摘要为了保证便携式超声波流量计测量的准确,从测量原理和方法出发,介绍了由管道参数安装直管段等几个因素对测量造成的影响,并提出了解决方法。
便携式超声波流量计广泛应用于圆管内流体体积流量的测量,其具有测量精度一、体积小、重量轻、操作方便、利于携带等特点。由于这种特点,便携式超声波流量计的使用,通常是在环境比较恶劣的现场条件下进行的,因而,在实际使用当中,由于现场条件或***操作***的缘故,将会给便携式超声波流量计的测量准确性造成影响。本文针对一些影响测量精度的因素进行简要分析。
1测量原理和方法
1.1测量原理概述由于在任何现存情况下,运动流体中的声速和静止的同一体中的声速之差正比于流体的瞬时速度,因而沿着***条路径发射声高冲并相应地测量它的传播时间,就能够测得沿着该路径的平均流速。超声波流量计就是
利用超声波在流体中顺、逆流传播的时间差值,来测定流体的流速和流量。
1.2测量方法通过向便携式超声波流量计输入被测管道参数，将两个超声波探头安装于管壁外侧,与主机通过信号传输线相联,即可获得流量数据。
2影响测量精度的因素分析
2.1管道参数一般来说,输入的管道参数正确与否,直接影响到便携式超声波流量计的测量精度。准确地安装上下游探头是获得***测量的***要条件,探头的安装间距与管道参数有直接关系,其准确与否,影响到主机能否获得信号。
以Z法安装为例,进行具体分析,见图1。
图1中:
L ——探头安装间距;
δ——管道壁厚;
D ——管道内径;
θ0 ——超声波入射角(出厂时已设定);
θ1、θ——超声波折射角。
安装间距如图1所示:L=2L1+L2,其中:L1=δtgθ1;
L2=Dtgθ。
则 L=2δtgθ1+Dtgθ。 (1)
根据下式:
sinθ0/C0=sinθ1/C1=sinθ/C。[1]
式中:C0——声波在声楔中的声速;
C1——管壁中的声速;
C——流体中的声速。
在管材、流体均已知的条件下,C0、C1、C均为常数,由
(2)式可得:
θ1=arcsin[C1/(C0·sinθ0)],
θ=arcsin[C/(C·sinθ)]。
设C1/(C0·sinθ0)=K1;C/(C0·sinθ0)=K2,K1和K2为
两个不同的固定值,由此,安装间距为:
L=2δtg(arcsinK1)+Dtg(arcsinK2)。 (3)
由(3)式可见,管材和流体在已知的情况下,安装间距将由壁厚和管道内径决定。在实际的测量当中,管道的壁厚通常是难以准确知道的。因此,被测管道的壁厚和内径必须采取一定技术措施实际测得,才能保证输入的参数是正确的,才能***限度地减少测量误差。因此,管道参数是影响测量精度的***要因素。
2.2上下游探头安装所需直管段 在输送流体的管道上一般都装有各种阻力件,如弯头、阀门、渐扩管、渐缩管、泵等,在其附近,流体在管道中的流态会发生变化,易产生涡流等,引起流体流速分布发生紊乱。由于超声波测量是在近似恒流的理论下进行计算的,流态的严重变化,将造成测量数值的严重失真。而且,在阻力件附近,产生的气泡将严重阻碍超声波的传播,造成主机接收信号困难,影响测量的进行。因此,在实际测量中安装上下游探头时,要选择远离这些阻力件50倍管道内径以上距离,以减少这些阻力件造成的影响。
2.3探头与管壁的接触面输送流体的管道外壁一般都涂有保护层,如油漆、沥清等,这些物质的存在将会影响超声波的传播路径和强度,因而在安装探头时,必须对安装位置处的管壁外表面进行处理,打磨出金属亮面,而且不得有凹坑。在探头的发射面涂以耦合剂,使发射面与管壁紧密接触,从而能够避免探头发射面与管壁外表面之间存在空气而引起超声波的衰减。
在实际测量中,有时会发现便携式超声波流量计数据显示不稳或不能连续显示数据的现象,通常这是由于管壁外表面没有处理好的缘故,经过重新处理并涂以耦合剂,则可消除这种现象。因此,探头与管外壁的接触面处理的如何,也是影响便携式超声波流量计测量精度的一个因素。
2.4特点电子元器件经过长时间工作,或***其工作环境发生了较大变化,会引起电子元器件工作点发生变化,从而引起电路工作状态改变。便携式超声波流量计经常在野外使用,由于受环境的影响,在使用***段时间后,会出现在***流量的管道上测试时其显示值不为***的情况,这种特点已发生变化的便携式超声波流量计,在现场测量时势必会引起测量数值的不准确,因此,在实际使用时要经常校正便携式超声波流量计的特点。
2.5来自于外界的干扰便携式超声波流量计是一种***精度电子测量仪器,周围环境若存在较强的电磁波,会对仪器的正常工作形成干扰,影响测量精度。因此,在实际使用便携式超声波流量计时,要远离高速运转的电机及高频变电设备等易引起干扰的设施。
3结论
通过以上分析,在使用便携式超声波流量计时,要尽量排除影响测量精度的因素和干扰,并根据实际使用情况制定检定周期,按周期进行溯源检定,确保便携式超声波流量计处于良好的工作状态,这样才能获得准确可靠的流量数据。