平均，得到該次的超聲波流量計(jì)流量示值(q)ij，而標(biāo)準(zhǔn)流量值(qs)ij由裝置操作軟件得到，從而算出Kij。
每點(diǎn)進(jìn)行3次標(biāo)定，從而得到Ki;
 
　　根據(jù)超聲波流量計(jì)的特性，分別在以下5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定:5、2、1、0.5以及0.3m/s，得到各流量點(diǎn)下的Ki，從而算出超聲波流量計(jì)在該管道材質(zhì)及管徑下的流量修正系數(shù)K:
 
2.5流量修正系數(shù)K
　　流量修正系數(shù)K匯總表如表1所示，K折線圖如圖2所示。
 
2.6應(yīng)用舉例
　　用標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)一臺(tái)DN100的電磁流量計(jì)，管道材質(zhì)為碳鋼，超聲波流量計(jì)顯示值為qs=85.33m3/h，被校電磁流量計(jì)顯示值q=86.94m3/h。
2.6.1忽略不同材質(zhì)對(duì)K的影響
　　由于此前標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)只在DN100的不銹鋼管道上進(jìn)行檢定，沒(méi)做不同材質(zhì)的流量修正系數(shù)K實(shí)驗(yàn)，則此時(shí)K使用的是不銹鋼材質(zhì)的值，為1.0123，標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)顯示值為q's=qsxK=86.38m3/h，則示值誤差E'為:
 
2.6.2考慮不同材質(zhì)對(duì)K的影響
　　這種情況下應(yīng)該使用DN100、材質(zhì)為碳鋼的K值，查上表，得K=1.0181，那么標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)顯示值為q"s=qsxK=86.87m3/h，此時(shí)示值誤差E"為:
 
3使用流量修正系數(shù)K的注意事項(xiàng)
(1)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)部分未在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定過(guò)管徑的流量計(jì)(如DN32、DN40、DN65、DN80等)，可利用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定過(guò)的相鄰兩個(gè)管徑的流量修正系數(shù)K進(jìn)行插值得到。如現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)1臺(tái)DN80，管道材質(zhì)為不銹鋼的流量計(jì)，可根據(jù)DN50和DN100
的流量修正系數(shù)Kxo進(jìn)行現(xiàn)行插值得到:
 
(2)標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)每年周檢時(shí)，需更新以上流量修正系數(shù)K匯總表。
4結(jié)束語(yǔ)
　　利用單位現(xiàn)有的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)進(jìn)行了比較全面的標(biāo)定，從標(biāo)定的結(jié)果可以看出，流量修正系數(shù)并沒(méi)有一定的規(guī)律可尋。對(duì)于未能標(biāo)定的管徑，可通過(guò)線性插值得到其流量修正系數(shù)。將標(biāo)定得到的流量修正系數(shù)用于現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)中，可提高在線校準(zhǔn)的計(jì)量精度。

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