超声流量计用于液体流量仪表在线校准方法研究

刘大友

摘 要：便携式超声流量计具有较高的准确高，同时其安装也相对简单，该文主要探讨利用超声流量计用于液体流量仪表在线校准方法，从而解决液体流量仪表在线校准问题。

关键词：超声流量计 液体流量仪表 在线校准 测量偏差

中图分类号：TH814 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0061-01

液体流量仪表是企业生产管理的重要工具，其直接作用于企业的节能及成本核算，在能源计量和节能减排中得到了广泛的应用。不过其拆卸繁琐、不能断流等特征决定了大部分液体流量仪表不能达到定期送实验室检定的要求，因此，量值溯源问题亟待解决。目前，应用比较广泛的方法是通过便携式超声波流量计进行在线校准。本文主要探讨利用超声流量计用于液体流量仪表在线校准方法，从而解决液体流量仪表在线校准问题。

1 工作原理

目前，使用比较广泛的液体流量仪表在线校准方法是超声流量计比对法，通过对不同流速所产生的超声波信号进行检测，从而确定流量值。主要有传播速度差法、多普勒法等。

超声波流量计用于液体流量仪表在线校准的主要方法为传播速度差法，利用测量超声波脉冲和逆流所传播的时速差别来提供液体的速度，其具有较高的精准度。一般情况下，声波在液体中的实际传播速度由两个部分组成，在介质静止状态下，声波的传播速度及流体轴向平均速度在声波传播方向上的分量。如公式1所示，顺流和逆流传播时间与各量之间的关系：

从公式1中，可以得出流体流速的表达式

在表达式中，代表超声波在流体中逆流传播时间；代表超声波在流体中顺流传播时间；代表声道长度；代表声道角。

2 在线校准方法

标准表比对法是超声流量计在线校准的主要方法，在规定时间读取被检表和标准表的累计值，按照下列3个公式进行计算。

在以上公式中，代表第i流量点第j次校准时流量计示值；代表第不i流量点第j次校准时标准表值；是被校流量计第i流量点示值误差；是被校流量计第i流量点重复性。

需要注意的是，通常情况下，便携式超声流量计的准确度为0.5级，当检定超声探头管径与校准管径比在2以上或者是1/2以下时，那么就要再加上一个0.5%的附加误差，所以超声流量计的最大误差必须要在0.5%～±1.0%范围之间。由于大部分超声流量计在线校准结果偏差为±3.0%，所以很难作出精准性的判断。因此，可以采取使用中检验，尽量保持与上次校准一系列校准条件相同的环境下进行两次校准系统差的变化比较。

2.1 技术要求

在线校准的便携式超声流量计的基本误差在±0.5%以上，且按照规定进行安装、使用。所使用的卷尺、测厚仪等辅助工具必须具有检定证书。校准时一系列环境因素应符合校准要求，比如温度、磁场、机械振动等等。

2.2 计算方法

（1）管径测量。在换能器安装位置周围相同截面上测量n次外直径，也可以通过周长测量来推算外直径。

（2）壁厚测量。在换能器安装位置分别选定5个点，利用测厚仪对管道的壁厚进行测量，取平均值。

（3）安装标准表。将之前所得的管道参数输入标准表中，从而得到换能器安装距离L。在所安装的标准表的管道上对换能器进行标注。清除管壁，做好准备工作，在换能器的发射面紧贴于管壁，并将换能器固定，并调试换能器信号。

（4）零点检查。在可停流的管道上检查流量计的零点流量，如果不符合零点检验要求，需要设定标准表的动态零点检验。

（5）校准位置及次数。参照不同校准现场的实际情况来确定校准流量点，所有的流量点都要进行3次校准。当现场流量不能进行调节时，需要采取不同时间的流量点，通常可以选择3个左右。记录所有的校准数据，包括流量讲和标准表的所有示值，如果数值是瞬时值，那么数值应该要取20个以上的平均值。

（6）测量偏差。

流量计的测量偏差计算公式

在上面两个公式中，是流量计校准点测量偏差中的最大值；是同一个校准点测量所得的流量计系数的平均值；是首次校准点测量所得的流量计系数的平均值。

流量计系数的计算方法公式：

在上面两个公式中，是i点第j次校准标准流量计示值；是被检流量计示值；即为流量计系数。

（7）校准结果。

被校流量计的测量偏差E和重复性Er，必须要达到以下两个公式（10）、（11）的要求，如果无法满足，应考虑把流量计送实验室检定。

在（10）、（11）两个公式中，是校准表的最大允许误差；是被校流量计最大允许误差。

3 结语

在进行现场校准时示值的误差相对较大，不过两次校准的流量测量的偏差相对较小，因此，被校流量计测量准确性没有出现明显变化，为液体流量仪表在线量值溯源提供了方便、简单的途径。

参考文献

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