探究液体流量计用超声流量计在线比对的影响因素

2020-02-24王标

福建质量管理 2020年17期

王标

(广州能源检测研究院广东广州 510000)

一、引言

液体流量计大量的使用在能源计量、节能减排等相关的领域，它们是衡量企业生产经营状况的重要工具，液体流量计的准确计量关系到企业的节能和成本核算。但由于拆卸不方便、无法切断流量等各种情况，大多数液体流量计都不可能根据检测规定规程定期取出送到实验室检测其工作状态。如何在不影响液体流量计正常运行的前提下解决量值溯源的问题，是老企业、技术单位迫切需要解决的技术问题。由于国内没有有效的液体流量计在线校准方法，又没有标准的流量计，其测量精度是在线流量计的三倍以上[1]。因此，传统的方法是以便携式超声波流量计作为标准，来进行相关的在线对比。通过对便携式超声波流量计进行了比较，并提出了一些解决相关公司液体流量计在线校准问题的思路。

二、主要的工作原理

从目前来看，以往的离线校准方法现在已经不能匹配检测行业发展的需要，因此在线校准方法就开始进入企业的视线。在线校准的方法与传统的方法相抵其校准结果的准确性较好[2]。超声流量计通常用于液体流量计的在线校准过程中，它的主要工作原理是检测不同流量液体产生的超声波信号来确定流量值。超声波流量计可以采用多种方法进行在线校准，常用的在线校准方法主要有多普勒法和传播速度差法。超声流量计主要采用传播速度差法对液体流量计进行在线校准。这一检测方法利用超声波逆流和脉冲传播的速度差来确定液体流速。该方法对超声信号传输的干扰小，具有较高的精度。一般来说，当介质静止时，声波在液体中的实际传播速度是由流体在声学方向上的平均轴向速度和声波传播速度的分量组成的。在液体流量计在线校准过程中，应考虑逆流传播时间与顺游传播时间的关系，灵活利用液流量计算公式。超声波的传播速度在静态液体中和动态液体中的传播速度差别较大。超声波的传播速度与液体的流速之间有较大的关联，超声波流量计就是根据这一原理进行工作。

三、超声流量计的特点

作为一种非接触式仪表，超声流量计可以用来测量大管径流体的流量同时也测量不易接触、不易观察的流体的流量[3-5]。它的测量精度非常准确，很少受到不同介质的不同参数的影响。量程比高，机械传动部件不易损坏，无需维护，使用寿命长。独特的数字信号处理方法，使仪器的测量信号更加稳定，抗干扰能力强，测量精度高。超声流量计主要由流量计本体、超声换能器及其安装部件、信号处理单元和流量计算机构成。较为前沿的控制理论和先进的电路设计为各种流量计功能的实现打下了坚实的基础。想要提高流量测量的准确性，还需要进一步改进测量电路的设计，以提高声速的测量。超声流量计的高集成电路设计必然会增加设计制造的花费以及困难程度。如果出现故障问题，相应的维修仪器困难程度也会提高，超声波流量计测量流体温度的变化范围会受到传感器和耦合材料耐高温程度的影响，和流体传播速度在高温下数据的缺失。目前，超声波流量计不适合测量200℃以上的流体。

四、影响因素

(一)声速的影响。超声波流量计可以检测多种流体流量，在其中可以对多种流体进行选择，超声波流量计在选择流体类型和流体温度之后，会自动显示流体中相应的声速。如果超声流量计没有流体测量选项，则必须手动输入。卡箍式超声流量计的传感器要在管道外进行安装，因此还必须考虑管道对声速的影响。要根据管道材料的不同正确的输入管道的材料参数以及如果管道内壁有涂层还需要考虑涂层的厚度以及涂层的厚度，如果是碳钢等管道，还应考虑管道内部的腐蚀因素，管道内壁的腐蚀会产生气泡或锈蚀，铁锈与管道之间会形成空隙，严重影响声速的测量。如果管道已经使用了很长一段试件，内部或许产生了腐蚀,在选定测量位置时可以通过敲击的方法振击管道内部的铁锈，使其脱落，同时敲击会使管道内壁上附着的气泡随流体流失，减小对检测的影响。

(二)耦合剂的影响。利用超声流量计在线校准液体流量计时，一般会涂敷一层耦合剂在换能器外表面。耦合剂的使用是为了便于测量，但如果使用不符合要求，将会影响测量结果的准确性。一些测量员测量的数据超出正常范围时，很有可能是耦合剂的厚度超出了正常的范围导致的。

(三)声道长度的影响。已知管道的参数，在选择超声波流量计传感器时，声道的长度只与安装传感器的方式有联系。安装超声波流量计传感器的方法主要包括V、Z和W法安装。方法Z主要用于DN10以下的小管道(有特殊安装)和DN500以上的大直径管道;V法安装，两个传感器在管道的同一侧，保证两个传感器在管道的同一侧并且平行于轴线在同一直线上比较简单;安装方法v时，两个传感器分布在管道两侧，传感器与管道的连接点应在同一平面内，包括管道轴线。在安装过程中，传感器安装的位置应依据管道的走向来进行确定。

(四)测厚探头与镜面不垂直的影响。使用超声波流量计在线校准液体流量计时，应设置测厚探头，测厚探头应根据操作规范尽可能垂直于镜片表面。但是，由于缺乏液体流量计在线校准的基础知识，一些测量师往往忽略测厚探头的设置，导致测厚探头和镜面的出现表面不垂直，最终影响结果的精度。

(五)流体的平均流速。超声波流量计的原理是测量管道中的平均轴向流速，推断出管道中的流量，而保证平均轴向流速测量的准确性和可靠性就显得尤为重要。超声流量计测得的流体应充分发展紊流。为保证管道流量满，在选择超声波流量计安装位置时，水平管道不应位于最高点。如果安装超声波流量计的管道不是水平的，从下到上选择流体管道，确保管道充满，无气泡。超声流量计的流量测量是基于理想的流速分布。如果管内流速分布不均匀，则无法获得理想的测量结果。必须有足够的直管段，使流体的速度分布达到理想状态，才能保证所测结构能够反映管道中流体的真实的速度。