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技術(shù)文章

超聲波流量計的測量誤差

閱讀：456發(fā)布時間：2011-6-14

 

　便攜式超聲波流量計可從管道外側(cè)方便的測量流量。其測量管徑大，測量范圍廣，安裝方便，沒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傳感器的安裝與參數(shù)設(shè)置直接影響到計量的準確性，筆者在0.05級流量標準裝置上對日本富士公司生產(chǎn)的FUJI ELECTRIC便攜式流量計進行了相應(yīng)實驗，介紹如下:
　　1、傳感器安裝導(dǎo)致的誤差
　　超聲波流量計傳感器的安裝誤差對測量結(jié)果影響很大，兩個傳感器之間的距離有嚴格的要求，一定要按規(guī)定的尺寸安裝。
 
　　圖1是FUJI ELECTRIC便攜式流量計V型安裝示意。經(jīng)安徽省大流量計量站檢定（標準裝置準確度±0.05%，流量穩(wěn)定度優(yōu)于0.05%）, 該表準確度為1.0級。將該表安裝在內(nèi)徑d=150mm，外徑D=159mm，壁厚h=4.5mm的管道上進行測試時，儀表指示探頭距離L=112.04mm。測量時流量保持不變，其它測試條件相同，只改變傳感器之間的距離L,測得數(shù)據(jù)列入表1。             
　　表1   探頭安裝距離誤差±1mm時的流量測量數(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的相對誤差為：（±1/112.04）×100%=±0.893%。當(dāng)探頭距離為111.04mm時，流量的相對誤差為：［（105.94-107.24）/107.24］×100%=-1.21%;當(dāng)探頭的距離為113.04mm時，流量的相對誤差為： [（108.52-107.24）/107.24］×100%=1.19%
　　可見，傳感器之間的安裝距離誤差對測量結(jié)果的影響非常大，所以安裝時一定要把距離誤差控制到zui小。
　　2.管道外徑誤差導(dǎo)致的流量測量誤差
　　管道外徑誤差對便攜式超聲波流量計測量的影響，用實際管道外徑D=159mm+1mm的方式進行。測量時流體保持穩(wěn)定，其它測量條件相同。測試數(shù)據(jù)見表2。
　　表2    管道外徑D測量誤差±1mm時的流量測量數(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

 
　　當(dāng)外徑有±1mm的誤差時，外徑D相對誤差為：（±1/159）×100%=±0.63%。當(dāng)外徑取為158mm時，流量的相對誤差為：［（106.1-107.99）/107.99］×100%=-1.75%。當(dāng)外徑取為160mm時，流量的相對誤差為：［（109.8-107.99）/107.99］×100%=1.68%
　　可見，流量測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，一般把實測外徑輸入流量計，這樣可減小外徑誤差對測量結(jié)果的影響。
　　3.管道壁厚h導(dǎo)致的誤差
　　管道壁厚誤差對便攜式超聲波流量計測量的影響，用實際管道壁厚h=4.5mm+1mm進行測試。測量時流體保持穩(wěn)定，其它測量條件相同。測試數(shù)據(jù)見表3。
　　表3   管道壁厚h測量誤差±1mm時的流量測量數(shù)據(jù)

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

　　壁厚誤差直接導(dǎo)致內(nèi)徑誤差。壁厚有±1mm的誤差時，內(nèi)徑相對誤差分別為（+2/159）×100%=+1.26%。壁厚取3.5mm時,流量的相對誤差為：［（110.47-108.15）/108.15］×100%=2.15%。壁厚取5.5mm時，流量的相對誤差為：［（105.34-108.15）/108.15］×100%=-2.60%。在實際測量中，壁厚導(dǎo)致內(nèi)徑誤差的影響不可忽視。本實驗中，流量測量的誤差約為管道內(nèi)徑誤差的2倍。
4.測量直管段要求
　　由超聲波流量計的測量原理可知，傳感器所測量的流速是流體的線速度。只有流速分布均勻才能保證測量的準確度，所以在流量計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
　　從超聲波流量計的特點及管道參數(shù)對便攜式超聲波流量計測量影響的誤差分析中，可以看出：
　　1、超聲波流量計在大口徑管道的流量測量中有其*的優(yōu)勢，是一種方便可靠的測量手段，有著廣泛應(yīng)用前景。
　　2、管徑誤差、傳感器安裝誤差、管壁測厚誤差對超聲波流量計測量準確度的影響很大，但可通過實測及嚴格的安裝來控制。
　　3、管道陳舊，管內(nèi)積垢過多而使輸入的管道內(nèi)徑與實際不同，誤差是較大的；可將傳感器移至同一管線上較小管徑段測量，一般此處結(jié)垢較薄。當(dāng)結(jié)垢均勻時，應(yīng)注意流體通過的有效面積減小，測量將呈正誤差；如果知道結(jié)垢厚度，可把它加到內(nèi)襯厚度中以進行修正。如果結(jié)垢非均勻分布，則很難知道流體通過的面積，流動的狀態(tài)也是不穩(wěn)定的，此時便很難保證測量準確度。
　　超聲波流量計還有其他問題尚待進一步探討，如超聲波流量計的交叉干擾、電磁干擾、所測管道圓度對流通面積的影響等

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