1 前言
目前(qian)，工業領域(yu)面臨着能(neng)源過度的(de)問題，節能(neng)減排已成(cheng)爲大型生(sheng)産企業急(ji)需解決的(de)課題。 流量(liang)計 作爲生(sheng)産線的重(zhong)要計量器(qi)具，不僅是(shi)直接反映(ying)生産能耗(hao)的基📞礎設(she)備，也是控(kong)制能耗的(de)首要環節(jie)。由于生産(chan)計劃，許多(duo)企✂️業的流(liu)量計無法(fa)被卸下而(er)需要在線(xian)校準。 超聲(sheng)波流量計(ji) 作爲一種(zhong)精度高、非(fei)接觸式、易(yi)攜帶安裝(zhuang)的計量器(qi)具🌈，廣泛被(bei)應用于流(liu)量計的在(zai)線校準。因(yin)此，本文介(jie)紹如何應(ying)用超聲波(bo)流量計在(zai)線校準浮(fu)子流量計(ji) 并對其過(guo)程進行測(ce)量不确定(ding)度的評定(ding)。
2 超聲波流(liu)量計工作(zuo)原理
超聲(sheng)波在流體(ti)中的傳播(bo)速度與流(liu)體的流速(su)有關。沿🌈流(liu)體的順流(liu)方向，超聲(sheng)波的傳播(bo)速度增大(da)；逆流方向(xiang)的傳播速(su)度減小。同(tong)🥰一超聲波(bo)沿流體不(bu)同流向産(chan)生了時間(jian)💋差，該差值(zhi)與流體的(de)流🔴速存在(zai)一定的關(guan)系。假設直(zhi)段管道内(nei)有2個超聲(sheng)波傳感器(qi)，傳感器1位(wei)于流體上(shang)遊，傳感器(qi)2位于流體(ti)下🆚遊，則傳(chuan)感器♋之間(jian)存在如下(xia)關系：
 （1）
（2）
式中(zhong)：L—兩個超聲(sheng)波傳感器(qi)之間的直(zhi)線距離；
T12—沿(yan)流體逆向(xiang)，超聲波從(cong)傳感器1傳(chuan)播至傳感(gan)器2所用的(de)時間；
T21—沿流(liu)體順向，超(chao)聲波從傳(chuan)感器2傳播(bo)至傳感器(qi)1所用💚的時(shi)間；
C—超聲波(bo)在靜止流(liu)體中的傳(chuan)播速度；
x—L在(zai)管道中沿(yan)管道軸向(xiang)的分量。
根(gen)據上式可(ke)知：當傳感(gan)器的位置(zhi)和管道幾(ji)何參數爲(wei)已知量，則(ze)🍉流體的流(liu)速正比于(yu)時間項。
3 浮(fu)子流量計(ji)在線測量(liang)
3.1 校準環境(jing)與安裝條(tiao)件
超聲波(bo)流量計是(shi)根據超聲(sheng)波在管道(dao)内傳播時(shi)間差反映(ying)流體流速(su)的，所以被(bei)測段的流(liu)體狀态對(dui)測量結果(guo)影響很大(da)。測⚽量時，應(ying)避免被測(ce)段的流體(ti)處于湍流(liu)狀态。一💘般(ban)應注意以(yi)下幾點：
（1）計(ji)量現場應(ying)無明顯振(zhen)動，周圍無(wu)電磁幹擾(rao)。
（2）探測器安(an)裝位置的(de)上遊直管(guan)段長度至(zhi)少爲管徑(jing)的10倍以上(shang)，下🔴遊的直(zhi)管段長度(du)至少爲管(guan)徑的5倍以(yi)🌈上；上遊30倍(bei)✉️管徑🔞的沿(yan)程内應沒(mei)有擾流因(yin)素，比如泵(beng)、閥引起的(de)流速分布(bu)不均勻。
（3）管(guan)道始終充(chong)滿流體，流(liu)體内不能(neng)含有大量(liang)的氣泡或(huo)異🔞物。
（4）對于(yu)水瓶管道(dao)，爲了避免(mian)滞留空氣(qi)或沉積物(wu)影響測量(liang)結果，在水(shui)平面的±45°内(nei)安裝探測(ce)器。避免将(jiang)探測器安(an)裝在管道(dao)變形、凸起(qi)🏒或焊接部(bu)分。
（5）如管道(dao)表面有塗(tu)層、腐蝕班(ban)或是不平(ping)整，用油漆(qi)稀釋劑和(he)砂紙🧡清除(chu)。
（6）查看被檢(jian)的浮子流(liu)量計是否(fou)有洩漏、振(zhen)動的情況(kuang)，刻度是否(fou)清晰，便于(yu)觀察。
（7）對于(yu)1.0和1.5級的浮(fu)子流量計(ji)，安裝傾斜(xie)角度不應(ying)超過2°；2.5級及(ji)🚶以下的🏃🏻‍♂️浮(fu)子流量計(ji)不應超過(guo)5°。
3.2 探測法的(de)選擇
根據(ju)探測器的(de)分布位置(zhi)，探測法分(fen)爲V法和Z法(fa)。V法：兩⁉️探測(ce)♍器均處于(yu)管道外同(tong)側，探測器(qi)之間連線(xian)與管道軸(zhou)☔線平行。Z法(fa)：兩探測器(qi)處于管道(dao)外兩側，兩(liang)探測🔞器之(zhi)間連線與(yu)管道軸線(xian)交叉。在下(xia)列❄️情況下(xia)使用Z法：
（1）需(xu)要節省安(an)裝空間（Z法(fa)的安裝空(kong)間約爲V法(fa)的一半）。
（2）需(xu)要測量污(wu)水等渾濁(zhuo)的流體。
（3）管(guan)道内有砂(sha)漿襯裏或(huo)是較厚水(shui)垢。
3.3 測量步(bu)驟
（1）确認管(guan)道的内、外(wai)徑；對于非(fei)标準的管(guan)道，用遊标(biao)卡尺🔴和測(ce)厚儀等工(gong)具測量管(guan)道的外徑(jing)與壁厚。
（2）在(zai)儀表中輸(shu)入相關參(can)數：管道内(nei)、外徑；管道(dao)材料；流體(ti)介質🧡；探測(ce)法類型等(deng)。
（3）待儀表調(diao)零後确定(ding)探測器安(an)裝距離。
（4）在(zai)探測器表(biao)面塗上适(shi)量矽脂，根(gen)據“安裝條(tiao)件”安裝👌探(tan)測🙇🏻器❤️，查看(kan)超聲波信(xin)号接受是(shi)否正常。
（5）待(dai)被檢流量(liang)計與超聲(sheng)波流量計(ji)讀數穩定(ding)後，讀取兩(liang)儀表的流(liu)量值，計算(suan)示值誤差(cha)。
3.4 注意事項(xiang)
（1）當超聲波(bo)流量計信(xin)号異常或(huo)是無信号(hao)時，查看管(guan)道⭐表面是(shi)否有塗層(ceng)、探測器是(shi)否緊貼管(guan)道表面。在(zai)排除上述(shu)👨‍❤️‍👨問題但仍(reng)信号異常(chang)的情況下(xia)，查看現場(chang)周圍是💋否(fou)有電磁幹(gan)擾，比如：大(da)功率水泵(beng)、變頻器、變(bian)壓器等。
（2）當(dang)測量值與(yu)被檢示值(zhi)存在明顯(xian)偏差時，查(cha)看探測器(qi)💞安裝位置(zhi)💚是否合理(li)。在滿足安(an)裝條件的(de)情況下，盡(jin)可🌐能對🏃安(an)裝位置做(zuo)調整：同一(yi)條管道布(bu)置有高低(di)時，探測器(qi)安裝在較(jiao)🈲低的管路(lu)上；探測器(qi)盡量不要(yao)靠近管路(lu)的終端；盡(jin)量選擇流(liu)體向上❄️流(liu)動的管🤞路(lu)安裝探測(ce)器；管路内(nei)結垢嚴重(zhong)，更換管路(lu)。
（3）當測量值(zhi)存在明顯(xian)波動時，适(shi)當設置阻(zu)尼參數，延(yan)長響應時(shi)間。
（4）當流量(liang)發生變化(hua)但測量值(zhi)保持不變(bian)時，檢查管(guan)道規格是(shi)否正确；探(tan)測器是否(fou)安裝在焊(han)接部分；探(tan)測器安裝(zhuang)尺寸是‼️否(fou)正确；探測(ce)器表面是(shi)否塗有足(zu)夠的潤滑(hua)脂；嘗試更(geng)換探測法(fa)類型；避免(mian)使用加長(zhang)電纜。
4 不确(que)定度評定(ding)實例
本文(wen)利用超聲(sheng)波流量計(ji)在線校準(zhun)浮子流量(liang)計，流量⭐範(fan)圍：（16～160）L/min，流體介(jie)質爲水。
4.1 測(ce)量模型
利(li)用超聲波(bo)流量計在(zai)線計量浮(fu)子流量計(ji)，相當于🍓采(cai)用✌️标準表(biao)法進行計(ji)量。标準流(liu)量計和被(bei)檢流量計(ji)串🔴聯在現(xian)有的流量(liang)管道上，刻(ke)度狀态相(xiang)同，流量無(wu)需經🈚過修(xiu)正。示值誤(wu)差根據下(xia)式：
（3）
式中：qm—被(bei)檢浮子流(liu)量計的流(liu)量顯示值(zhi)，L/min；
qv—标準超聲(sheng)波流量計(ji)的流量實(shi)際值，L/min；
qmax—被校(xiao)流量計的(de)上限刻度(du)值，L/min。
标準不(bu)确定度：
 
靈(ling)敏系數：c1=1/qmax；c2=-1/qmax
4.2 不(bu)确定度的(de)來源：
（1）輸入(ru)量qm的不确(que)定度
測量(liang)的重複性(xing)引入的不(bu)确定度：u（qm）
浮(fu)子流量計(ji)在80L/min時，對被(bei)檢流量計(ji)測量10次，結(jie)果如表1。
表(biao)1
 
測量平均(jun)值 ，标準方(fang)差S=0.13L/min，u（qm）= 。
（2）輸入量(liang)qv的不确定(ding)度：
①測量重(zhong)複性或儀(yi)表分辨力(li)引入的不(bu)确定度：u1（qv）
超(chao)聲波流量(liang)計在80L/min時，對(dui)被檢流量(liang)計測量10次(ci)，結果如表(biao)2。
表2
 
測量平(ping)均值 ，标準(zhun)方差S=0.022L/min，u1（qv）=
超聲(sheng)波流量計(ji)分辨力引(yin)入的不确(que)定度：
儀表(biao)的分辨力(li)爲0.001L/min；按均勻(yun)分布計算(suan)k= ，則u1（qv）=0.00058L/min
在兩者(zhe)中去較大(da)者，0.007L/min＞0.00058L/min，則u1（qv）=0.007L/min
②超聲(sheng)波流量計(ji)示值誤差(cha)引入的不(bu)确定度：
示(shi)值誤差爲(wei)流量讀數(shu)的0.26%，按均勻(yun)分布計算(suan)k=
則u1（qv）=83.007×0.26/ =0.125L/min
 
由以上(shang)數據合成(cheng)标準不确(que)定度爲：
 ，其(qi)擴展不确(que)定度爲：U=k×uc=0.2%（k=2）
5 結(jie)果分析
由(you)以上不确(que)定度的結(jie)果可以得(de)出：測量不(bu)确定度的(de)來源主要(yao)是超聲波(bo)流量計的(de)示值誤差(cha)，其次是浮(fu)子流量計(ji)的測量重(zhong)複性，最小(xiao)的是超聲(sheng)波流量計(ji)的測量重(zhong)複性。
雖然(ran)不确定度(du)的來源主(zhu)要是标準(zhun)器的精度(du)，但是測量(liang)前期的準(zhun)備工作，包(bao)括：現場環(huan)境與校準(zhun)條件的确(que)認，探測器(qi)🛀🏻安裝位置(zhi)與探測法(fa)的選擇等(deng)。這些♈因素(su)也很大程(cheng)度影響♍了(le)測量🥵結果(guo)。

以上内容(rong)來源于網(wang)絡，如有侵(qin)權請聯系(xi)即删除!