超聲流量計用于液體流量儀表在線校準(zhǔn)方法研究

劉大友

摘 要：便攜式超聲流量計具有較高的準(zhǔn)確高，同時其安裝也相對簡單，該文主要探討利用超聲流量計用于液體流量儀表在線校準(zhǔn)方法，從而解決液體流量儀表在線校準(zhǔn)問題。

關(guān)鍵詞：超聲流量計 液體流量儀表 在線校準(zhǔn) 測量偏差

中圖分類號：TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0061-01

液體流量儀表是企業(yè)生產(chǎn)管理的重要工具，其直接作用于企業(yè)的節(jié)能及成本核算，在能源計量和節(jié)能減排中得到了廣泛的應(yīng)用。不過其拆卸繁瑣、不能斷流等特征決定了大部分液體流量儀表不能達(dá)到定期送實(shí)驗(yàn)室檢定的要求，因此，量值溯源問題亟待解決。目前，應(yīng)用比較廣泛的方法是通過便攜式超聲波流量計進(jìn)行在線校準(zhǔn)。本文主要探討利用超聲流量計用于液體流量儀表在線校準(zhǔn)方法，從而解決液體流量儀表在線校準(zhǔn)問題。

1 工作原理

目前，使用比較廣泛的液體流量儀表在線校準(zhǔn)方法是超聲流量計比對法，通過對不同流速所產(chǎn)生的超聲波信號進(jìn)行檢測，從而確定流量值。主要有傳播速度差法、多普勒法等。

超聲波流量計用于液體流量儀表在線校準(zhǔn)的主要方法為傳播速度差法，利用測量超聲波脈沖和逆流所傳播的時速差別來提供液體的速度，其具有較高的精準(zhǔn)度。一般情況下，聲波在液體中的實(shí)際傳播速度由兩個部分組成，在介質(zhì)靜止?fàn)顟B(tài)下，聲波的傳播速度及流體軸向平均速度在聲波傳播方向上的分量。如公式1所示，順流和逆流傳播時間與各量之間的關(guān)系：

從公式1中，可以得出流體流速的表達(dá)式

在表達(dá)式中，代表超聲波在流體中逆流傳播時間；代表超聲波在流體中順流傳播時間；代表聲道長度；代表聲道角。

2 在線校準(zhǔn)方法

標(biāo)準(zhǔn)表比對法是超聲流量計在線校準(zhǔn)的主要方法，在規(guī)定時間讀取被檢表和標(biāo)準(zhǔn)表的累計值，按照下列3個公式進(jìn)行計算。

在以上公式中，代表第i流量點(diǎn)第j次校準(zhǔn)時流量計示值；代表第不i流量點(diǎn)第j次校準(zhǔn)時標(biāo)準(zhǔn)表值；是被校流量計第i流量點(diǎn)示值誤差；是被校流量計第i流量點(diǎn)重復(fù)性。

需要注意的是，通常情況下，便攜式超聲流量計的準(zhǔn)確度為0.5級，當(dāng)檢定超聲探頭管徑與校準(zhǔn)管徑比在2以上或者是1/2以下時，那么就要再加上一個0.5%的附加誤差，所以超聲流量計的最大誤差必須要在0.5%～±1.0%范圍之間。由于大部分超聲流量計在線校準(zhǔn)結(jié)果偏差為±3.0%，所以很難作出精準(zhǔn)性的判斷。因此，可以采取使用中檢驗(yàn)，盡量保持與上次校準(zhǔn)一系列校準(zhǔn)條件相同的環(huán)境下進(jìn)行兩次校準(zhǔn)系統(tǒng)差的變化比較。

2.1 技術(shù)要求

在線校準(zhǔn)的便攜式超聲流量計的基本誤差在±0.5%以上，且按照規(guī)定進(jìn)行安裝、使用。所使用的卷尺、測厚儀等輔助工具必須具有檢定證書。校準(zhǔn)時一系列環(huán)境因素應(yīng)符合校準(zhǔn)要求，比如溫度、磁場、機(jī)械振動等等。

2.2 計算方法

（1）管徑測量。在換能器安裝位置周圍相同截面上測量n次外直徑，也可以通過周長測量來推算外直徑。

（2）壁厚測量。在換能器安裝位置分別選定5個點(diǎn)，利用測厚儀對管道的壁厚進(jìn)行測量，取平均值。

（3）安裝標(biāo)準(zhǔn)表。將之前所得的管道參數(shù)輸入標(biāo)準(zhǔn)表中，從而得到換能器安裝距離L。在所安裝的標(biāo)準(zhǔn)表的管道上對換能器進(jìn)行標(biāo)注。清除管壁，做好準(zhǔn)備工作，在換能器的發(fā)射面緊貼于管壁，并將換能器固定，并調(diào)試換能器信號。

（4）零點(diǎn)檢查。在可停流的管道上檢查流量計的零點(diǎn)流量，如果不符合零點(diǎn)檢驗(yàn)要求，需要設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)表的動態(tài)零點(diǎn)檢驗(yàn)。

（5）校準(zhǔn)位置及次數(shù)。參照不同校準(zhǔn)現(xiàn)場的實(shí)際情況來確定校準(zhǔn)流量點(diǎn)，所有的流量點(diǎn)都要進(jìn)行3次校準(zhǔn)。當(dāng)現(xiàn)場流量不能進(jìn)行調(diào)節(jié)時，需要采取不同時間的流量點(diǎn)，通?？梢赃x擇3個左右。記錄所有的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，包括流量講和標(biāo)準(zhǔn)表的所有示值，如果數(shù)值是瞬時值，那么數(shù)值應(yīng)該要取20個以上的平均值。

（6）測量偏差。

流量計的測量偏差計算公式

在上面兩個公式中，是流量計校準(zhǔn)點(diǎn)測量偏差中的最大值；是同一個校準(zhǔn)點(diǎn)測量所得的流量計系數(shù)的平均值；是首次校準(zhǔn)點(diǎn)測量所得的流量計系數(shù)的平均值。

流量計系數(shù)的計算方法公式：

在上面兩個公式中，是i點(diǎn)第j次校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)流量計示值；是被檢流量計示值；即為流量計系數(shù)。

（7）校準(zhǔn)結(jié)果。

被校流量計的測量偏差E和重復(fù)性Er，必須要達(dá)到以下兩個公式（10）、（11）的要求，如果無法滿足，應(yīng)考慮把流量計送實(shí)驗(yàn)室檢定。

在（10）、（11）兩個公式中，是校準(zhǔn)表的最大允許誤差；是被校流量計最大允許誤差。

3 結(jié)語

在進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)時示值的誤差相對較大，不過兩次校準(zhǔn)的流量測量的偏差相對較小，因此，被校流量計測量準(zhǔn)確性沒有出現(xiàn)明顯變化，為液體流量儀表在線量值溯源提供了方便、簡單的途徑。

參考文獻(xiàn)

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