超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)及誤差分析

1、超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)及誤差分析姚新益(中山市供水總公司, 中山528403摘要本文探討了超聲波流量計(jì)的特點(diǎn), 并對(duì)其誤差進(jìn)行了分析, 在此基礎(chǔ)上介紹了使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)和它的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞超聲波流量計(jì)傳感器誤差分析一、引言, 年代后, , 增強(qiáng)了它的數(shù), , 同時(shí)具備了自檢功能, 可自動(dòng)修正流場(chǎng)分布的變化所造成的誤差。這就促進(jìn)了超聲波流量計(jì)的發(fā)展, 并得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。二、超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)目前, 我國(guó)主要使用的流量計(jì)有:差壓式、容積式、轉(zhuǎn)子式、渦輪式、電磁式和超聲波式等。這些流量計(jì)都有各自的特點(diǎn)。近幾年, 在流量計(jì)量中, 特別是大口徑的流量計(jì)中, 超聲波流量計(jì)逐步取代原來(lái)的差壓流量計(jì)、渦

2、輪流量計(jì)和電磁流量計(jì)。究其原因, 主要因?yàn)槌暡髁坑?jì)具有以下優(yōu)點(diǎn):11安裝維修方便, 尤, 這一優(yōu)點(diǎn)更加明顯, 可。這幾年, 隨著夾裝式傳感器的廣泛使用, 在安裝和維護(hù)超聲波流量計(jì)時(shí)不用在管道上打孔或切斷流量。21測(cè)量管徑大超聲波流量計(jì)最大測(cè)量管徑可達(dá)10m , 這是其它流量計(jì)所不能比擬的。同時(shí), 超聲波流量計(jì)的價(jià)格不受管徑影響, 而其它流量計(jì), 管徑越大, 價(jià)格越高。31測(cè)量可靠性高超聲波流量計(jì)不管是外夾式安裝或是濕式安裝, 基本上都不影響流場(chǎng), 無(wú)可動(dòng)部件, 無(wú)壓力損失。同時(shí), 傳感器以微機(jī)為中心, 采用鎖相環(huán)路或新型計(jì)時(shí)方法, 解決了信號(hào)衰減、噪音干擾及電路故障等影響, 這樣就使測(cè)量具

3、有很高的可靠性。41不受流體參數(shù)影響超聲波流量計(jì)的測(cè)量不受流體的物理性能和參數(shù)(如粗糙度、導(dǎo)電率等 的影響, 輸出表4數(shù)據(jù)中, X i 的平均值為X=0121( , Y i 的平均值為Y =0120( , Z r 的平均值為Z r =01217( , 則X -Y =0101(X-Z 0102(可見工作區(qū)水平溫差0101, 工作區(qū)垂直溫差0102。所測(cè)試結(jié)果表明:油槽控溫能力完全符合其說(shuō)明書技術(shù)指標(biāo)的要求, 也符合JJG 12889二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)檢定規(guī)程對(duì)恒溫槽的要求, 可以開展相關(guān)檢定或測(cè)試工作。參考文獻(xiàn)1D 59-31 YN 型精密油槽使用說(shuō)明書2JJG 12889二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)檢定

4、規(guī)程, 中國(guó)計(jì)量出版社3劉子芳, 楊忠祥編著1檢定裝置的溫度控制, 中國(guó)計(jì)量出版社04計(jì)量技術(shù)199918 與流量成良好的線性關(guān)系。因此測(cè)量范圍較大, 可達(dá)101或更高。51可以很方便進(jìn)入自動(dòng)控制系統(tǒng)流量計(jì)的工作可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制, 測(cè)量結(jié)果可自動(dòng)顯示、打印。設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)的通用接口, 輸出標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào), 因此可與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)直接聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。超聲波流量計(jì)也存在一些缺點(diǎn):11傳感器的安裝直接影響到計(jì)量的準(zhǔn)確度, 因此對(duì)安裝的要求十分嚴(yán)格。21準(zhǔn)確度不及電磁流量計(jì), 現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確度級(jí)別一般為115215級(jí), 國(guó)產(chǎn)電磁流量計(jì)的準(zhǔn)確度級(jí)別可達(dá)510級(jí)。三11超聲波流量計(jì)傳感器的安裝誤差對(duì)測(cè)量結(jié)

5、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。下面是法國(guó)FLU T E 公司生產(chǎn)的U F 321型便攜式流量計(jì)對(duì)安裝尺寸的情況介紹。該表已在開封“國(guó)家水大流量計(jì)量站”校準(zhǔn), 準(zhǔn)確度級(jí)別為115級(jí)。將它安裝在內(nèi)徑為1200mm 的管道(全祿水廠出水管 上, 然后進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)流量保持穩(wěn)定, 其它測(cè)試條件相同, 只改變兩個(gè)傳感器之間的距離D 在管徑為1200mm , 10mm , =1063mm 。表1 圖1當(dāng)D 比要求的距離短50mm , 即D 的相對(duì)表1D (mm 流量(m 3 h 平均(m 3 h 494049024886483248684901488349624

6、92848384890誤差為:(-50 1063 ×100=-417時(shí), 流量的相對(duì)誤差為(4048-4423 4423×100=-815; 當(dāng)D 比要求的距離長(zhǎng)50mm , 即D的相對(duì)誤差為:(50 1063 ×100=417時(shí),流量的相對(duì)誤差為:(4890-4423 4423×100=1016。可見, 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)一定要把誤差控制到最小。21管道內(nèi)徑誤差理論上, 1的內(nèi)徑誤差會(huì)導(dǎo)致2的流量測(cè)量誤差。下面就內(nèi)徑誤差對(duì)流量的影響用便攜式流量計(jì)進(jìn)行測(cè)試。水管內(nèi)徑為1200mm , 測(cè)試時(shí)流量保持穩(wěn)定, 其它測(cè)

7、量條件相同。測(cè)試數(shù)據(jù)列于表2。當(dāng)內(nèi)徑的相對(duì)誤差為:(1180-1200表2D (mm 流量(m 3 h 平均(m 3 h 402340724098406539824038407740454048402140471200×100=-117時(shí), 流量的相對(duì)誤差為:(3927-4047 4047×100=-310;14計(jì)量技術(shù)199918 當(dāng)內(nèi)徑的相對(duì)誤差為:(1160-1200 1200×100=-313時(shí), 流量的相對(duì)誤差為:(3824-4047 4047×100=-515。可見, 流量測(cè)量誤差大約為管徑誤差的2倍, 為了減小管徑誤差的影響, 一般把實(shí)測(cè)內(nèi)

8、徑輸入流量計(jì), 這樣可減小內(nèi)徑對(duì)測(cè)量的影響。31管道的壁厚誤差壁厚誤差只對(duì)夾裝探頭有影響。表3是在800mm 輸水鋼管(管壁厚度為10mm 上用便攜式超聲波流量計(jì)做的測(cè)試。測(cè)試時(shí)流量保持穩(wěn)定, 其它測(cè)量條件相同。測(cè)試數(shù)據(jù)見表3。由表3的數(shù)據(jù)可以看出:當(dāng)壁厚取20mm ,表3臂厚(mm 流量(m 3 h (m 3 h 1940191119041935188419381930即壁厚的相對(duì)誤差為100, 差為:(1961-1986-113; 30200時(shí), :(1930-1986 1986×100-218。在實(shí)際測(cè)量中, 壁厚誤差不可能達(dá)到100, 所以其對(duì)流量的影響可以忽略不計(jì)。41測(cè)量

9、條件所造成的誤差由超聲波流量計(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。參考各種資料及流量計(jì)的使用手冊(cè), 一般要求上游有510倍管徑的直管段, 下游有35倍管徑的直管段。四、超聲波流量計(jì)存在的問題及展望盡管超聲波流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)不及電磁流量計(jì), 但由于其具備其它流量計(jì)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn), 使用量正在逐年增加。當(dāng)然, 超聲波流量計(jì)還有許多問題尚待進(jìn)一步探討, 如超聲波流量計(jì)的交叉干擾、無(wú)線電干擾、水管積垢及所測(cè)管徑圓度對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確。另外, 現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的超聲波流量計(jì)出廠并沒有經(jīng)過容積法的校準(zhǔn), 進(jìn)口流量計(jì)也無(wú)校驗(yàn)報(bào)告。有的廠家采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器校準(zhǔn)超聲波流量計(jì)的二次儀表, 但從根本說(shuō), 這并不能代替容積法校準(zhǔn)?？梢灶A(yù)見, 隨著對(duì)超聲波流量計(jì)特點(diǎn)的了解, 它將逐步作為流量計(jì)測(cè)量的主要儀表。屆時(shí)將要求制定完善的規(guī)程, 為生產(chǎn)、使用提供必要規(guī)范。結(jié)論通過對(duì)超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)及測(cè)量中的誤差來(lái)源進(jìn)行分析, 可以看出:11