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江蘇順儀儀表有限公司
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閱讀：1457發(fā)布時間：2011-8-29
超聲波流量計誤差簡介 |
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| 從超聲波流量計在國內(nèi)市場使用的經(jīng)驗來看，目前所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁和換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，另外不足的是高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國的超聲波流量計只能用于測量200℃以下的流體。超聲波流量計的測量線路比一般流量計復雜。這是因為，一般工業(yè)計量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m／s左右，被測流體流速（流量）變化帶給聲速的變化量zui大也是10-3數(shù)量級．若要求測量流速的準確度為1％，則對聲速的測量準確度需為10-5～10-6數(shù)量級，因此必須有完善的測量線路才能實現(xiàn)，這也正是只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實際應(yīng)用的原因。超聲波流量計的原理一般用戶只需大致了解即可，用戶zui注重儀表性能和實用。 本文只想著重就國產(chǎn)超聲波流量計的選型安裝，并結(jié)合我們的使用經(jīng)驗為同行合理選擇和應(yīng)用提供一些可以借鑒的方法、經(jīng)驗，并提出一些我們所遇到的困難，以便與同行和生產(chǎn)廠家探討、研究。 —、超聲波流量計 目前市面上用于供水行業(yè)的超聲波流量計大多屬時差式，此種流量計已進入一個比較成熟的階段，對供水行業(yè)的中、大管道的流量計量已*可以滿足要求。根據(jù)使用場合不同，可以分為固定式超上超聲流量計和便攜式超聲流量計。 1．便攜式流量計主要用于臨時的對比測量，機動性很的很大，價格較固定式貴一些，若用于固定測量有點浪費。便攜式超聲波流量計，在使用中由于是臨時測量，管徑、管材也不固定。除正確輸入各種數(shù)據(jù)外，要保證上、下游直管段。換能器（也稱探頭）安裝也很重要，小管道（３００mm以下）盡量用“V”法，這樣可延長聲程，提高測量精度，３００mm以上的管道只能用“Z”法測，從我們的實際經(jīng)驗看，３００mm以上管道用“V”法很難找到信號。當然如果能找到信號且信號強又穩(wěn)定用“V”法更好。“V”法安裝較之“Z”法安裝對直管段的要求要短得多。 2．固定式超聲波流量計 固定式又分為外夾式、插入式、管段式三種。 （1）外夾式：早期的流量計都為外夾式，大家較熟悉，也是應(yīng)用zui廣泛的超聲波流量計。但此種流量計zui大的缺點是：不能用在水泥管上。所以近幾年又出現(xiàn)了插入式超聲波流量計。 （2） 插入式超聲流量計 此種流量計是利用管道開孔工具在管壁上開一小孔，利用管箍（或夾板）把換能器插入管道內(nèi)，直接與水接觸，其安裝測量不受限制，其信號的發(fā)射，接收只經(jīng)過水介質(zhì)，信號強且穩(wěn)定。 缺點：大管道探頭安裝（特別是外壁粗糙的管道）不易定位，埋在地下多年的老管道（因生產(chǎn)工藝、廠家等諸多因素）管壁厚度、內(nèi)徑不能準確確定，是影響測量精度（準確度、以下簡稱精度）的主要原因之一。 （3）管段式超聲波流量計 某些管道因材質(zhì)疏、導聲不良或銹蝕嚴重，襯里和管壁有間隙等原因、造成超聲波信號衰減嚴重，用外夾式超聲流量計無法正常測量時，可用管段式（又稱滿管式）超聲流量計。它是把換能器與一段標準的短管制成一體，出廠時經(jīng)過逐臺標定的流量計，精度可以達到0.5級，主要用于計量數(shù)據(jù)較高的地方。注意：一定要在保證上、下游直管段的情況下才能確保其精度。 缺點：一次性投入較大，且必須斷流安裝 （4）以上介紹了幾種常用的單聲道流量計，國產(chǎn)流量計多屬此類。近幾年又出現(xiàn)了雙聲道，四聲道等多聲道超聲波流量計，多聲道流量計對提高測量精度有很大作用，此類多屬進口流量計（國內(nèi)個別廠家也生產(chǎn)），但價格很高，如果資金充足，計量精度要求高可選此類超聲流量計。 3．選型 總的來講進口超聲流量計比國產(chǎn)超聲流量計要*一些，但是價格要比國產(chǎn)貴2一3倍，國內(nèi)不少有實力的企業(yè)都擁有進口超聲流量計 我們認為多臺固定式國產(chǎn)超聲流量計、配一臺進口便攜超聲流量計，作為對固定式流量計校對之用是比較合理的，因為目前國產(chǎn)超聲流量計完夠滿足供水企業(yè)的要求，以上對目前廣泛使用的各種超聲流量計的優(yōu)缺點作了簡單介紹，用戶可根據(jù)本企業(yè)的實際情況選擇。選購時注意幾點： （1）多了解有關(guān)信息，以不被夸張的宣傳所迷惑。 （2）選擇有研發(fā)能力的生產(chǎn)廠家，這樣才能保證質(zhì)量及售后服務(wù)。 （3）所選擇的超聲波流量計要價廉物美，即能滿足需要就行，不必貪多求全，造成許多功能閑置不用，而增加購買成本。 二、超聲波流量計的應(yīng)用 1．固定式超聲波流量計（管段式、插入式、外夾式）購買后，要注意以下幾點： （1）主機與換能器之間連接電纜（大部分廠家規(guī)定在300M以內(nèi)）要盡量短。一是減小信號衰減，二是防止外界干擾，使主機能長期穩(wěn)定工作。且要避免與動力電纜近距并行埋設(shè)。若無法避免應(yīng)穿鋼管加強屏蔽，或縮短信號電纜后加遠傳顯示裝置。 （2）校零點，在流體靜態(tài)時，儀器的示值稱為“零點”（此時的示值不一定為零）。當流量計的示值不為零時，任何時刻該“零點”的值將疊加在流量計的真值上，從而使測量值出現(xiàn)偏差。調(diào)零的目的就是消除安裝零點，確保測量精度。盡可能停水校零點，若確實不能停水校零可采取其它辦法。 （3）固定式流量計（除帶標準管外）安裝好后，要堅持逐臺校對。一是用便攜式超聲流量計校對，此法較簡便，二是對不能用便攜式流量計校對的管道（如水泥管等）可采用清水池校對，（如：我們在原管道已裝的渦輪流量計拆除后，安裝口留著，以便隨時用渦輪流量計校對，做到心中有數(shù)）。 （4）保證安裝時上、下游的直管段是確保計量準確的前提條件。 超聲波流量計敏感于流過換能器的流速分布剖面，管道中流體的穩(wěn)定與否很重要，為了保證計量的準確各廠家都規(guī)定上游要保證不小于10D，下游不小于5D的直管段，直管段長度對精度影響程度如何，中山水司所做的測試實驗，足以說明這個問題。 可以看出當上、下游直管段長度不能保證時，流量計的測量誤差是很大的，且管徑越小，所引入的測量誤差越大。因此因條件限制不能保證上下游直管段時：1、要降低精度等級使用，2、采用其他方法測試校對，以修正誤差，3、改用其它形式的流量計。 （５）測量精度 高精度超聲流量計均為多聲道或管段式，中、小口徑管段式超聲流量計通常都做實流標定，具有0.５％精度。 目前廣泛使用的國產(chǎn)單聲道超聲流量標稱精度為１％，但在實際應(yīng)用中，由于現(xiàn)場管道的內(nèi)徑、壁厚、圓度都無法測量等諸多因素會使測量精度超出標稱精度許多，對供水行業(yè)的計量來說，超聲波流量計的實際測量誤差能控制在3％以內(nèi)就不錯了。 三、疑點討論 1．測量介質(zhì)（如：水）溫度變化對測量精度的影響 時差式超聲波測量流速的計算公式為 V=C2·△T/2 L。 △T為兩傳感器之間的聲波時差，L為兩傳感器之間的距離，其中C為聲波在流體中的傳播速度，在溫度變化時也發(fā)生變化，特別是在冬夏季節(jié)水溫變化較大時，C2的變化就更大。超聲流量計在輸入?yún)?shù)時，只要求輸入測量時的溫度，那么溫度變化時，對測量精度的影響如何，本人未見過這方面論述，希望與同行或廠家共同探討。 2．低流速下測量的精度 較多商家的超聲流量計資料中都宣稱，流速范圍為±0-16m/s,某國外超聲流量計資料宣稱：再流速±14m/s內(nèi)可維持標定精度。在低流速段0.2m/s以下是否還能保證±1％的精度呢？這就難說了。就此問題詢問過多個廠家，有的說：在0.04m/s時精度為5％，修正后可達1％，有的說：0.01m/s時，其誤差在±5%，但都無實驗數(shù)據(jù)，而事實上遠遠超出了這個范圍。我們曾經(jīng)把一臺國產(chǎn)便攜超聲流量計送省*標定，0.4m/s以上精度為1級。我們要求作了一個低流速點0.2m/s的標定，結(jié)果誤差為－15%。 我們在超聲流量計的使用中多次遇到管道中水流速在0.2m/s以下的情況。所以對此問題比較關(guān)心，也想看到同行或廠家在低速度下所做的實驗。 |
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