影響超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的幾個(gè)因素
一、引言
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,計(jì)量已經(jīng)滲透到社會(huì)的各行各業(yè),與企業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。準(zhǔn)確計(jì)量已經(jīng)成為越來(lái)越多企業(yè)的迫切要求。
我國(guó)從六十年代起開始超聲波流量計(jì)的研究工作,到八十年代取得實(shí)質(zhì)性成果,但其測(cè)量準(zhǔn)確度不是很高。九十年代以后隨著電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展,超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度得到了較大提高。但是,超聲波流量計(jì)的使用過(guò)程中受人為操作影響較大,若忽視其中一些重要的影響因素,將會(huì)大大影響超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。
二、超聲波流量計(jì)概述
超聲波流量計(jì)是利用超聲波在流體中的傳播特性來(lái)測(cè)量流量的流量計(jì),主要由安裝在測(cè)量管道上的超聲換能器(或換能器和測(cè)量管組成的超聲流量傳感器)和轉(zhuǎn)換器組成。換能器和轉(zhuǎn)換器之間由專用信號(hào)傳輸電纜連接。
按測(cè)量方法分類有,傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、相關(guān)法、噪聲法等。目前,市場(chǎng)上傳播速度差法和多普勒法的超聲波流量計(jì)應(yīng)用zui為廣泛。本文主要討論傳播速度差法的液體超聲波流量計(jì)的使用。
超聲波流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn):
(1)攜帶、安裝方便;
(2)量程比寬,不干擾流場(chǎng),無(wú)壓力損失,外夾裝式超聲波流量計(jì)可實(shí)現(xiàn)不斷流安裝測(cè)量;
(3)無(wú)可動(dòng)易損部件,穩(wěn)定性好;
(4)適用性強(qiáng),一臺(tái)流量計(jì)可用于不同管徑不同流量的測(cè)量;
(5)造價(jià)基本與所測(cè)管徑無(wú)關(guān),性價(jià)比高。
缺點(diǎn):
(1)要求準(zhǔn)確知道管道參數(shù);
(2)人為操作影響較大,對(duì)操作人員要求高;
(3)作為標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)或比對(duì)要及時(shí)溯源。
三、影響測(cè)量準(zhǔn)確度的因素
超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)一般可達(dá)到1.5級(jí)或1.0級(jí),也有一些多聲道和插入式超聲波流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)可達(dá)到0.5級(jí)。如果要在實(shí)際使用中保證超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度,有幾個(gè)重要的影響因素應(yīng)引起大家的重視。根據(jù)幾年來(lái)我們使用超聲波流量計(jì)的經(jīng)驗(yàn),在影響超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度方面談一些體會(huì),供大家參考。
1、安裝條件和使用環(huán)境
超聲波流量計(jì)屬于速度式流量計(jì),它對(duì)流場(chǎng)有一定的要求。管道內(nèi)液體必須為滿管。安裝時(shí)前、后直管段在一般情況下應(yīng)至少滿足前10D后5D的要求(若使用說(shuō)明書上有具體要求,應(yīng)滿足說(shuō)明書上要求)。若上、下游側(cè)安裝有90°彎頭、T字形彎頭、漸擴(kuò)管、漸縮管等阻流件時(shí),應(yīng)將超聲波流量計(jì)上、下游直管段延長(zhǎng)到30D至50D。不少使用者忽視了閥門對(duì)流場(chǎng)的影響,認(rèn)為閥門完全打開時(shí)管道內(nèi)為通徑對(duì)流場(chǎng)無(wú)影響。其實(shí)不然,無(wú)論是蝶閥還是球閥、閘閥,當(dāng)其完全打開時(shí),其內(nèi)部仍然有阻流件影響流場(chǎng),流場(chǎng)不穩(wěn)定就造成了測(cè)量準(zhǔn)確度的降低。
超聲波流量計(jì)使用時(shí)應(yīng)避開強(qiáng)電磁和聲波信號(hào)的干擾。使用中我們發(fā)現(xiàn)在變頻器旁、高壓線下方、車輛密集的馬路旁,都會(huì)對(duì)超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。
2、管道參數(shù)測(cè)量不準(zhǔn)確
超聲波流量計(jì)是利用聲波信號(hào)在同一傳播距離時(shí),在順流、逆流兩個(gè)方向上有不同的傳播速度,用傳播速度之差與被測(cè)液體流速的關(guān)系求得流速。流量是流速與管道橫截面積的乘積。若要得到準(zhǔn)確的流量,就需要知道準(zhǔn)確的換能器傳播距離和管道橫截面積,而這些數(shù)據(jù)是通過(guò)使用者人工輸入管道外徑、材質(zhì)、壁厚、襯里及襯里厚度等參數(shù),經(jīng)流量計(jì)內(nèi)部計(jì)算得出的。因此,這些參數(shù)的準(zhǔn)確與否將直接影響到超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。
設(shè)計(jì)圖紙或熟悉情況人員提供的管道數(shù)據(jù)都有可能出現(xiàn)偏差,zui可靠的方法是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)應(yīng)選取科學(xué)的方法,首先采用具有檢定證書的量具如游標(biāo)卡尺等測(cè)量管道外徑、壁厚。若被測(cè)管徑較大無(wú)法用量具測(cè)量時(shí),則應(yīng)采用坐標(biāo)紙或卷尺包裹外徑的方法測(cè)量,測(cè)量時(shí)應(yīng)注意管壁外涂覆層、銹蝕、焊縫等的影響。管道壁厚可以用測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)量。
管道內(nèi)若有樹里,應(yīng)確定其材質(zhì)和厚度。使用中我們發(fā)現(xiàn)一些管道采用水泥砂漿襯里防腐,對(duì)聲波信號(hào)的傳輸有較大的影響,若測(cè)量不準(zhǔn)確會(huì)影響超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度,甚至造成流量計(jì)無(wú)法正常工作。
3、換能器的安裝
根據(jù)超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理,換能器的安裝是影響測(cè)量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因素。當(dāng)采用V法安裝時(shí),兩個(gè)換能器的水平位置較易保證。當(dāng)采用Z法安裝時(shí),應(yīng)當(dāng)用坐標(biāo)紙包裹管道,再沿中線對(duì)折,然后將兩個(gè)換能器的水平中心對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)紙兩端進(jìn)行安裝,這樣可以保證換能器發(fā)射的聲波信號(hào)穿過(guò)管道軸線,減小對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。超聲波流量計(jì)換能器安裝時(shí)應(yīng)避開管道頂部和底部,盡量安裝在管道的水平位置,或者在與水平直徑成45°角的范圍內(nèi),還應(yīng)注意避開焊縫。管道的頂部易積聚氣體,底部易沉淀雜物,氣體、雜物和焊縫都會(huì)使超聲波信號(hào)發(fā)生非正常的反射,從而影響超聲波流量計(jì)的測(cè)
量準(zhǔn)確度,甚至造成流量計(jì)無(wú)法正常工作。
根據(jù)流量計(jì)計(jì)算出的安裝距離安裝換能器,應(yīng)綜合參考流量計(jì)的信號(hào)強(qiáng)度,測(cè)得聲速值、信號(hào)質(zhì)量、安裝距離檢査等參數(shù)將換能器安裝位置調(diào)整到zui佳位置。在調(diào)整換能器時(shí)應(yīng)注意不要只保證信號(hào)強(qiáng)度zui佳,而忽略安裝距離、聲速值等參數(shù);也不要只保證安裝距離而忽略其他參數(shù)。安裝距離是根據(jù)使用者輸入的參數(shù)計(jì)算出的理論值,若管道截面圓度不夠、內(nèi)壁有結(jié)垢等情況,就會(huì)使實(shí)際安裝距離和理論距離出現(xiàn)差異。若超聲波流量計(jì)測(cè)得聲速值與實(shí)際聲速值相差超過(guò)±2℃時(shí),流量計(jì)測(cè)得瞬時(shí)流量值與實(shí)際流量值也會(huì)出現(xiàn)差異。
4、經(jīng)過(guò)檢定、校準(zhǔn)的超聲波流量計(jì)使用不正確
超聲波流量計(jì)一般配有兩副或三副換能器,每副換能器所適用的管徑各不相同。因此,在實(shí)際使用中轉(zhuǎn)換器與換能器的組合應(yīng)當(dāng)與檢定、校準(zhǔn)時(shí)相一致。例如:若用轉(zhuǎn)換器配中型
換能器在DN400管徑上用Ⅴ法進(jìn)行檢定、校準(zhǔn),那么在現(xiàn)場(chǎng)也必須用轉(zhuǎn)換器配中型換能器在DN400管徑上使用V法進(jìn)行測(cè)量。若在其它管徑上或配其它類型的換能器使用,都不能保證流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。使用中我們發(fā)現(xiàn)超聲波流量計(jì)配同一副換能器在不同的管徑上檢定、校準(zhǔn)會(huì)得到不同的修正系數(shù)。相同類型的換能器因技術(shù)水平所限不具有互換性,也會(huì)得到不同的修正系數(shù)。另外,不同的安裝方式也會(huì)得到不同的修正系數(shù)。
使用者應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況,將所有需要被測(cè)量的管徑和使用的換能器以及采用的安裝方式都要進(jìn)行檢定、校準(zhǔn)。有些使用者用一副換能器在一個(gè)管徑上檢定、校準(zhǔn)后得到的修正系數(shù),用于其它所有的管徑,這樣往往會(huì)影響流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。另外,使用者在每次測(cè)量開始前,均應(yīng)檢査流量計(jì)內(nèi)的修正系數(shù),保證其為經(jīng)檢定、校準(zhǔn)后給出的系數(shù)。
對(duì)于插人式超聲波流量計(jì),插人深度是關(guān)鍵因素。我們建議使用者送檢時(shí)應(yīng)將現(xiàn)場(chǎng)使用的插入短管一同送檢。檢定、校準(zhǔn)結(jié)束后不要拆卸換能器,應(yīng)保持檢定、校準(zhǔn)時(shí)的狀態(tài)不變安裝在現(xiàn)場(chǎng)管道上,這樣才能保證流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。
四、結(jié)束語(yǔ)
超聲波流量計(jì)在使用時(shí)受人為操作的影響較大,使用者若能在使用中注意上述幾個(gè)方面的問(wèn)題,將會(huì)提高它的測(cè)量準(zhǔn)確度。超聲波流量計(jì)的方便性和經(jīng)濟(jì)性是其它流量計(jì)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),它已經(jīng)得到越來(lái)越多用戶的認(rèn)可。