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管道參數(shù)對(duì)便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量的影響
便攜式超聲波流量計(jì)可從管道外側(cè)方便的測(cè)量流量。其測(cè)量管徑大，測(cè)量范圍廣，安裝方便，沒(méi)有壓力損失且不影響管道內(nèi)流體的正常流通；加上攜帶方便，可用電池操作，使之應(yīng)用廣泛。但便攜式超聲波流量計(jì)傳感器的安裝與參數(shù)設(shè)置直接影響到計(jì)量的準(zhǔn)確性，筆者在0.05級(jí)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上對(duì)日本富士公司生產(chǎn)的FUJI ELECTRIC便攜式流量計(jì)進(jìn)行了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，介紹如下:
1、傳感器安裝導(dǎo)致的誤差
超聲波流量計(jì)傳感器的安裝誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大，兩個(gè)傳感器之間的距離有嚴(yán)格的要求，一定要按規(guī)定的尺寸安裝。
圖1是FUJI ELECTRIC便攜式流量計(jì)V型安裝示意。經(jīng)安徽省大流量計(jì)量站檢定（標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度±0.05%，流量穩(wěn)定度優(yōu)于0.05%）, 該表準(zhǔn)確度為1.0級(jí)。將該表安裝在內(nèi)徑d=150mm，外徑D=159mm，壁厚h=4.5mm的管道上進(jìn)行測(cè)試時(shí)，儀表指示探頭距離L=112.04mm。測(cè)量時(shí)流量保持不變，其它測(cè)試條件相同，只改變傳感器之間的距離L,測(cè)得數(shù)據(jù)列入表1。
表1 探頭安裝距離誤差±1mm時(shí)的流量測(cè)量數(shù)據(jù)
|
L（mm) |
流量(m3/h) |
平均流量 |
|||||||||
|
111.04 |
106.0 |
105.9 |
106.2 |
105.8 |
106.0 |
106.2 |
105.7 |
105.8 |
106.0 |
105.8 |
105.94 |
|
112.04 |
107.4 |
107.6 |
107.9 |
107.1 |
106.9 |
107.2 |
107.4 |
106.9 |
107.2 |
106.8 |
107.24 |
|
113.04 |
108.7 |
107.9 |
107.8 |
108.5 |
109.0 |
108.8 |
109.1 |
107.9 |
108.7 |
108.8 |
108.52 |
當(dāng)探頭的距離有±1mm的誤差，即L的相對(duì)誤差為：(±1/112.04)×100%=±0.893%。當(dāng)探頭距離為111.04mm時(shí)，流量的相對(duì)誤差為：［(105.94-107.24)/107.24］×100%=-1.21%;當(dāng)探頭的距離為113.04mm時(shí)，流量的相對(duì)誤差為： [(108.52-107.24)/107.24］×100%=1.19%
可見(jiàn)，傳感器之間的安裝距離誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響非常大，所以安裝時(shí)一定要把距離誤差控制到最小。
2.管道外徑誤差導(dǎo)致的流量測(cè)量誤差
管道外徑誤差對(duì)便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量的影響，用實(shí)際管道外徑D=159mm+1mm的方式進(jìn)行。測(cè)量時(shí)流體保持穩(wěn)定，其它測(cè)量條件相同。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
表2 管道外徑D測(cè)量誤差±1mm時(shí)的流量測(cè)量數(shù)據(jù)
|
D(mm) |
流量(m3/h) |
平均流量 |
|||||||||
|
158 |
106.1 |
106.2 |
106.0 |
106.5 |
105.9 |
106.3 |
106.5 |
106.6 |
105.8 |
106.1 |
106.10 |
|
159 |
107.8 |
107.4 |
108.2 |
108.1 |
108.3 |
108.2 |
107.6 |
107.8 |
108.2 |
108.3 |
107.99 |
|
160 |
109.4 |
110.0 |
110.1 |
110.0 |
109.9 |
110.2 |
109.5 |
109.6 |
110.2 |
109.6 |
109.80 |
可見(jiàn)，流量測(cè)量誤差大約為管外徑誤差的2倍多。為了減小管外徑誤差的影響，一般把實(shí)測(cè)外徑輸入流量計(jì)，這樣可減小外徑誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
3.管道壁厚h導(dǎo)致的誤差
管道壁厚誤差對(duì)便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量的影響，用實(shí)際管道壁厚h=4.5mm+1mm進(jìn)行測(cè)試。測(cè)量時(shí)流體保持穩(wěn)定，其它測(cè)量條件相同。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
表3 管道壁厚h測(cè)量誤差±1mm時(shí)的流量測(cè)量數(shù)據(jù)
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h(mm) |
流量(m3/h |
平均流量 |
|||||||||
|
3.5 |
110.2 |
110.1 |
110.3 |
110.5 |
110.9 |
110.4 |
110.8 |
110.7 |
110.3 |
110.5 |
110.47 |
|
4.5 |
108.5 |
108.2 |
108.4 |
107.9 |
108.1 |
107.6 |
108.2 |
108.0 |
109.0 |
107.6 |
108.15 |
|
5.5 |
105.5 |
105.3 |
105.1 |
105.5 |
105.3 |
105.2 |
105.0 |
105.2 |
105.3 |
106.0 |
105.34 |
由超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理可知，傳感器所測(cè)量的流速是流體的線速度。只有流速分布均勻才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，所以在流量計(jì)的上下游要有足夠的直管段。一般要求上游有5-10倍管徑的直管段，下游有3-5倍管徑的直管段。
結(jié)論
從超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)及管道參數(shù)對(duì)便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量影響的誤差分析中，可以看出：
1、超聲波流量計(jì)在大口徑管道的流量測(cè)量中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是一種方便可靠的測(cè)量手段，有著廣泛應(yīng)用前景。
2、管徑誤差、傳感器安裝誤差、管壁測(cè)厚誤差對(duì)超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響很大，但可通過(guò)精確實(shí)測(cè)及嚴(yán)格的安裝來(lái)控制。
3、管道陳舊，管內(nèi)積垢過(guò)多而使輸入的管道內(nèi)徑與實(shí)際不同，誤差是較大的；可將傳感器移至同一管線上較小管徑段測(cè)量，一般此處結(jié)垢較薄。當(dāng)結(jié)垢均勻時(shí)，應(yīng)注意流體通過(guò)的有效面積減小，測(cè)量將呈正誤差；如果知道結(jié)垢厚度，可把它加到內(nèi)襯厚度中以進(jìn)行修正。如果結(jié)垢非均勻分布，則很難知道流體通過(guò)的面積，流動(dòng)的狀態(tài)也是不穩(wěn)定的，此時(shí)便很難保證測(cè)量準(zhǔn)確度。
超聲波流量計(jì)還有其他問(wèn)題尚待進(jìn)一步探討，如超聲波流量計(jì)的交叉干擾、電磁干擾、所測(cè)管道圓度對(duì)流通面積的影響等。
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