超声波流量计的特点及误差分析

1、超声波流量计的特点及误差分析姚新益(中山市供水总公司, 中山528403摘要本文探讨了超声波流量计的特点, 并对其误差进行了分析, 在此基础上介绍了使用中应注意的事项和它的应用前景。关键词超声波流量计传感器误差分析一、引言, 年代后, , 增强了它的数, , 同时具备了自检功能, 可自动修正流场分布的变化所造成的误差。这就促进了超声波流量计的发展, 并得到越来越广泛的应用。二、超声波流量计的特点目前, 我国主要使用的流量计有:差压式、容积式、转子式、涡轮式、电磁式和超声波式等。这些流量计都有各自的特点。近几年, 在流量计量中, 特别是大口径的流量计中, 超声波流量计逐步取代原来的差压流量计、涡

2、轮流量计和电磁流量计。究其原因, 主要因为超声波流量计具有以下优点:11安装维修方便, 尤, 这一优点更加明显, 可。这几年, 随着夹装式传感器的广泛使用, 在安装和维护超声波流量计时不用在管道上打孔或切断流量。21测量管径大超声波流量计最大测量管径可达10m , 这是其它流量计所不能比拟的。同时, 超声波流量计的价格不受管径影响, 而其它流量计, 管径越大, 价格越高。31测量可靠性高超声波流量计不管是外夹式安装或是湿式安装, 基本上都不影响流场, 无可动部件, 无压力损失。同时, 传感器以微机为中心, 采用锁相环路或新型计时方法, 解决了信号衰减、噪音干扰及电路故障等影响, 这样就使测量具

3、有很高的可靠性。41不受流体参数影响超声波流量计的测量不受流体的物理性能和参数(如粗糙度、导电率等 的影响, 输出表4数据中, X i 的平均值为X=0121( , Y i 的平均值为Y =0120( , Z r 的平均值为Z r =01217( , 则X -Y =0101(X-Z 0102(可见工作区水平温差0101, 工作区垂直温差0102。所测试结果表明:油槽控温能力完全符合其说明书技术指标的要求, 也符合JJG 12889二等标准水银温度计检定规程对恒温槽的要求, 可以开展相关检定或测试工作。参考文献1D 59-31 YN 型精密油槽使用说明书2JJG 12889二等标准水银温度计检定

4、规程, 中国计量出版社3刘子芳, 杨忠祥编著1检定装置的温度控制, 中国计量出版社04计量技术199918 与流量成良好的线性关系。因此测量范围较大, 可达101或更高。51可以很方便进入自动控制系统流量计的工作可由计算机自动控制, 测量结果可自动显示、打印。设有标准的通用接口, 输出标准直流信号, 因此可与计算机监控系统直接联网运行。超声波流量计也存在一些缺点:11传感器的安装直接影响到计量的准确度, 因此对安装的要求十分严格。21准确度不及电磁流量计, 现在国产超声波流量计的准确度级别一般为115215级, 国产电磁流量计的准确度级别可达510级。三11超声波流量计传感器的安装误差对测量结

5、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。下面是法国FLU T E 公司生产的U F 321型便携式流量计对安装尺寸的情况介绍。该表已在开封“国家水大流量计量站”校准, 准确度级别为115级。将它安装在内径为1200mm 的管道(全禄水厂出水管 上, 然后进行测试。测试时流量保持稳定, 其它测试条件相同, 只改变两个传感器之间的距离D 在管径为1200mm , 10mm , =1063mm 。表1 图1当D 比要求的距离短50mm , 即D 的相对表1D (mm 流量(m 3 h 平均(m 3 h 494049024886483248684901488349624

6、92848384890误差为:(-50 1063 ×100=-417时, 流量的相对误差为(4048-4423 4423×100=-815; 当D 比要求的距离长50mm , 即D的相对误差为:(50 1063 ×100=417时,流量的相对误差为:(4890-4423 4423×100=1016。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误差控制到最小。21管道内径误差理论上, 1的内径误差会导致2的流量测量误差。下面就内径误差对流量的影响用便携式流量计进行测试。水管内径为1200mm , 测试时流量保持稳定, 其它测

7、量条件相同。测试数据列于表2。当内径的相对误差为:(1180-1200表2D (mm 流量(m 3 h 平均(m 3 h 402340724098406539824038407740454048402140471200×100=-117时, 流量的相对误差为:(3927-4047 4047×100=-310;14计量技术199918 当内径的相对误差为:(1160-1200 1200×100=-313时, 流量的相对误差为:(3824-4047 4047×100=-515。可见, 流量测量误差大约为管径误差的2倍, 为了减小管径误差的影响, 一般把实测内

8、径输入流量计, 这样可减小内径对测量的影响。31管道的壁厚误差壁厚误差只对夹装探头有影响。表3是在800mm 输水钢管(管壁厚度为10mm 上用便携式超声波流量计做的测试。测试时流量保持稳定, 其它测量条件相同。测试数据见表3。由表3的数据可以看出:当壁厚取20mm ,表3臂厚(mm 流量(m 3 h (m 3 h 1940191119041935188419381930即壁厚的相对误差为100, 差为:(1961-1986-113; 30200时, :(1930-1986 1986×100-218。在实际测量中, 壁厚误差不可能达到100, 所以其对流量的影响可以忽略不计。41测量

9、条件所造成的误差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。参考各种资料及流量计的使用手册, 一般要求上游有510倍管径的直管段, 下游有35倍管径的直管段。四、超声波流量计存在的问题及展望尽管超声波流量计准确度等级不及电磁流量计, 但由于其具备其它流量计无法比拟的优点, 使用量正在逐年增加。当然, 超声波流量计还有许多问题尚待进一步探讨, 如超声波流量计的交叉干扰、无线电干扰、水管积垢及所测管径圆度对测量准确。另外, 现国内生产的超声波流量计出厂并没有经过容积法的校准, 进口流量计也无校验报告。有的厂家采用标准信号发生器校准超声波流量计的二次仪表, 但从根本说, 这并不能代替容积法校准。可以预见, 随着对超声波流量计特点的了解, 它将逐步作为流量计测量的主要仪表。届时将要求制定完善的规程, 为生产、使用提供必要规范。结论通过对超声波流量计的特点及测量中的误差来源进行分析, 可以看出:11