外夾式超聲波流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表對(duì)測(cè)量的影響量

外夾式超聲波流量計(jì)因其攜帶和使用方便，廣泛應(yīng)用于純凈水、污水、油品等其他液體介質(zhì)和天然氣、空氣等氣體介質(zhì)的測(cè)量。外夾式超聲波流量計(jì)在實(shí)際檢測(cè)過程中應(yīng)用了時(shí)差法原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的測(cè)量。時(shí)差法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，對(duì)時(shí)差分辨力的要求較高。隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，特別是時(shí)間測(cè)量技術(shù)的不斷更新升級(jí)，外夾式超聲波流量計(jì)流量的測(cè)量誤差越來越小。電磁流量計(jì)的誤差一般在3%～5%之間，而外夾式超聲波流量計(jì)的最大允許誤差可以達(dá)到1%，甚至更小。因此，采用外夾式超聲波流量計(jì)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)滿足三分之一原則，是切實(shí)可行的。

根據(jù)平時(shí)工作中使用經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)相關(guān)專業(yè)資料的研究，總結(jié)分析得出，選用外夾式超聲波流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表時(shí)，若超聲波流量計(jì)安裝現(xiàn)場(chǎng)所需的直管段滿足不同條件下對(duì)直管長度的要求，那么對(duì)測(cè)量的影響量主要有:外夾式超聲波流量計(jì)的最大允許誤差、外夾式超聲波流量計(jì)換能器安裝、管道直徑測(cè)量。

1、外夾式超聲波流量計(jì)的最大允許誤差

外夾式超聲波流量計(jì)因其安裝簡(jiǎn)便、測(cè)量方便的特點(diǎn)，已成為最常用的在線檢測(cè)設(shè)備。它是將一對(duì)換能器外夾在測(cè)量管道上，互相發(fā)射接收超聲波信號(hào)，聲波在檢定介質(zhì)中順流、逆流行進(jìn)一段距離，通過兩次行進(jìn)時(shí)間的比較，確定被測(cè)介質(zhì)的流速。根據(jù)JJG 1030－2007《超聲流量計(jì)檢定規(guī)程》可知，最大允許誤差分為：±0.2%、±0.5%、±1.0%、±1.5%、±2.5%。而用于電磁流量計(jì)的在線測(cè)量，則需選用最大允許誤差小于等于±1.0%的外夾式超聲波流量計(jì)。

2、外夾式超聲波流量計(jì)換能器安裝

2.1換能器安裝方式

換能器安裝方式通常有Z法、V法、X法、W法等，應(yīng)根據(jù)使用說明書并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件選擇最恰當(dāng)?shù)陌惭b方式，換能器安裝方式示意圖如圖1所示。例如，當(dāng)流體平行于管軸流動(dòng)時(shí)，通常可采用Z法；當(dāng)流體流動(dòng)方向與管軸不平行時(shí)，可采用V法或者X法；當(dāng)管道長度有限時(shí)，使用X法可獲得較好的精度等。目前，可測(cè)的最小管徑為Φ25mm，采用V法或W法以擴(kuò)大聲程長度，增加順逆向聲傳播時(shí)間。而Z法一般用于Φ50mm以上管道。

2.2換能器安裝位置

換能器安裝的測(cè)量管軸線應(yīng)盡可能與管道軸線一致，并且需保證管內(nèi)充滿液體，兩換能器之間的測(cè)量管軸線方向距離L需通過計(jì)算確定，并通過鋼直尺在被測(cè)管道上測(cè)量出測(cè)量管軸線方向的距離，將兩換能器安裝到位。同時(shí)，需注意耦合劑的用量，確保換能器與測(cè)量管道要耦合好。并且保證換能器表面的清潔，若表面污物較多，則會(huì)影響正常的測(cè)量。

大口徑管道測(cè)量時(shí)一般選擇Z法安裝，安裝時(shí)一對(duì)換能器管道軸向安裝距離和管道圓周方向安裝角度是否準(zhǔn)確，直接關(guān)系到超聲波流量計(jì)流量計(jì)量準(zhǔn)確與否。目前，超聲波流量計(jì)換能器在軸向方向安裝誤差給流量測(cè)量結(jié)果帶來的誤差已通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，如日本富士公司稱，超聲波流量計(jì)軸向安裝偏差1mm，會(huì)給流量測(cè)量結(jié)果帶來0.3%的測(cè)量誤差。

同時(shí)，圓周方向的安裝誤差會(huì)影響一對(duì)換能器的超聲波接受強(qiáng)度，從而影響流量測(cè)量結(jié)果（但現(xiàn)尚無直接數(shù)據(jù)引用）。在超聲波實(shí)際測(cè)量過程中，被測(cè)管線外部涂層、管道銹蝕以及測(cè)試地點(diǎn)狹小等問題，給換能器的準(zhǔn)確安裝造成很大的困難。以一條DN800mm的輸水管線Z法安裝為例，其換能器安裝標(biāo)準(zhǔn)距離為365mm，而實(shí)際安裝過程中，軸線方向安裝偏差甚至達(dá)到10mm（若管道外側(cè)銹蝕嚴(yán)重，安裝誤差甚至更大），根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用公式推算，由安裝誤差引起的流量偏差達(dá)到3.0%，遠(yuǎn)超過超聲波流量計(jì)儀表本身最大允許誤差1.0%。

3、管道直徑測(cè)量

3.1管道外徑測(cè)量

管道直徑可采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)資料確認(rèn)的方法，按照J(rèn)JF（蘇）228－2019《電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)規(guī)范》的規(guī)定，可以采用不低于1級(jí)鋼卷尺進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，1級(jí)鋼卷尺的最大允許誤差為±0.1mm+10－4L，但現(xiàn)場(chǎng)采用的是鋼卷尺測(cè)量管道周長后計(jì)算得出管道 的直徑，因此，所引入的誤差至少在0.1%～0.2%。對(duì)于1m的管徑直徑，引入的誤差可達(dá)到（1～2）mm。對(duì)于管道直徑比較小的測(cè)量，建議測(cè)量時(shí)可采用π尺等更精確的測(cè)量儀器來進(jìn)行測(cè)量。

3.2管道內(nèi)徑測(cè)量

管道內(nèi)徑的數(shù)值是通過管道外徑測(cè)量值減去管徑壁厚獲得。管徑壁厚是采用超聲波測(cè)厚儀在換能器5個(gè)不同位置進(jìn)行測(cè)量后取平均值。超聲波測(cè)厚儀是根據(jù)超聲波在已知固體材料中傳播的速度和傳播的時(shí)間來測(cè)量出試件的厚度。因此管道的材質(zhì)必須正確，同時(shí)，測(cè)量時(shí)應(yīng)保證測(cè)量表面的光滑性，當(dāng)被測(cè)表面的粗糙度較大時(shí)，則會(huì)影響耦合效果，從而造成測(cè)量數(shù)據(jù)的偏差。

審核編輯 黃昊宇