目前，便攜式超聲波流量計(jì)使用較多的場合有：各地水務(wù)部門地下水資源計(jì)量儀表的在線檢測，環(huán)保部門排污計(jì)量儀表的在線檢測，供水部門的貿(mào)易結(jié)算計(jì)量儀表的在線檢測，熱力公司收費(fèi)用熱水表的在線檢測以及工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)工藝中計(jì)量儀表的在線檢測等。為使大家合理地使用超聲波流量計(jì)，本文就超聲波流量計(jì)現(xiàn)場使用中的方法及注意事項(xiàng)進(jìn)行論述。

 

    一、對(duì)測量結(jié)果有影響的主要因素

 

    1.溫度

 

    超聲波流量計(jì)的探頭由于材質(zhì)不同價(jià)格差異很大，生產(chǎn)者會(huì)因用戶的實(shí)際需求不同而采用不同的材料。同時(shí)，由于介質(zhì)溫度較高，介質(zhì)的有關(guān)性質(zhì)、性能也會(huì)發(fā)生變化，設(shè)計(jì)者會(huì)根據(jù)實(shí)際情況采用相關(guān)的設(shè)計(jì)或修正來避免溫度差異帶來的影響。因此，在工作中要考慮所使用探頭的溫度適應(yīng)范圍，盡量不要超過標(biāo)牌或說明書上的規(guī)定，否則會(huì)使測量結(jié)果失準(zhǔn)，或者根本測量不了。有些超聲波流量計(jì)在程序中有不同溫度的選擇項(xiàng)，這些選擇項(xiàng)也會(huì)對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生影響，所以使用者應(yīng)按操作手冊(cè)的方法進(jìn)行。另外，由于溫度過高可能短時(shí)間內(nèi)就使耦合劑變稀而降低或失去作用，造成測量結(jié)果失準(zhǔn)或不能進(jìn)行測量。

 

    2.直徑

 

    由于超聲波流量計(jì)的測量原理，使得測量結(jié)果是被測量管道內(nèi)的平均流速，流量是由流速和面積計(jì)算得到的，因此，面積的準(zhǔn)確測量也是至關(guān)重要的。在測量中一般是通過測量管道的外周長計(jì)算出外直徑，用超聲波測厚儀測量出壁厚，然后計(jì)算出內(nèi)直徑，最后得到面積。但是在實(shí)際測量中，我們的被測管線基本上都是舊管線，由于長時(shí)間使用，管線內(nèi)部或多或少都會(huì)結(jié)垢，而且結(jié)垢的厚度有時(shí)超過了10mm。這些結(jié)垢的厚度目前還沒有儀器能夠在管線外部準(zhǔn)確測量，因此，我們對(duì)在線流量計(jì)進(jìn)行測量時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，流量計(jì)顯示的流量要比超聲波流量計(jì)顯示的流量小。那是因?yàn)榱髁坑?jì)是新安裝的，內(nèi)部沒有結(jié)垢，而測量的管線有結(jié)垢，我們沒有考慮結(jié)垢的厚度。

 

    所以，在測量時(shí)要根據(jù)具體情況，盡量獲取管壁厚度的真實(shí)值，比如管線是新的，就可以直接使用壁厚測量值；如果管線是舊的，就要考慮結(jié)垢的厚度。一般有以下幾種方法：一是對(duì)于有條件能停止工作的管線，可以把管線拆開進(jìn)行結(jié)垢厚度測量；二是對(duì)于沒有條件拆卸的管線，可以找與此管線相同的可拆卸管線的結(jié)垢厚度來代替；三是如可能可先估計(jì)一個(gè)結(jié)垢厚度進(jìn)行計(jì)算，等以后可以進(jìn)行拆卸時(shí)再測量結(jié)垢的真實(shí)厚度進(jìn)行修正；四是針對(duì)口徑較大、管線較長的情況，可以建議企業(yè)設(shè)置專門的試驗(yàn)管線，即設(shè)置一段專門用來測量的管線，到停產(chǎn)時(shí)進(jìn)行污垢清理，使試驗(yàn)段沒有結(jié)垢，根據(jù)連續(xù)方程，在試驗(yàn)段得到的流量可以看作整個(gè)管線的實(shí)際流量。

 

    3.電磁場影響

 

    在測量時(shí)有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，無論怎樣調(diào)整探頭的位置，都沒有信號(hào)或信號(hào)時(shí)有時(shí)無，根本無法進(jìn)行測量。這時(shí)就要仔細(xì)檢查周邊環(huán)境，看一看是否受到強(qiáng)磁場的干擾。比如在測量點(diǎn)附近是否有大功率水泵、變頻器、啟動(dòng)器、開關(guān)柜、變壓器等電器設(shè)備，另外還要注意在測量管線附近是否有較大的電纜、成組的電線排等。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，在距測量間屋頂4m高處的高壓電線就能對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。而在現(xiàn)實(shí)工作中，由于歷史原因或?qū)Τ暡髁坑?jì)技術(shù)性能的不甚了解，很多都是把被測流量計(jì)安裝在泵房，除泵房外其他地方根本沒有裸露的管線，供電線、控制線、信號(hào)線都與被測管線在同一通道內(nèi)，測量間正好建在高壓線下面等。這種場合下大功率電器設(shè)備會(huì)產(chǎn)生很大的磁場，這些磁場對(duì)超聲波流量計(jì)換能器的接收功能有極大的影響，使換能器不能接收信號(hào)或不能正常接收信號(hào)。

 

 

 

    我們?cè)跍y量時(shí)遇到以上情況，只能改變測量點(diǎn)，選擇在確保沒有流體流進(jìn)流出的被測管線上的其他位置，這個(gè)位置與原來位置的管徑可以不同。條件達(dá)不到時(shí)也可以考慮使用有多支分管線，其他管線可以關(guān)閉的支管線進(jìn)行測量（這種方法只能用于對(duì)流量儀表的測量）。

 

    4．測量位置的選擇

 

    按JJG1030-2007《超聲流量計(jì)》檢定規(guī)程的規(guī)定，速度式儀表的安裝要有足夠長的直管段，安裝點(diǎn)上游直管段必須要大于10D（注：D為直徑），下游要大于5D。我們?cè)诂F(xiàn)場檢測時(shí)也應(yīng)盡量選擇滿足要求的測量點(diǎn)，但實(shí)際上有很多場合是無法滿足這些要求的。有的即使直管段滿足要求了，也不一定是理想的測量位置。根據(jù)我們的工作經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)考慮以下幾方面的因素：（1）在可能的情況下盡量滿足JJG1030-2007關(guān)于直管段的規(guī)定；（2）如果不能滿足直管段要求，應(yīng)盡量選擇測量點(diǎn)上游管線對(duì)流動(dòng)干擾小的位置（如盡量避免上游有立體彎頭、碟形閥、差壓式流量計(jì)或壓損較大的流量計(jì)、插入式流量計(jì)等）；（3）同一管線有高有低，盡可能選擇較低的管線，因?yàn)檫@樣流體會(huì)充滿管線；（4）選擇水平管線時(shí)盡量不要在管線頂部測量，因?yàn)轫敳靠赡苡写鏆猬F(xiàn)象；（5）如果選擇垂直管線進(jìn)行測量，應(yīng)盡量選擇向上流動(dòng)的管線，因?yàn)檫@樣管線一般是充滿的。

 

    5．超聲波流量計(jì)探頭安裝方式

 

    超聲波流量計(jì)一般有兩種探頭安裝方式，即Z法和V法。通常情況下：管徑D>200mm時(shí)選用Z法；管徑D<200mm時(shí)選用V法。

 

    V法安裝：先確定一個(gè)點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn)。

 

    Z法安裝：先確定一個(gè)點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn)，然后測出此點(diǎn)在管道另一側(cè)的對(duì)稱點(diǎn)。

 

    二、時(shí)差法超聲波流量計(jì)不確定度分析

 

    使用超聲波流量計(jì)進(jìn)行測量大體可以分為兩種情況：一種是利用超聲波流量計(jì)對(duì)管線上安裝的流量儀表進(jìn)行測量，比較超聲波流量計(jì)和被測量儀表的示值，從而確定流量計(jì)是否符合相關(guān)的規(guī)定；另一種就是管線上沒有安裝流量儀表，只是用超聲波流量計(jì)測量管線中的實(shí)際流量。

 

    這兩種情況下測量結(jié)果的不確定度評(píng)定并不完全一致，主要是因?yàn)槲覀儗?duì)測量結(jié)果的用途不同。比如：對(duì)于管線上裝有儀表的，我們有時(shí)是為了確定流量計(jì)是否合格，有時(shí)是為了把流量計(jì)調(diào)整合格；對(duì)于管線上沒有安裝儀表的，我們只是給出管線當(dāng)時(shí)的實(shí)際流量。這幾種情況下采用的數(shù)學(xué)模型是不同的，不確定度評(píng)定也不完全一致。下面分別進(jìn)行討論：

 

    1.管線上裝有流量計(jì)的情況

 

    （1）概述

 

    在管線上裝有流量計(jì)的情況下，一般是用超聲波流量計(jì)（也稱標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)）對(duì)管線進(jìn)行多次測量，將得出的測量結(jié)果與被測流量計(jì)的示值進(jìn)行比較，最后確定流量計(jì)的誤差或流量計(jì)系數(shù)。

 

    （2）數(shù)學(xué)模型

 

    由一般相對(duì)誤差的表達(dá)式可得：

 

    

 

    式中：δ——流量計(jì)的相對(duì)誤差，%；q——被測流量計(jì)的瞬時(shí)流量平均值，m3/h；q0——標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的瞬時(shí)流量平均值，m3/h。

 

    考慮到現(xiàn)場實(shí)際流量的不穩(wěn)定性，不論是標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)還是被測流量計(jì)，都很難讀取到穩(wěn)定的瞬時(shí)流量值，一般可采用多次測量的平均值，即從某一時(shí)刻開始同時(shí)讀取標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被測流量計(jì)的示值，連續(xù)測量10~20次。那么，給出結(jié)果的測量不確定度就應(yīng)考慮兩個(gè)流量計(jì)的測量重復(fù)性，這時(shí)數(shù)學(xué)模型為

 

    

 

    式中：δr——被測流量計(jì)的測量重復(fù)性，%；δ0——標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的測量重復(fù)性，%。

 

    （3）不確定度

 

    

 

    2.管線上沒有流量計(jì)的情況

 

    這種情況下的流量大多相對(duì)穩(wěn)定，我們給出的是在測量條件下的瞬時(shí)流量，即經(jīng)過多次測量得到的平均流量，則

 

    

 

    式中：——平均瞬時(shí)流量值，m3/h；qi——第i次的瞬時(shí)流量值，m3/h。

 

    這時(shí)測量結(jié)果的不確定度與標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的準(zhǔn)確度 及測量的重復(fù)性有關(guān)，即

 

    

 

    當(dāng)然，這個(gè)不確定度是在保證了面積測量準(zhǔn)確性前 提下的，即周長測量準(zhǔn)確和結(jié)垢狀態(tài)清楚。