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大連捷思特電子儀表有限公司


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技術(shù)文章

超聲波流量計(jì)的測(cè)量誤差

閱讀：455發(fā)布時(shí)間：2011-6-14

 

　便攜式超聲波流量計(jì)可從管道外側(cè)方便的測(cè)量流量。其測(cè)量管徑大，測(cè)量范圍廣，安裝方便，沒(méi)有壓力損失且不影響管道內(nèi)流體的正常流通；加上攜帶方便，可用電池操作，使之應(yīng)用廣泛。但便攜式超聲波流量計(jì)傳感器的安裝與參數(shù)設(shè)置直接影響到計(jì)量的準(zhǔn)確性，筆者在0.05級(jí)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上對(duì)日本富士公司生產(chǎn)的FUJI ELECTRIC便攜式流量計(jì)進(jìn)行了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，介紹如下:
　　1、傳感器安裝導(dǎo)致的誤差
　　超聲波流量計(jì)傳感器的安裝誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大，兩個(gè)傳感器之間的距離有嚴(yán)格的要求，一定要按規(guī)定的尺寸安裝。
 
　　圖1是FUJI ELECTRIC便攜式流量計(jì)V型安裝示意。經(jīng)安徽省大流量計(jì)量站檢定（標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度±0.05%，流量穩(wěn)定度優(yōu)于0.05%）, 該表準(zhǔn)確度為1.0級(jí)。將該表安裝在內(nèi)徑d=150mm，外徑D=159mm，壁厚h=4.5mm的管道上進(jìn)行測(cè)試時(shí)，儀表指示探頭距離L=112.04mm。測(cè)量時(shí)流量保持不變，其它測(cè)試條件相同，只改變傳感器之間的距離L,測(cè)得數(shù)據(jù)列入表1。             
　　表1   探頭安裝距離誤差±1mm時(shí)的流量測(cè)量數(shù)據(jù)

L（mm）
流量（m3/h）
平均流量
111.04
106.0
105.9
106.2
105.8
106.0
106.2
105.7
105.8
106.0
105.8
105.94
112.04
107.4
107.6
107.9
107.1
106.9
107.2
107.4
106.9
107.2
106.8
107.24
113.04
108.7
107.9
107.8
108.5
109.0
108.8
109.1
107.9
108.7
108.8
108.52

　　當(dāng)探頭的距離有±1mm的誤差，即L的相對(duì)誤差為：（±1/112.04）×100%=±0.893%。當(dāng)探頭距離為111.04mm時(shí)，流量的相對(duì)誤差為：［（105.94-107.24）/107.24］×100%=-1.21%;當(dāng)探頭的距離為113.04mm時(shí)，流量的相對(duì)誤差為： [（108.52-107.24）/107.24］×100%=1.19%
　　可見(jiàn)，傳感器之間的安裝距離誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響非常大，所以安裝時(shí)一定要把距離誤差控制到zui小。
　　2.管道外徑誤差導(dǎo)致的流量測(cè)量誤差
　　管道外徑誤差對(duì)便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量的影響，用實(shí)際管道外徑D=159mm+1mm的方式進(jìn)行。測(cè)量時(shí)流體保持穩(wěn)定，其它測(cè)量條件相同。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
　　表2    管道外徑D測(cè)量誤差±1mm時(shí)的流量測(cè)量數(shù)據(jù)

D（mm）
流量（m3/h）
平均流量
158
106.1
106.2
106.0
106.5
105.9
106.3
106.5
106.6
105.8
106.1
106.10
159
107.8
107.4
108.2
108.1
108.3
108.2
107.6
107.8
108.2
108.3
107.99
160
109.4
110.0
110.1
110.0
109.9
110.2
109.5
109.6
110.2
109.6
109.80

 
　　當(dāng)外徑有±1mm的誤差時(shí)，外徑D相對(duì)誤差為：（±1/159）×100%=±0.63%。當(dāng)外徑取為158mm時(shí)，流量的相對(duì)誤差為：［（106.1-107.99）/107.99］×100%=-1.75%。當(dāng)外徑取為160mm時(shí)，流量的相對(duì)誤差為：［（109.8-107.99）/107.99］×100%=1.68%
　　可見(jiàn)，流量測(cè)量誤差大約為管外徑誤差的2倍多。為了減小管外徑誤差的影響，一般把實(shí)測(cè)外徑輸入流量計(jì)，這樣可減小外徑誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
　　3.管道壁厚h導(dǎo)致的誤差
　　管道壁厚誤差對(duì)便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量的影響，用實(shí)際管道壁厚h=4.5mm+1mm進(jìn)行測(cè)試。測(cè)量時(shí)流體保持穩(wěn)定，其它測(cè)量條件相同。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
　　表3   管道壁厚h測(cè)量誤差±1mm時(shí)的流量測(cè)量數(shù)據(jù)

h（mm）
流量（m3/h
平均流量
3.5
110.2
110.1
110.3
110.5
110.9
110.4
110.8
110.7
110.3
110.5
110.47
4.5
108.5
108.2
108.4
107.9
108.1
107.6
108.2
108.0
109.0
107.6
108.15
5.5
105.5
105.3
105.1
105.5
105.3
105.2
105.0
105.2
105.3
106.0
105.34

　　壁厚誤差直接導(dǎo)致內(nèi)徑誤差。壁厚有±1mm的誤差時(shí)，內(nèi)徑相對(duì)誤差分別為（+2/159）×100%=+1.26%。壁厚取3.5mm時(shí),流量的相對(duì)誤差為：［（110.47-108.15）/108.15］×100%=2.15%。壁厚取5.5mm時(shí)，流量的相對(duì)誤差為：［（105.34-108.15）/108.15］×100%=-2.60%。在實(shí)際測(cè)量中，壁厚導(dǎo)致內(nèi)徑誤差的影響不可忽視。本實(shí)驗(yàn)中，流量測(cè)量的誤差約為管道內(nèi)徑誤差的2倍。
4.測(cè)量直管段要求
　　由超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理可知，傳感器所測(cè)量的流速是流體的線速度。只有流速分布均勻才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，所以在流量計(jì)的上下游要有足夠的直管段。一般要求上游有5-10倍管徑的直管段，下游有3-5倍管徑的直管段。
　　結(jié)論
　　從超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)及管道參數(shù)對(duì)便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量影響的誤差分析中，可以看出：
　　1、超聲波流量計(jì)在大口徑管道的流量測(cè)量中有其*的優(yōu)勢(shì)，是一種方便可靠的測(cè)量手段，有著廣泛應(yīng)用前景。
　　2、管徑誤差、傳感器安裝誤差、管壁測(cè)厚誤差對(duì)超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響很大，但可通過(guò)實(shí)測(cè)及嚴(yán)格的安裝來(lái)控制。
　　3、管道陳舊，管內(nèi)積垢過(guò)多而使輸入的管道內(nèi)徑與實(shí)際不同，誤差是較大的；可將傳感器移至同一管線上較小管徑段測(cè)量，一般此處結(jié)垢較薄。當(dāng)結(jié)垢均勻時(shí)，應(yīng)注意流體通過(guò)的有效面積減小，測(cè)量將呈正誤差；如果知道結(jié)垢厚度，可把它加到內(nèi)襯厚度中以進(jìn)行修正。如果結(jié)垢非均勻分布，則很難知道流體通過(guò)的面積，流動(dòng)的狀態(tài)也是不穩(wěn)定的，此時(shí)便很難保證測(cè)量準(zhǔn)確度。
　　超聲波流量計(jì)還有其他問(wèn)題尚待進(jìn)一步探討，如超聲波流量計(jì)的交叉干擾、電磁干擾、所測(cè)管道圓度對(duì)流通面積的影響等

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