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管道參數對(duì)便攜式超聲波流量計測量的(de)影(yǐng)響
便攜式超聲波流量計可(kě)從管道外側方便的(de)測量流量。其測量管徑大(dà)，測量範圍廣，安裝方便，沒有壓力損失且不影(yǐng)響管道内流體的(de)正常流通(tōng)；加上攜帶方便，可(kě)用(yòng)電池操作，使之應用(yòng)廣泛。但便攜式超聲波流量計傳感器的(de)安裝與參數設置直接影(yǐng)響到計量的(de)準确性，筆者在0.05級流量标準裝置上對(duì)日本富士公司生産的(de)FUJI ELECTRIC便攜式流量計進行了(le)相應實驗，介紹如下(xià):
1、傳感器安裝導緻的(de)誤差
超聲波流量計傳感器的(de)安裝誤差對(duì)測量結果影(yǐng)響很大(dà)，兩個(gè)傳感器之間的(de)距離有嚴格的(de)要求，一定要按規定的(de)尺寸安裝。
圖1是FUJI ELECTRIC便攜式流量計V型安裝示意。經安徽省大(dà)流量計量站檢定（标準裝置準确度±0.05%，流量穩定度優于0.05%）, 該表準确度爲1.0級。将該表安裝在内徑d=150mm，外徑D=159mm，壁厚h=4.5mm的(de)管道上進行測試時(shí)，儀表指示探頭距離L=112.04mm。測量時(shí)流量保持不變，其它測試條件相同，隻改變傳感器之間的(de)距離L,測得(de)數據列入表1。
表1 探頭安裝距離誤差±1mm時(shí)的(de)流量測量數據
|
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 |
當探頭的(de)距離有±1mm的(de)誤差，即L的(de)相對(duì)誤差爲：(±1/112.04)×100%=±0.893%。當探頭距離爲111.04mm時(shí)，流量的(de)相對(duì)誤差爲：［(105.94-107.24)/107.24］×100%=-1.21%;當探頭的(de)距離爲113.04mm時(shí)，流量的(de)相對(duì)誤差爲： [(108.52-107.24)/107.24］×100%=1.19%
可(kě)見，傳感器之間的(de)安裝距離誤差對(duì)測量結果的(de)影(yǐng)響非常大(dà)，所以安裝時(shí)一定要把距離誤差控制到最小。
2.管道外徑誤差導緻的(de)流量測量誤差
管道外徑誤差對(duì)便攜式超聲波流量計測量的(de)影(yǐng)響，用(yòng)實際管道外徑D=159mm+1mm的(de)方式進行。測量時(shí)流體保持穩定，其它測量條件相同。測試數據見表2。
表2 管道外徑D測量誤差±1mm時(shí)的(de)流量測量數據
|
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(kě)見，流量測量誤差大(dà)約爲管外徑誤差的(de)2倍多(duō)。爲了(le)減小管外徑誤差的(de)影(yǐng)響，一般把實測外徑輸入流量計，這(zhè)樣可(kě)減小外徑誤差對(duì)測量結果的(de)影(yǐng)響。
3.管道壁厚h導緻的(de)誤差
管道壁厚誤差對(duì)便攜式超聲波流量計測量的(de)影(yǐng)響，用(yòng)實際管道壁厚h=4.5mm+1mm進行測試。測量時(shí)流體保持穩定，其它測量條件相同。測試數據見表3。
表3 管道壁厚h測量誤差±1mm時(shí)的(de)流量測量數據
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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 |
由超聲波流量計的(de)測量原理(lǐ)可(kě)知，傳感器所測量的(de)流速是流體的(de)線速度。隻有流速分(fēn)布均勻才能保證測量的(de)準确度，所以在流量計的(de)上下(xià)遊要有足夠的(de)直管段。一般要求上遊有5-10倍管徑的(de)直管段，下(xià)遊有3-5倍管徑的(de)直管段。
結論
從超聲波流量計的(de)特點及管道參數對(duì)便攜式超聲波流量計測量影(yǐng)響的(de)誤差分(fēn)析中，可(kě)以看出：
1、超聲波流量計在大(dà)口徑管道的(de)流量測量中有其獨特的(de)優勢，是一種方便可(kě)靠的(de)測量手段，有著(zhe)廣泛應用(yòng)前景。
2、管徑誤差、傳感器安裝誤差、管壁測厚誤差對(duì)超聲波流量計測量準确度的(de)影(yǐng)響很大(dà)，但可(kě)通(tōng)過精确實測及嚴格的(de)安裝來(lái)控制。
3、管道陳舊(jiù)，管内積垢過多(duō)而使輸入的(de)管道内徑與實際不同，誤差是較大(dà)的(de)；可(kě)将傳感器移至同一管線上較小管徑段測量，一般此處結垢較薄。當結垢均勻時(shí)，應注意流體通(tōng)過的(de)有效面積減小，測量将呈正誤差；如果知道結垢厚度，可(kě)把它加到内襯厚度中以進行修正。如果結垢非均勻分(fēn)布，則很難知道流體通(tōng)過的(de)面積，流動的(de)狀态也(yě)是不穩定的(de)，此時(shí)便很難保證測量準确度。
超聲波流量計還(hái)有其他(tā)問題尚待進一步探討(tǎo)，如超聲波流量計的(de)交叉幹擾、電磁幹擾、所測管道圓度對(duì)流通(tōng)面積的(de)影(yǐng)響等。
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