超聲流量計用于液體流量儀表在線校準方法研究

劉大友

摘 要：便攜式超聲流量計具有較高的準確高，同時其安裝也相對簡單，該文主要探討利用超聲流量計用于液體流量儀表在線校準方法，從而解決液體流量儀表在線校準問題。

關鍵詞：超聲流量計 液體流量儀表 在線校準 測量偏差

中圖分類號：TH814 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0061-01

液體流量儀表是企業生產管理的重要工具，其直接作用于企業的節能及成本核算，在能源計量和節能減排中得到了廣泛的應用。不過其拆卸繁瑣、不能斷流等特征決定了大部分液體流量儀表不能達到定期送實驗室檢定的要求，因此，量值溯源問題亟待解決。目前，應用比較廣泛的方法是通過便攜式超聲波流量計進行在線校準。本文主要探討利用超聲流量計用于液體流量儀表在線校準方法，從而解決液體流量儀表在線校準問題。

1 工作原理

目前，使用比較廣泛的液體流量儀表在線校準方法是超聲流量計比對法，通過對不同流速所產生的超聲波信號進行檢測，從而確定流量值。主要有傳播速度差法、多普勒法等。

超聲波流量計用于液體流量儀表在線校準的主要方法為傳播速度差法，利用測量超聲波脈沖和逆流所傳播的時速差別來提供液體的速度，其具有較高的精準度。一般情況下，聲波在液體中的實際傳播速度由兩個部分組成，在介質靜止狀態下，聲波的傳播速度及流體軸向平均速度在聲波傳播方向上的分量。如公式1所示，順流和逆流傳播時間與各量之間的關系：

從公式1中，可以得出流體流速的表達式

在表達式中，代表超聲波在流體中逆流傳播時間；代表超聲波在流體中順流傳播時間；代表聲道長度；代表聲道角。

2 在線校準方法

標準表比對法是超聲流量計在線校準的主要方法，在規定時間讀取被檢表和標準表的累計值，按照下列3個公式進行計算。

在以上公式中，代表第i流量點第j次校準時流量計示值；代表第不i流量點第j次校準時標準表值；是被校流量計第i流量點示值誤差；是被校流量計第i流量點重復性。

需要注意的是，通常情況下，便攜式超聲流量計的準確度為0.5級，當檢定超聲探頭管徑與校準管徑比在2以上或者是1/2以下時，那么就要再加上一個0.5%的附加誤差，所以超聲流量計的最大誤差必須要在0.5%～±1.0%范圍之間。由于大部分超聲流量計在線校準結果偏差為±3.0%，所以很難作出精準性的判斷。因此，可以采取使用中檢驗，盡量保持與上次校準一系列校準條件相同的環境下進行兩次校準系統差的變化比較。

2.1 技術要求

在線校準的便攜式超聲流量計的基本誤差在±0.5%以上，且按照規定進行安裝、使用。所使用的卷尺、測厚儀等輔助工具必須具有檢定證書。校準時一系列環境因素應符合校準要求，比如溫度、磁場、機械振動等等。

2.2 計算方法

（1）管徑測量。在換能器安裝位置周圍相同截面上測量n次外直徑，也可以通過周長測量來推算外直徑。

（2）壁厚測量。在換能器安裝位置分別選定5個點，利用測厚儀對管道的壁厚進行測量，取平均值。

（3）安裝標準表。將之前所得的管道參數輸入標準表中，從而得到換能器安裝距離L。在所安裝的標準表的管道上對換能器進行標注。清除管壁，做好準備工作，在換能器的發射面緊貼于管壁，并將換能器固定，并調試換能器信號。

（4）零點檢查。在可停流的管道上檢查流量計的零點流量，如果不符合零點檢驗要求，需要設定標準表的動態零點檢驗。

（5）校準位置及次數。參照不同校準現場的實際情況來確定校準流量點，所有的流量點都要進行3次校準。當現場流量不能進行調節時，需要采取不同時間的流量點，通常可以選擇3個左右。記錄所有的校準數據，包括流量講和標準表的所有示值，如果數值是瞬時值，那么數值應該要取20個以上的平均值。

（6）測量偏差。

流量計的測量偏差計算公式

在上面兩個公式中，是流量計校準點測量偏差中的最大值；是同一個校準點測量所得的流量計系數的平均值；是首次校準點測量所得的流量計系數的平均值。

流量計系數的計算方法公式：

在上面兩個公式中，是i點第j次校準標準流量計示值；是被檢流量計示值；即為流量計系數。

（7）校準結果。

被校流量計的測量偏差E和重復性Er，必須要達到以下兩個公式（10）、（11）的要求，如果無法滿足，應考慮把流量計送實驗室檢定。

在（10）、（11）兩個公式中，是校準表的最大允許誤差；是被校流量計最大允許誤差。

3 結語

在進行現場校準時示值的誤差相對較大，不過兩次校準的流量測量的偏差相對較小，因此，被校流量計測量準確性沒有出現明顯變化，為液體流量儀表在線量值溯源提供了方便、簡單的途徑。

參考文獻

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