影响气体超声波流量计计量精度的因素分析

车义

摘 要：超声波气体流量检测技术作为一项新型技术，以其自身可靠性、稳定性等优势在天然气输送等多个领域中得到了广泛应用和普及。但是受到诸多因素的影响，气体超声波流量计计量精度存在很多不确定性，难以发挥其积极作用。文章将从气体超声波流量计计量运行原理入手，分析和研究降低设备计量精度的各类因素，并在此基础上提出相应的调整措施。

关键词：气体超声波；流量计；计量精度；影响因素

前言

气体超声波流量计在相关领域中已经获得了十分成功的应用，国外学者对此进行了大量研究。相比较而言，我国对于超声波流量计的研究较少，而气体超声波流量计存在信号不稳定、信噪比较高等问题，严重制约了其产品化发展。因此加强对影响气体超声波流量计计量精度的研究对于丰富理论研究成果具有现实意义。

1 气体超声波流量计计量运行原理

当前，较为常见的超声波流量计系统能够在计算机技术支持下，直接输出标准条件下体积量。而气体超声波流量计将天然气作为基础，通过压力变送器、在线色谱分析仪等设备完成计量工作。相比较传统设备而言，这种计量模式不仅能够提高工作效率，还能够为科学决策提供依据，该设备将成为使用领域未来发展的必然选择。

在具体应用中，超声波流量计信号处理单元通过对筒体中的气体流速等要素进行测量，然后利用在线色谱分析仪等设备计算获得体积流量，最后上传至站控系统当中。

2 降低气体超声波流量计量精度的主要因素分析

影响气体超声波流量计量精度因素很多，较为关键的体现在三个方面：

2.1 信号方面

超声波理想媒介中传播，不会出现声波减弱现象，相反，在非理想媒介中传播过程中，声波会随之距离的增加而呈现递减的趋势，形成将声波转换为热耗散的过程。在研究中能够发现引起媒介对声波吸收的因素较多，主要由粘滞吸收与热传导两部分构成。声波的具体计算公式如下：

？琢=？琢x+？琢1+？琢R

公式中？琢为声音衰减系数。如某流量计系统中采取的200kHz地超声波发生器，信号经过放大和滤波环节后，当探头距离在30cm之内，理论曲线与实际曲线相重合；当距离超过30cm之外，实际信号曲线斜率比理论斜率小，出现这种情况的原因在于噪声的产生[1]。

超声波流量计工作是超声波在不同介质与流向中速度差异进行的计量。超声波在通道中传播时间是设备进行流量计算的主要因素。在设备运行过程中，超声信号对于计量产生的影响具体表现如下：调压阀与节流装置产生的噪声为宽频噪声，高频部分随着节流装置前后压差和流量增加而增加，进而影响超声信号传输，最终降低计量准确性。由此可见，对于计量精度而言，应尽量控制噪声的产生。

2.2 硬件方面

时差法超声波流量计的计量精度主要是超声波顺逆流的时间计时精度，计算公式如下：

v=（t2-t1）Lt■■t■■arccos？兹

试验表明，当传感器之间的安装距离相对误差在5%之内时，流量相对误差在10%，也就是说前者越大，后者也将随之增加。而管道内径相对误差为-3.3%时，流量误差为-5%[2]。同时，超声波流量计换能器、信号处理等配件的安装质量也将影响设备运行。如某计量站流量安装运行后，受到第二声道探头接线松动引起的声道声速变小，导致设备计量精度大打折扣。

受到换能器信号线的影响，计量结果偏低，使得计量系统无法准确进行计量。就超声波流量计特性而言，流速沿着轴线均匀分布的流态能够改善计量不准确情况，所以在流量计上下游位置进行调整，能够避免由于硬件安装造成的计量精度不高问题。

2.3 流场方面

流场作为重要影响因素，虽然当流体流速较小时，其沿着直线传播，但是这种差别仍然不容忽视。在特定条件下，设备偏移距离与探头半径相当，收到的信号幅值将会被削弱，进而影响到计量精度。此外，在流量计运行过程中，压力、温度测量都是由现场远传仪表完成测量目标，该数值直接参与到流量计算当中[3]。就公式来看，获取的压力和温度对于流量计计量结果具有直接影响。压力与流量之间呈正相关，而温度与流量呈现负相关。受到工作环境等外界因素的变化，得到的测量结果也会发生偏差。综上所述，气体超声波流量计计量精度影响因素不仅限于某一方面，要想提高其计量精度，需要从多个方面入手。

3 提高超声波流量计计量精度有效措施

3.1 重视对设备的监测

气体超声波计量在设计之初都设置了自诊断系统，能够利用计算机对数据进行深入分析和判断，帮助工作人员了解和掌握设备运行实际情况。因此在具体运行过程中，可以对设备进行定期检查，如果发现实际测得声速与计算声速超过0.2%，应采取相应措施，对设备进行调整，以避免计量精度低带来的不便[4]。另外，还可以观察效率因子，如果出现突变或者高频率大幅度正负跳变时，证明流量计运行已经存在明显不稳定的情况，且设备在运行过程中，其电压增益值数字趋于稳定化，且增加幅度不明显，一旦数值出现突增情况，表示信号接收强度开始减弱，需要对设备进行调整和优化，以获得较为准确的计量精度。

3.2 避免造成的产生

上文提到噪声对于流量计计量精度具有直接影响。因此应尽量确保计量前后阀门全开，促使下游调节阀对流量进行调节。由于气体超声波流量计上游阀门节流时，能够产生人耳听到和听不到的声音，一旦这种声波的频率与设备工作频率产生共振时，将会降低信噪比，影响到计量准确性。而通过阀门全开，能够有效避免这一问题的出现，显著提高计量准确性。

3.3 确保被测介质流速均匀性

对于流场问题，应尽量保持被测介质流速、流量等稳定性，并符合流量计运行要求。如果压力偏低，流体交易发生流动及转换，在流经流量计时，超声换能器穿越不同流态介质将会产生误差，因此保证流场稳定是提高流量计计量精度的前提[5]。同时还应注重对设备的日常维护与保养，确保设备始终保持在良好状态下运行，避免外界因素对流量计计量精度产生的消极影响。

4 结束语

根据上文所述，气体超声波流量计计量系统作为一项基础设备，在促进石油领域健康发展等方面占据十分重要的位置。为了能够提高流量计计量精度，我们首先要明确影响其精度的各类因素，并从多个方面入手，制定針对性解决方案，减少超声波噪声的产生、加强对流量计设备运行情况的监督和测试，及时消除不良影响因素，不断提高计量精度，从而促使设备实际价值得到有效发挥。

参考文献

[1]董林虎，栾万龙，陈秀秀，等.气体超声波流量计计量系统性能影响因素分析[J].中国石油和化工标准与质量，2013（6）：117.

[2]陈文.天然气超声波流量计的应用分析[J].中国石油和化工标准与质量，2012（1）：217+281.

[3]冯伟龄.浅谈气体超声波流量计在天然气流量计量中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2015（6）：162-163.

[4]杨斌，何小平，吕小瑞等.T型头在提高气体超声波流量计信 比中的应用分析[J].仪器仪表标准化与计量，2014（4）：37-39.

[5]喻勇，石晓栊，冯玉.浅谈气体超声波流量计换能器性能下降对天然气计量的影响[J].价值工程，2015（21）：115-117.