影响超声波流量计测量准确度的几个因素
一、引言
随着市场经济的发展,计量已经渗透到社会的各行各业,与企业的发展息息相关。准确计量已经成为越来越多企业的迫切要求。
我国从六十年代起开始超声波流量计的研究工作,到八十年代取得实质性成果,但其测量准确度不是很高。九十年代以后随着电子技术、数字技术的迅猛发展,超声波流量计的测量准确度得到了较大提高。但是,超声波流量计的使用过程中受人为操作影响较大,若忽视其中一些重要的影响因素,将会大大影响超声波流量计的测量准确度。
二、超声波流量计概述
超声波流量计是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的流量计,主要由安装在测量管道上的超声换能器(或换能器和测量管组成的超声流量传感器)和转换器组成。换能器和转换器之间由专用信号传输电缆连接。
按测量方法分类有,传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、相关法、噪声法等。目前,市场上传播速度差法和多普勒法的超声波流量计应用zui为广泛。本文主要讨论传播速度差法的液体超声波流量计的使用。
超声波流量计的优点:
(1)携带、安装方便;
(2)量程比宽,不干扰流场,无压力损失,外夹装式超声波流量计可实现不断流安装测量;
(3)无可动易损部件,稳定性好;
(4)适用性强,一台流量计可用于不同管径不同流量的测量;
(5)造价基本与所测管径无关,性价比高。
缺点:
(1)要求准确知道管道参数;
(2)人为操作影响较大,对操作人员要求高;
(3)作为标准表进行现场校准或比对要及时溯源。
三、影响测量准确度的因素
超声波流量计的准确度等级一般可达到1.5级或1.0级,也有一些多声道和插入式超声波流量计准确度等级可达到0.5级。如果要在实际使用中保证超声波流量计的测量准确度,有几个重要的影响因素应引起大家的重视。根据几年来我们使用超声波流量计的经验,在影响超声波流量计测量准确度方面谈一些体会,供大家参考。
1、安装条件和使用环境
超声波流量计属于速度式流量计,它对流场有一定的要求。管道内液体必须为满管。安装时前、后直管段在一般情况下应至少满足前10D后5D的要求(若使用说明书上有具体要求,应满足说明书上要求)。若上、下游侧安装有90°弯头、T字形弯头、渐扩管、渐缩管等阻流件时,应将超声波流量计上、下游直管段延长到30D至50D。不少使用者忽视了阀门对流场的影响,认为阀门完全打开时管道内为通径对流场无影响。其实不然,无论是蝶阀还是球阀、闸阀,当其完全打开时,其内部仍然有阻流件影响流场,流场不稳定就造成了测量准确度的降低。
超声波流量计使用时应避开强电磁和声波信号的干扰。使用中我们发现在变频器旁、高压线下方、车辆密集的马路旁,都会对超声波流量计的测量准确度产生影响。
2、管道参数测量不准确
超声波流量计是利用声波信号在同一传播距离时,在顺流、逆流两个方向上有不同的传播速度,用传播速度之差与被测液体流速的关系求得流速。流量是流速与管道横截面积的乘积。若要得到准确的流量,就需要知道准确的换能器传播距离和管道横截面积,而这些数据是通过使用者人工输入管道外径、材质、壁厚、衬里及衬里厚度等参数,经流量计内部计算得出的。因此,这些参数的准确与否将直接影响到超声波流量计的测量准确度。
设计图纸或熟悉情况人员提供的管道数据都有可能出现偏差,zui可靠的方法是进行现场测量。现场测量时应选取科学的方法,首先采用具有检定证书的量具如游标卡尺等测量管道外径、壁厚。若被测管径较大无法用量具测量时,则应采用坐标纸或卷尺包裹外径的方法测量,测量时应注意管壁外涂覆层、锈蚀、焊缝等的影响。管道壁厚可以用测厚仪进行测量。
管道内若有树里,应确定其材质和厚度。使用中我们发现一些管道采用水泥砂浆衬里防腐,对声波信号的传输有较大的影响,若测量不准确会影响超声波流量计的测量准确度,甚至造成流量计无法正常工作。
3、换能器的安装
根据超声波流量计的测量原理,换能器的安装是影响测量准确度的关键因素。当采用V法安装时,两个换能器的水平位置较易保证。当采用Z法安装时,应当用坐标纸包裹管道,再沿中线对折,然后将两个换能器的水平中心对准坐标纸两端进行安装,这样可以保证换能器发射的声波信号穿过管道轴线,减小对测量准确度的影响。超声波流量计换能器安装时应避开管道顶部和底部,尽量安装在管道的水平位置,或者在与水平直径成45°角的范围内,还应注意避开焊缝。管道的顶部易积聚气体,底部易沉淀杂物,气体、杂物和焊缝都会使超声波信号发生非正常的反射,从而影响超声波流量计的测
量准确度,甚至造成流量计无法正常工作。
根据流量计计算出的安装距离安装换能器,应综合参考流量计的信号强度,测得声速值、信号质量、安装距离检査等参数将换能器安装位置调整到zui佳位置。在调整换能器时应注意不要只保证信号强度zui佳,而忽略安装距离、声速值等参数;也不要只保证安装距离而忽略其他参数。安装距离是根据使用者输入的参数计算出的理论值,若管道截面圆度不够、内壁有结垢等情况,就会使实际安装距离和理论距离出现差异。若超声波流量计测得声速值与实际声速值相差超过±2℃时,流量计测得瞬时流量值与实际流量值也会出现差异。
4、经过检定、校准的超声波流量计使用不正确
超声波流量计一般配有两副或三副换能器,每副换能器所适用的管径各不相同。因此,在实际使用中转换器与换能器的组合应当与检定、校准时相一致。例如:若用转换器配中型
换能器在DN400管径上用Ⅴ法进行检定、校准,那么在现场也必须用转换器配中型换能器在DN400管径上使用V法进行测量。若在其它管径上或配其它类型的换能器使用,都不能保证流量计的测量准确度。使用中我们发现超声波流量计配同一副换能器在不同的管径上检定、校准会得到不同的修正系数。相同类型的换能器因技术水平所限不具有互换性,也会得到不同的修正系数。另外,不同的安装方式也会得到不同的修正系数。
使用者应根据现场使用情况,将所有需要被测量的管径和使用的换能器以及采用的安装方式都要进行检定、校准。有些使用者用一副换能器在一个管径上检定、校准后得到的修正系数,用于其它所有的管径,这样往往会影响流量计的测量准确度。另外,使用者在每次测量开始前,均应检査流量计内的修正系数,保证其为经检定、校准后给出的系数。
对于插人式超声波流量计,插人深度是关键因素。我们建议使用者送检时应将现场使用的插入短管一同送检。检定、校准结束后不要拆卸换能器,应保持检定、校准时的状态不变安装在现场管道上,这样才能保证流量计的测量准确度。
四、结束语
超声波流量计在使用时受人为操作的影响较大,使用者若能在使用中注意上述几个方面的问题,将会提高它的测量准确度。超声波流量计的方便性和经济性是其它流量计无法比拟的优点,它已经得到越来越多用户的认可。