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超声波流量计的测量误差

阅读：459发布时间：2011-6-14

 

　便携式超声波流量计可从管道外侧方便的测量流量。其测量管径大，测量范围广，安装方便，没有压力损失且不影响管道内流体的正常流通；加上携带方便，可用电池操作，使之应用广泛。但便携式超声波流量计传感器的安装与参数设置直接影响到计量的准确性，笔者在0.05级流量标准装置上对日本富士公司生产的FUJI ELECTRIC便携式流量计进行了相应实验，介绍如下:
　　1、传感器安装导致的误差
　　超声波流量计传感器的安装误差对测量结果影响很大，两个传感器之间的距离有严格的要求，一定要按规定的尺寸安装。
 
　　图1是FUJI ELECTRIC便携式流量计V型安装示意。经安徽省大流量计量站检定（标准装置准确度±0.05%，流量稳定度优于0.05%）, 该表准确度为1.0级。将该表安装在内径d=150mm，外径D=159mm，壁厚h=4.5mm的管道上进行测试时，仪表指示探头距离L=112.04mm。测量时流量保持不变，其它测试条件相同，只改变传感器之间的距离L,测得数据列入表1。             
　　表1   探头安装距离误差±1mm时的流量测量数据

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

　　当探头的距离有±1mm的误差，即L的相对误差为：（±1/112.04）×100%=±0.893%。当探头距离为111.04mm时，流量的相对误差为：［（105.94-107.24）/107.24］×100%=-1.21%;当探头的距离为113.04mm时，流量的相对误差为： [（108.52-107.24）/107.24］×100%=1.19%
　　可见，传感器之间的安装距离误差对测量结果的影响非常大，所以安装时一定要把距离误差控制到zui小。
　　2.管道外径误差导致的流量测量误差
　　管道外径误差对便携式超声波流量计测量的影响，用实际管道外径D=159mm+1mm的方式进行。测量时流体保持稳定，其它测量条件相同。测试数据见表2。
　　表2    管道外径D测量误差±1mm时的流量测量数据

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

 
　　当外径有±1mm的误差时，外径D相对误差为：（±1/159）×100%=±0.63%。当外径取为158mm时，流量的相对误差为：［（106.1-107.99）/107.99］×100%=-1.75%。当外径取为160mm时，流量的相对误差为：［（109.8-107.99）/107.99］×100%=1.68%
　　可见，流量测量误差大约为管外径误差的2倍多。为了减小管外径误差的影响，一般把实测外径输入流量计，这样可减小外径误差对测量结果的影响。
　　3.管道壁厚h导致的误差
　　管道壁厚误差对便携式超声波流量计测量的影响，用实际管道壁厚h=4.5mm+1mm进行测试。测量时流体保持稳定，其它测量条件相同。测试数据见表3。
　　表3   管道壁厚h测量误差±1mm时的流量测量数据

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

　　壁厚误差直接导致内径误差。壁厚有±1mm的误差时，内径相对误差分别为（+2/159）×100%=+1.26%。壁厚取3.5mm时,流量的相对误差为：［（110.47-108.15）/108.15］×100%=2.15%。壁厚取5.5mm时，流量的相对误差为：［（105.34-108.15）/108.15］×100%=-2.60%。在实际测量中，壁厚导致内径误差的影响不可忽视。本实验中，流量测量的误差约为管道内径误差的2倍。
4.测量直管段要求
　　由超声波流量计的测量原理可知，传感器所测量的流速是流体的线速度。只有流速分布均匀才能保证测量的准确度，所以在流量计的上下游要有足够的直管段。一般要求上游有5-10倍管径的直管段，下游有3-5倍管径的直管段。
　　结论
　　从超声波流量计的特点及管道参数对便携式超声波流量计测量影响的误差分析中，可以看出：
　　1、超声波流量计在大口径管道的流量测量中有其*的优势，是一种方便可靠的测量手段，有着广泛应用前景。
　　2、管径误差、传感器安装误差、管壁测厚误差对超声波流量计测量准确度的影响很大，但可通过实测及严格的安装来控制。
　　3、管道陈旧，管内积垢过多而使输入的管道内径与实际不同，误差是较大的；可将传感器移至同一管线上较小管径段测量，一般此处结垢较薄。当结垢均匀时，应注意流体通过的有效面积减小，测量将呈正误差；如果知道结垢厚度，可把它加到内衬厚度中以进行修正。如果结垢非均匀分布，则很难知道流体通过的面积，流动的状态也是不稳定的，此时便很难保证测量准确度。
　　超声波流量计还有其他问题尚待进一步探讨，如超声波流量计的交叉干扰、电磁干扰、所测管道圆度对流通面积的影响等

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