劉大友

摘 要：便攜式超聲流量計(jì)具有較高的準(zhǔn)確高，同時(shí)其安裝也相對(duì)簡(jiǎn)單，該文主要探討利用超聲流量計(jì)用于液體流量?jī)x表在線校準(zhǔn)方法，從而解決液體流量?jī)x表在線校準(zhǔn)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：超聲流量計(jì) 液體流量?jī)x表 在線校準(zhǔn) 測(cè)量偏差

中圖分類號(hào)：TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（b）-0061-01

液體流量?jī)x表是企業(yè)生產(chǎn)管理的重要工具，其直接作用于企業(yè)的節(jié)能及成本核算，在能源計(jì)量和節(jié)能減排中得到了廣泛的應(yīng)用。不過(guò)其拆卸繁瑣、不能斷流等特征決定了大部分液體流量?jī)x表不能達(dá)到定期送實(shí)驗(yàn)室檢定的要求，因此，量值溯源問(wèn)題亟待解決。目前，應(yīng)用比較廣泛的方法是通過(guò)便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行在線校準(zhǔn)。本文主要探討利用超聲流量計(jì)用于液體流量?jī)x表在線校準(zhǔn)方法，從而解決液體流量?jī)x表在線校準(zhǔn)問(wèn)題。

1 工作原理

目前，使用比較廣泛的液體流量?jī)x表在線校準(zhǔn)方法是超聲流量計(jì)比對(duì)法，通過(guò)對(duì)不同流速所產(chǎn)生的超聲波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，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(jì)用于液體流量?jī)x表在線校準(zhǔn)的主要方法為傳播速度差法，利用測(cè)量超聲波脈沖和逆流所傳播的時(shí)速差別來(lái)提供液體的速度，其具有較高的精準(zhǔn)度。一般情況下，聲波在液體中的實(shí)際傳播速度由兩個(gè)部分組成，在介質(zhì)靜止?fàn)顟B(tài)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(shí)間與各量之間的關(guān)系：

從公式1中，可以得出流體流速的表達(dá)式

在表達(dá)式中，代表超聲波在流體中逆流傳播時(shí)間；代表超聲波在流體中順流傳播時(shí)間；代表聲道長(zhǎng)度；代表聲道角。

2 在線校準(zhǔn)方法

標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法是超聲流量計(jì)在線校準(zhǔn)的主要方法，在規(guī)定時(shí)間讀取被檢表和標(biāo)準(zhǔn)表的累計(jì)值，按照下列3個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算。

在以上公式中，代表第i流量點(diǎn)第j次校準(zhǔn)時(shí)流量計(jì)示值；代表第不i流量點(diǎn)第j次校準(zhǔn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表值；是被校流量計(jì)第i流量點(diǎn)示值誤差；是被校流量計(jì)第i流量點(diǎn)重復(fù)性。

需要注意的是，通常情況下，便攜式超聲流量計(jì)的準(zhǔn)確度為0.5級(jí)，當(dāng)檢定超聲探頭管徑與校準(zhǔn)管徑比在2以上或者是1/2以下時(shí)，那么就要再加上一個(gè)0.5%的附加誤差，所以超聲流量計(jì)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(jì)在線校準(zhǔn)結(jié)果偏差為±3.0%，所以很難作出精準(zhǔn)性的判斷。因此，可以采取使用中檢驗(yàn)，盡量保持與上次校準(zhǔn)一系列校準(zhǔn)條件相同的環(huán)境下進(jìn)行兩次校準(zhǔn)系統(tǒng)差的變化比較。

2.1 技術(shù)要求

在線校準(zhǔn)的便攜式超聲流量計(jì)的基本誤差在±0.5%以上，且按照規(guī)定進(jìn)行安裝、使用。所使用的卷尺、測(cè)厚儀等輔助工具必須具有檢定證書(shū)。校準(zhǔn)時(shí)一系列環(huán)境因素應(yīng)符合校準(zhǔn)要求，比如溫度、磁場(chǎng)、機(jī)械振動(dòng)等等。

2.2 計(jì)算方法

（1）管徑測(cè)量。在換能器安裝位置周圍相同截面上測(cè)量n次外直徑，也可以通過(guò)周長(zhǎng)測(cè)量來(lái)推算外直徑。

（2）壁厚測(cè)量。在換能器安裝位置分別選定5個(gè)點(diǎn)，利用測(cè)厚儀對(duì)管道的壁厚進(jìn)行測(cè)量，取平均值。

（3）安裝標(biāo)準(zhǔn)表。將之前所得的管道參數(shù)輸入標(biāo)準(zhǔn)表中，從而得到換能器安裝距離L。在所安裝的標(biāo)準(zhǔn)表的管道上對(duì)換能器進(jìn)行標(biāo)注。清除管壁，做好準(zhǔn)備工作，在換能器的發(fā)射面緊貼于管壁，并將換能器固定，并調(diào)試換能器信號(hào)。

（4）零點(diǎn)檢查。在可停流的管道上檢查流量計(jì)的零點(diǎn)流量，如果不符合零點(diǎn)檢驗(yàn)要求，需要設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)表的動(dòng)態(tài)零點(diǎn)檢驗(yàn)。

（5）校準(zhǔn)位置及次數(shù)。參照不同校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)確定校準(zhǔn)流量點(diǎn)，所有的流量點(diǎn)都要進(jìn)行3次校準(zhǔn)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)流量不能進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，需要采取不同時(shí)間的流量點(diǎn)，通?？梢赃x擇3個(gè)左右。記錄所有的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，包括流量講和標(biāo)準(zhǔn)表的所有示值，如果數(shù)值是瞬時(shí)值，那么數(shù)值應(yīng)該要取20個(gè)以上的平均值。

（6）測(cè)量偏差。

流量計(jì)的測(cè)量偏差計(jì)算公式

在上面兩個(gè)公式中，是流量計(jì)校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量偏差中的最大值；是同一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量所得的流量計(jì)系數(shù)的平均值；是首次校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量所得的流量計(jì)系數(shù)的平均值。

流量計(jì)系數(shù)的計(jì)算方法公式：

在上面兩個(gè)公式中，是i點(diǎn)第j次校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)示值；是被檢流量計(jì)示值；即為流量計(jì)系數(shù)。

（7）校準(zhǔn)結(jié)果。

被校流量計(jì)的測(cè)量偏差E和重復(fù)性Er，必須要達(dá)到以下兩個(gè)公式（10）、（11）的要求，如果無(wú)法滿足，應(yīng)考慮把流量計(jì)送實(shí)驗(yàn)室檢定。

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

3 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)示值的誤差相對(duì)較大，不過(guò)兩次校準(zhǔn)的流量測(cè)量的偏差相對(duì)較小，因此，被校流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確性沒(méi)有出現(xiàn)明顯變化，為液體流量?jī)x表在線量值溯源提供了方便、簡(jiǎn)單的途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 李長(zhǎng)武，張東飛，袁明，等.液體流量?jī)x表在線校準(zhǔn)方法研究[J].中國(guó)測(cè)試，2009（5）：27-29+37.

[2] 姜繼生.水流量?jī)x表在線校準(zhǔn)方法探討[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2012（1）：24+26.

[3] 劉楠峰，王太平，謝倩.淺析時(shí)差式超聲流量計(jì)在大流量在線校準(zhǔn)工作中的應(yīng)用[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2010（3）：28-29+31.endprint