超声波流量计现场检测中的影响因素分析

摘 要：随着水资源价格不断上涨，用以计量水资源流量的超声波流量计(安装快捷、使用灵活)，在水资源的节约减排、贸易结算等方面起着重要的作用。而且流量计计量是否准确对于企业对水资源的控制、生产问题的判断等方面具有重要意义。但在实际使用中，由于不少用户对超声波流量计的现场使用要点掌握不够好，导致测量效果不太理想，因而对现场使用超声波流量计产生质疑。该文根据现场实际需要，对现场超声波流量计的影响因素(计量精度、磁场因素、管径测量、壁厚、前后直管段长度、内衬、管道材质、流体温度)等分别进行研究分析。

引言
随着现代科技的不断发展，流量计对于现代工业生产的质量保证具有重要的作用，同时还是电力、食品、医药等工业生产中的重要参数。尤其是超声波流量计的广泛使用，对企业的节能减排及能源的充分利用，企业部门的核算、控制成本均起重要作用。由于超声波流量计检测主要是实验室检测，在现场进行检测时，缺少对实际情况的了解，现场会出现若干问题，影响超声波流量计计量准确问题。

1 对超声波流量计检测影响因素
1.1 计量精度
本文现场采用由德国弗莱克森生产的超声波流量计(FLEXIM)作为主要检测仪器，该仪器配有大、小两种换能器，分别用于测量大管径、小管径管道，能测量常用材质的管道，管径范围从 15mm~3400mm 的管道流量。经河南省计量科学研究院检定，符合现场使用的要求。

1.2 磁场因素

在现场检测时，会常出现以下情况，无论怎么调整安装方式或者调整换能器的位置，均收不到其超声信号，进而导致检测失败。这种情况的出现，可能由附近大量高压电缆过大磁场造成的，磁场的存在干扰换能器发出、接收信号的能力，使得换能器无法正常运行工作。避免检测失败，应选择远离这类磁场发生体的位置，进行下一次检测[1]。

1.3 直管段长度
为确保被测介质水流平稳能够满足仪表精度的要求，流量计换能器应在流量计上游、下游分别至少有 10倍、5 倍以上管径的直管段。实际使用时，由于现场安装条件、检测环境的影响，时常满足不了现场安装要求，使得流场不稳定。影响检测的精度。现场检测采用德国FLEXIM超声波流量计分别安装在被检流量计上、下游非标准位置，测得数据，计算误差结果如表 1 所示。 结果表明：直管段安装在下游的影响比上游的小，上游至少在 3 倍管径以上才满足测量要求。当上游直管段较短时，即离弯头，泵、阀门较近时，一般常常表现为正误差。由此造成测量误差加大，在现场不满足安装要求测量时，首先满足上游安装要求。

1.4 输入不准造成的偏差
流量计流量是流速与管道流通面积的乘积，输入这些参数(管径、壁厚、内衬及材质、流体温度)，计算出管道面积，在与测得的流速乘积得出流量。换能器安装的距离是根据现场测量时人工输入流量计后计算出来的。参数测量是否准确直接影响测量精度[2]。现场经过多次测量，实验测量结果如下：

1.4.1 输入管径误差对测量结果的影响
在管道固定不变的情况下，依次输入不同误差下的管径与标准值比较，实验结果如表 2 所示。 由表 2 可以得出：流量测量误差大约是管径输入误差的 2 倍。这与误差传递理论相一致。
由 Q=V*π*D2/4 得：
dQ=V*π*dD/2 (1)
推出：
σQ=dQ/Q=2dD/D=2σD (2)
其中：Q：流体流量；
D: 管径；
σQ: 流量误差；
σD: 管径误差。

使用超声波流量计在小口径上进行检测时，输入管道口径不准引起的流量测量误差同样不容忽视，如：口径测量的绝对误差为 1mm 时，对 DN800 口径来说，其内径相对误差为 0.12%，而对 DN100 口径来说，其内径相对误差为 1.0%，流量是与管道内径的平方成正比，同样是 1mm 的内径测量误差，对 DN800 口径，流量测量误差约 0.3%左右，而对于 DN100 口径，流量测量误差约3%左右，由此可见超声波流量计使用口径越大测量越准确，口径越小，测量精度越难把握。所以便携式超声波流量计更适合在大口径管道的测量[3]。

1.4.2 壁厚误差对流量测量误差的影响
在换能器安装位置不变的情况下，输入不同壁厚参数得出结果与标准表相比较。依次选择在四种不同口径的管道上测量，测得结果与标准表相比较，实验结果如表 3 所示。 从表 3 可以看出，随着管壁厚度输入增大，测量结果误差就会变大。所以，输入管壁参数的正确与否直接影响流量测量结果。因此，现场用实际测量的方法获取管道参数，常用超声波厚度仪进行确认。由于实际的现场环境会和设计参数有一定的出入，管壁厚度在使用一段时间也会由于腐蚀等原因发生变化。

1.4.3 管道材质及内衬对测量的影响
输入的管道材质、内衬有误时，使得换能器安装距离计算错误，导致测量精度变低，严重时导致测量失败。实验证明，输入管道内衬错误，直接造成实际管径的变化。安装管道内衬会使管道水截面积减少，通过相应流速换算的流量就会偏小，流量测量误差和管道截面积成正比。如忽略内衬过厚或管壁有间隙，则会导致探测信号失误，因此测量时应按实际测量，准确输入内衬材质、厚度。实际应用中，管道材质、内衬对流量测量的影响直接反映在超声波在不同介质中传播速度的差异上，若设置的材质声速大于实际声速，测量结果偏大，反之则偏小。

1.4.4 流体温度对测量误差的影响
输入流体温度会影响声速的变化，即影响换能器之间的距离，直接导致流量测量精度，严重时信号可能太弱或直接找不到相应信号。输入不同温度，测得结果跟标准进行比较，实验结果如表 4 所示。 从表 4 可以得出，流体温度输入误差较小时对流量测量影响较小，可通过温度补偿减小其误差。

2 结束语
综上所述，对于便携式超声波流量计的应用，可以简化计量工作，尤其对于大口径流量计的检测具有简洁、方便、节省成本的优势。开展现场检测，需要工作人员较高的技术，总结自身实践的经验、提高应用技能，使在线测量结果更加准确、可靠。

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