20 世紀 70 年代，超聲波流量計的使用范圍還僅局限于測量液體。隨著電子技術和數(shù)據(jù)處理能力的飛速發(fā)展，可以實現(xiàn)各種補償和運算，可自動修正流場分布變化造成的誤差。超聲波流量計以其非接觸式、測量范圍大、無運動部件、精度高等無可比擬的獨到優(yōu)勢，逐漸成為流量檢測領域的一個新亮點。雖然超聲波流量計目前還有不足之處，但是科技的進步賦予了超聲波流量計以綜合性優(yōu)勢的更為廣闊的發(fā)展空間。該文主要分析超聲波流量計的應用與誤差，以供參考。

引言

在現(xiàn)代社會工業(yè)生產(chǎn)快速發(fā)展的推動下，流量測量的應用領域日益擴大，已經(jīng)成為生活中的重要部分。流量的測量方法有多種，超聲波流量計以其具有非接觸式測量的特征已經(jīng)被廣泛認可和應用。目前，在國內(nèi)外對超聲波流量計的研究已經(jīng)取得了很大的進展，通過超聲波在流體中的傳播速度來測量流體的流速來計算流量，一直得到了研究者們的關注。尤其是計算機的使用，使數(shù)據(jù)處理更為方便、準確，并且具備了自檢功能，這樣能夠自動修正流場分布變化導致的誤差。

1.超聲波流量計

氣體超聲波流量計由流量計表體、電子組件及微處理器系統(tǒng)、超聲換能器等構成，目前生產(chǎn)最多、應用范圍最廣泛的是時差式超聲波流量計。超聲流量計測量量程寬、無機械可動部件、耐腐蝕、穩(wěn)定可靠、長期運行無需特殊維護、具有雙向流測量功能、集成度高、體積小、整機功能性強、性能好、但價格較昂貴。

超聲波流量計的應用

2.1超聲波流量計標定

超聲波測量是一種通過測定物位來測量容器儲量的方法。超聲波傳感器自上向物料表面發(fā)送超聲波脈沖，接收從表示反射回來的回波。它測定超聲波的傳播時間，并推算出與反射表面的距離。傳播時間是超聲波傳感器與物位之間距離的直觀量綱。聲波的傳播距離是傳播時間和聲速的乘積。如果已知超聲波傳感器的位置，那么就能換算出物位以及儲量?？諝庵械穆曀僮兓秶艽?，因此，聲波傳感器需要進行溫度補償，如果用于空氣以外的其他氣體，就應該進行相應的標定。

2.2 超聲波流量計精度

氣體超聲波流量計需要面對氣體輸送過程中的各種干擾，比如壓力調節(jié)裝置帶來的氣體噪聲、介質中的粉塵雜質、管道流場變化等。通過對超聲波換能器的合理布置及加裝整流器等措施，可以有效避免或減弱上述影響，保證測量精度。

(1)氣體組分：聲波在不同氣體中的傳播速度不同，基于傳播時間差法測量原理的超聲波流量計避開了聲速的影響，從而避免了因氣體組成不同造成的計量誤差。AS 系列超聲波流量計能提供聲波在氣體中的聲速，可實現(xiàn)在線實時工解超聲波流量計的計量精度。(2)流場狀況：超聲波流量計對流場狀況比較敏感，在良好的流場環(huán)境中，單聲道流量計可以達到 0.5％的計量精度。當管道中產(chǎn)生渦流時，測得的平均流速與實際流速存在一定誤差。(3)安裝工程：流量計在安裝使用過程中，需要保證流量計與管道的同心度，以及保證相應的前后直管段長度(廠家要求至少保證前 10D 后 5D)，這也是超聲波流量計相對于渦輪、羅茨流量計的一個缺點。通過在管段內(nèi)合理布置聲道位置，可以提高流量計對環(huán)向流和橫向流的適應能力，通過長期的仿真計算和數(shù)據(jù)分析，證實可以通過在管道中加裝整流器的方式來縮短前后直管段長度。整流器的作用是盡量減少或者消除復雜流動的不利影響，提高計量精度。(4)環(huán)境抵抗：當測量介質中含有粉塵、油霧等臟污并附著在管壁或換能器上時，超聲信號是否會受干擾導致計量精度下降，也是衡量超聲波流量計性能的指標之一。

3.超聲波流量計的誤差分析

3.1安裝誤差

超聲波流量計傳感器的安裝誤差會對測量結果造成很大程度的影響。兩個傳感器之間的距離都有明確的規(guī)定，安裝過程中如果沒有按照規(guī)定的距離操作，會造成嚴重影響。流量計經(jīng)過國家水大流量計量站校準，準確度為 1.5 級，管徑內(nèi)徑為 1.2m、壁厚為 10mm，要求進行測試。整個測量過程中的流量穩(wěn)定，其余測試條件不變，只將兩個傳感器的距離進行改變，經(jīng)過計算，當實際距離比要求短 50mm 時，造成的誤差為-8.5%；當實際距離比要求長 50mm 時，誤差為

10.6%。

3.2 管徑誤差

管道內(nèi)徑的誤差也會造成測量結果不準確，1%的內(nèi)徑誤差所造成的測量誤差為 2%，約為管徑誤差的 2 倍。水管內(nèi)徑為 1.2m，整個測量過程中的流量穩(wěn)定，其余測試條件不變，當內(nèi)徑的相對誤差為-3.3%時，所造成的流量相對誤差為

-5.5%。

3.3 測量條件所造成的誤差

由超聲波流量計的測量原理可知，傳感器所測量的流速是流體的線速度。只有流速分布均勻才能保證測量的準確度，所以在流量計的上下游要有足夠的直管段。參考各種資料及流量計的使用手冊，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。

3.4 管道壁厚誤差

管道壁厚誤差也是導致測量結果不準確的因素之一，不過其只是會影響到夾裝探頭。當管徑為 0.8m，壁厚為 10mm 時，整個測量過程中的流量穩(wěn)定，其余測試條件不變，當壁厚誤差計算為 20mm 時，流量相對誤差為-1.3%;當壁厚計算為 30mm 時，流量相對誤差為-2.8%。不過壁厚的誤差很難達到 100%，因此可以忽略不計。

4.超聲波流量計使用注意事項

4.1正確選擇型號

流量計的流量測量范圍由氣體的實際流速確定，被測天然氣的典型流速范圍一般為 0.3m/s-30m/s，用戶應核實被測氣體流速在制造廠規(guī)定的流量范圍內(nèi)。

4.2 正確安裝

流量計的安裝應盡可能避開振動、噪聲、存在較強電磁或電子干擾的環(huán)境，在調壓計量站中，流量計通常安裝在調節(jié)閥的上游，為保證在流量計的全量程范圍內(nèi)，流量計的現(xiàn)場測量性能滿足要求，流量計上，下游應安裝足夠長的直管段，必要時安裝流動整流器，在氣質較臟的場合，可在流量計的上游安裝氣體過濾器。

4.3 定期維護檢查

超聲流量計應定期進行檢查及維護，查看超聲換能器表面是否有沉積物、信號處理單元是否正常工作、聲道有無故障、零流量測量是否準確等。

5.結語

總之，隨著對超聲波流量計特點的了解，它將逐步作為流量計測量的主要儀表。屆時將要求制定完善的規(guī)程，為生產(chǎn)、使用提供必要規(guī)范。當然，超聲波流量計還有許多問題尚待進一步探討，我們相信，隨著大家的不斷努力，這些問題一定會得到有效的解決。