淺析影響超聲熱量表流量檢定結(jié)果的因素

車(chē)兵

摘要：熱量表的組成主要包括流量傳感器、計(jì)算器和匹配溫度傳感器。如果使用超聲波流速傳感器，則該熱量表稱(chēng)為超聲波熱量表流速。在超聲波熱量表流量的使用過(guò)程中，有許多影響因素對(duì)超聲波熱量表流量驗(yàn)證結(jié)果有一定的影響。在此基礎(chǔ)上，本文著重于超聲波熱量表的流量驗(yàn)證，并詳細(xì)分析和分析影響結(jié)果的主要因素，以便為這一領(lǐng)域提供理論參考。

關(guān)鍵詞：超聲熱量表;流量檢定;影響因素;結(jié)果

前言

流量傳感器是超聲波流量計(jì)的熱量表，稱(chēng)為超聲波熱量表，目前市場(chǎng)主要是超聲波熱量表。根據(jù)JJG225-2001《熱能表檢定規(guī)程》，校驗(yàn)通常按分量進(jìn)行，即流量傳感器、匹配溫度傳感器和計(jì)算器。大口徑超聲波熱量表采用標(biāo)準(zhǔn)dn （ 50-300 ） mm熱水流量裝置驗(yàn)證流量分量。主標(biāo)準(zhǔn)裝置是一組精度為0.1、校驗(yàn)溫度為50±5 ℃的高精度電子天平。本文通過(guò)總結(jié)大量的校驗(yàn)熱量表工作，分析了各種因素對(duì)超聲波熱量表校驗(yàn)結(jié)果的影響.

1超聲波換能器對(duì)流量傳感器誤差影響

流速傳感器是超聲波熱量表的核心，由測(cè)量管道、超聲波功率交換器、電子電路以及流速計(jì)算器三部分組成。驗(yàn)證過(guò)程中發(fā)現(xiàn)超聲換能器對(duì)流量傳感器誤差有顯著影響。超聲波熱量表能量轉(zhuǎn)換器對(duì)需要穩(wěn)定一致的性能，包括電容器、電導(dǎo)體、機(jī)械質(zhì)量因素和阻抗。這些參數(shù)的變化會(huì)影響超聲波在水中傳播的時(shí)間差異，即超聲波流量計(jì)的精度。國(guó)內(nèi)或進(jìn)口傳感器靜態(tài)參數(shù)的橫向測(cè)量如下：中頻偏差±1%;匹配差異為±4%。換句話(huà)說(shuō)，有了良好的基礎(chǔ)板和信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)，使用超過(guò)典型偏差的超聲波換能器不僅不符合測(cè)溫尺度流速的技術(shù)要求，而且在測(cè)溫過(guò)程中還可能導(dǎo)致不規(guī)則和不平衡的變化，影響精度由于傳感器出現(xiàn)問(wèn)題，通信信號(hào)不穩(wěn)定，檢測(cè)過(guò)程中重復(fù)差差不好介質(zhì)流量為零，儀器移動(dòng);安裝位置不符合要求，滿(mǎn)管進(jìn)水，流量信號(hào)收不到，儀表顯示為零。

2臺(tái)位差影響

在大口徑熱水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)管段布局中，dn（50 ～ 100）mm直徑校準(zhǔn)管段可同時(shí)擰緊多個(gè)超聲波溫度表，并進(jìn)行串聯(lián)流量檢查，提高流量檢查效率。不同的串聯(lián)位置（即不同的工作站位置）會(huì)對(duì)流量檢查結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。這是因?yàn)槌暡崃勘聿扇×烁鞣N結(jié)構(gòu)形式，特別是設(shè)計(jì)用于減小直徑的超聲波熱量表較多。收縮超聲熱量表壓力損失較大，前收縮管段影響后續(xù)管段的流場(chǎng)分布，導(dǎo)致不同工作站超聲波熱量表流量檢查結(jié)果的差異。以單一控制數(shù)據(jù)為例：一組直徑縮減結(jié)構(gòu)為DN65mm的超聲波熱量表采用靜態(tài)質(zhì)量方法，沿水流方向的三個(gè)控制站分別為1# 2#和3#。各站一個(gè)熱量表的流量控制數(shù)據(jù)，檢測(cè)值誤差取平均控制結(jié)果三次?？梢?jiàn)收縮設(shè)計(jì)的超聲波熱量表水平差對(duì)流量信號(hào)誤差有一定影響。

3溫度修正的影響

超聲波流量計(jì)通常使用時(shí)差法計(jì)算流量，該流量與超聲波速度的平方成正比。但是，超聲波的傳播速度取決于傳播介質(zhì)的溫度，這是一個(gè)非常敏感的物理量。但是，超聲波流量計(jì)通常具有較大的工作范圍，為了保證驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要在使用過(guò)程中修正溫度，才能得到準(zhǔn)確的流量值。檢查導(dǎo)電性時(shí)，必須確保輸入溫度傳感器的安全，然后通過(guò)讀取輸入溫度自動(dòng)修正流量值;但某些超聲波流量計(jì)在陣列中沒(méi)有溫度傳感器。因此，在驗(yàn)證過(guò)程中，為了確保驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須將溫度傳感器放在水溫相同的恒溫水箱中，以獲得準(zhǔn)確結(jié)果。

4啟停效應(yīng)影響

啟停效果也是影響超聲波流量計(jì)檢定結(jié)果的一個(gè)因素，可分為動(dòng)力法和啟停法兩種，啟停法是一種非常精確、易于使用的讀數(shù)法。在超聲波流量計(jì)檢查過(guò)程中，當(dāng)閥門(mén)突然關(guān)閉時(shí)，由于隨后水流的慣性因素，閥門(mén)上的壓力會(huì)立即增加，從而對(duì)閥門(mén)造成某些損壞。因此，大口徑超聲波流量計(jì)檢定規(guī)定檢測(cè)流量點(diǎn)不得超過(guò)40m3/h，檢測(cè)流量點(diǎn)超過(guò)40m3/h時(shí)，不得再使用啟停方法。但是，對(duì)于直徑為40 m3/h的超聲波流量計(jì) 通過(guò)增加核查所需的水量，可以減少對(duì)超聲波流量計(jì)核查結(jié)果的影響，增加核查結(jié)果的重復(fù)。

5密封墊圈

擰緊熱量表時(shí)，應(yīng)使用密封墊圈，以確保水流后無(wú)漏水現(xiàn)象。目前，由于o形密封圈的整體密封，使用圓形墊圈擰緊溫度表。在使用時(shí)，應(yīng)注意墊片的尺寸是否合適以及是否安裝偏心。較小的墊片或偏心安裝可能會(huì)導(dǎo)致流量檢查結(jié)果出現(xiàn)重大錯(cuò)誤，特別是熱量表前墊片。為此專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了以下試驗(yàn)：超聲波熱量表DN80mm，待測(cè)儀器正面分別用DN65mm和DN80mm環(huán)形密封接頭擰緊，比較兩種情況下的流量指示誤差。兩次檢查的結(jié)果見(jiàn)，信號(hào)值誤差為三次檢查結(jié)果的平均值。顯而易見(jiàn)，不適當(dāng)?shù)拿芊饴?lián)接對(duì)流量信號(hào)誤差有很大影響，特別是在小流量點(diǎn)。因此，在安裝熱量表時(shí)，必須選擇適當(dāng)?shù)拿芊馊Σ⒄_安裝。

6安裝角度影響

超聲波流量計(jì)檢定時(shí)，超聲波流量計(jì)的安裝位置一般為垂直和水平。安裝大口徑超聲波流量計(jì)時(shí)，其換能器的探頭平面應(yīng)與地面平行。如果在特定情況下需要傾斜，則傾斜角度應(yīng)限制為30°。例如，檢查直徑為DN50mm的超聲波流量計(jì)時(shí)，會(huì)在20°無(wú)斜度時(shí)檢測(cè)到流量指示錯(cuò)誤。通過(guò)對(duì)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以清楚地看到，在20°坡時(shí)，驗(yàn)證級(jí)別高于無(wú)坡度時(shí)，當(dāng)達(dá)到排水點(diǎn)時(shí)，驗(yàn)證值將增加約3%。因此，為了最大限度地減小超聲波流量計(jì)檢定過(guò)程中傾斜的影響，應(yīng)盡可能確保在具體工程中不傾斜，以提高超聲波流量計(jì)檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

7人為讀數(shù)誤差

在檢查DN大于100mm的超聲波熱量表流量分量時(shí)，只能使用動(dòng)態(tài)方法，因?yàn)轭~定流量大于40m/h。實(shí)際上，當(dāng)控制器讀取所檢查儀器的值時(shí)，變頻器會(huì)切換水流以確保準(zhǔn)確性由于不同制造商的超聲波熱量表數(shù)據(jù)顯示的頻率不同以及測(cè)試儀的閱讀習(xí)慣不同，存在人工閱讀錯(cuò)誤?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)，掌握操作，盡量減少手動(dòng)閱讀錯(cuò)誤。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章從大量超聲波熱量表檢定工作的實(shí)踐出發(fā)，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后進(jìn)行了深入研究，逐一分析了影響流量成分檢定結(jié)果的因素，并進(jìn)行了總結(jié)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)檢定，以及有效改進(jìn)超聲熱量表的檢定工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭紀(jì)奪.探析提高超聲熱量表流量測(cè)量精度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（24）：516.