摘 要： DCT7088型便攜式超聲波流量計(jì)在測試不同管徑管線流量過程中，發(fā)現(xiàn)被測管線流量與管線上安裝的計(jì)量表之間存在較大測量差值。針對(duì)測量誤差認(rèn)真分析誤差產(chǎn)生來源，并在測試過程中如何減少測試誤差做一簡單的分析。 

關(guān)鍵字： 超聲波流量計(jì) 測量誤差 誤差修正 

1 引言 

 供水管線的管徑從DN25mm到DN900mm大小不一，共1000多條。隨著供水管線供水使用年限長，埋在地下老化腐蝕嚴(yán)重，好多管線出現(xiàn)漏口，但因埋在地下又不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏口具體位置，致使我廠新水無償流失量逐年增大。同時(shí)隨著公司挖潛增效、節(jié)能減排工作的開展及對(duì)各產(chǎn)品能耗指標(biāo)考核力度的加大，各廠礦越來越關(guān)注日用水量的計(jì)量。為避免計(jì)量糾紛、查找供水管線漏口，我廠進(jìn)了1臺(tái)DCT7088便攜式超聲波流量計(jì)，為的是更好的對(duì)有疑議供水管線的量進(jìn)行核查。 

2 工作原理 

  DCT7088超聲波流量計(jì)采用了的微處理數(shù)字技術(shù)，用于工業(yè)環(huán)境下測量不含高濃度懸浮粒子或氣體的均質(zhì)液體的流量。它采用時(shí)差方式的測量原理，利用傳感器發(fā)出的超聲波在流動(dòng)著的流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會(huì)增大，逆流方向則減小，在同一傳播距離就有不同的傳輸時(shí)間，根據(jù)傳輸時(shí)間之差與被測流體流速之間的關(guān)系測出流體的流速（圖1）。

 
圖1 典型時(shí)差原理圖

流體的流速在管內(nèi)的不同位置是不同的，其管的流速要比靠近管壁的流速快。流體在管道中的流速分布可以用流速截面分布圖表示（見圖2）。通過對(duì)流量計(jì)的設(shè)置，并考慮流速的截面分布影響，從而計(jì)算出平均流速，再根據(jù)管道的截面積得出流體的體積流量。

 
圖2 流速截面分布圖

流速與傳感器傳輸時(shí)間差的關(guān)系式是：

式中：V是液體沿管道中心線的速度；M為聲速；ΔT為順逆流傳播時(shí)間差；θ為聲路角；M為傳感器安裝距離；Tup為順流傳播時(shí)間；Tdown為逆流傳播時(shí)間。 

瞬時(shí)流量公式：Q=KSV 

式中：Q為瞬時(shí)流量；K為儀表系數(shù)，在儀表標(biāo)定過程產(chǎn)生，是個(gè)定值；S為管線截面積；V為液體沿管道中心線的速度。 

3 實(shí)際使用中測量結(jié)果存在的問題 

自DCT7088便攜式超聲波流量計(jì)購進(jìn)后，為盡快掌握測量性能和功能，我們對(duì)我廠不同管徑、不同材質(zhì)的輸水管線進(jìn)行了一一測試，在測試過程中發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果存在以下問題。 

（1）測試同一管線流量，超聲波流量計(jì)測量值與在線儀表的測量值之間存在較大差異。 

（2）超聲波流量計(jì)測量值波動(dòng)較大。 

（3）同一管線不同位置測量，各位置的相對(duì)誤差大于±10%。 

（4）DN300mm以下管線測量值誤差大于DN300mm以上管線測量值誤差。 

4 測量誤差的產(chǎn)生及分析 

我們針對(duì)便攜式超聲波流量計(jì)在測試中存在的較大誤差，經(jīng)不斷咨詢廠家及查找資料，逐步掌握了超聲波流量計(jì)在測量過程誤差產(chǎn)生的主要因素，主要有以下幾方面。 

（1）不能準(zhǔn)確的輸入管道參數(shù)。便攜式超聲波流量計(jì)探頭在管道外部安裝，它直接測量的是管道內(nèi)流體的流速，流量是流速與管道截面積的乘積，而其管道截面積和聲道長度都是通過使用者輸入的管道參數(shù)計(jì)算出來的。我們?cè)趯?shí)際測量過程中，管道參數(shù)大都是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙或咨詢工藝技術(shù)人員，因客觀原因無法現(xiàn)場就地實(shí)測管道各參數(shù)。這些參數(shù)的準(zhǔn)確與否直接影響到測量結(jié)果。 

（2）在小管上使用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行流量測量時(shí)，管道內(nèi)徑輸入不準(zhǔn)確所引起的誤差較大。我們通過多次測量發(fā)現(xiàn)，內(nèi)徑輸入的誤差同樣是1mm，那么對(duì)DN900管線來說其內(nèi)徑相對(duì)誤差為0.1%；而對(duì)DN100管線來說其內(nèi)徑相對(duì)誤差為1.0%。而流量是與內(nèi)徑的平方（管道內(nèi)徑截面積）成正比的，同樣是1mm的內(nèi)徑測量誤差對(duì)DN900管線所帶來的流量測量誤差僅約0.3%，而對(duì)于DN100管線所帶來的流量測量誤差卻約3%。 

（3）測量時(shí)直管段距離不能保證。我們?cè)谶M(jìn)行流量測量時(shí)，流量計(jì)安裝的上游、下游必須有管徑10倍和5倍以上的直管段，而在實(shí)際使用時(shí)，被測管大多是地埋或閥門井內(nèi)，經(jīng)常很難找到滿足規(guī)程要求的安裝位置，一般上游管都安裝彎頭、閥門、泵、閥等，當(dāng)流量計(jì)安裝位置上游直管段長度保證不了10倍管徑，測量值波動(dòng)大，測量誤差會(huì)大于10%。 

（4）探頭安裝方式及方位不同帶來的誤差。我們?cè)趯?shí)際測量過程中，流量計(jì)探頭安裝有兩種方式：V法和Z法。一般情況下管徑D＞200mm時(shí)選用Z法，管徑D＜200mm時(shí)選用V法。而Z法安裝聲程短，信號(hào)雖強(qiáng)，探頭定位難度大，容易產(chǎn)生安裝誤差。 

（5）管圓度的影響。剛出廠的超聲波流量計(jì)都是在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)管上標(biāo)定合格后出廠供給用戶使用的。而我廠在實(shí)際測量過程中，使用的管道大都是卷焊管，截面不是圓形。當(dāng)超聲波流量計(jì)根據(jù)輸入的管道參數(shù)計(jì)算的面積小于實(shí)際面積時(shí)，流量測量值偏?。ㄈ鐖D3），反之則偏大（如圖4）。

5 實(shí)際測量誤差修正 

針對(duì)我廠所使用的便攜式超聲波流量計(jì)在測量過程中存在的測量誤差，我們不斷查找資料、咨詢廠家，介于測量條件很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)測量條件的情況下，我們找出了一些適合我廠在測量過程中測量誤差修正的辦法。 

（1）儀表系數(shù)K值標(biāo)定。任何儀表在使用前都需要檢定或校準(zhǔn)，超聲波流量計(jì)在出廠時(shí)，經(jīng)廠家標(biāo)定儀表系數(shù)K均為1.000。在實(shí)際測量過程中由于管道參數(shù)、管道表面處理的光潔度、管道外形、測量點(diǎn)直管段距離不滿足要求等等因素，造成測量結(jié)果誤差較大?？紤]到以上誤差產(chǎn)生的因素，我們?cè)趯?shí)際測量中，用流量標(biāo)準(zhǔn)裝置或在線儀表來標(biāo)定DCT7088便攜式超聲波流量計(jì)，得到不同管徑的儀表K系數(shù)，再用DCT7088便攜式超聲波流量計(jì)輸入相應(yīng)管徑的K系數(shù)進(jìn)行流量測量。在測DN300mm以下的管道流量時(shí)，我們?cè)诹髁繕?biāo)準(zhǔn)裝置上對(duì)超聲波流量計(jì)進(jìn)行檢定，得出一個(gè)儀表系數(shù)，作為DN300mm以下管線測量的儀表系數(shù)。因我廠沒有大口徑標(biāo)準(zhǔn)流量檢定裝置，對(duì)于DN400mm～DN900mm的管道我們以在線儀表作為標(biāo)準(zhǔn)表或庫容法，來標(biāo)定超聲波流量計(jì)，不同管徑的管線得到不同的儀表系數(shù)。通過不同管徑儀表系數(shù)的標(biāo)定，減少了DCT7088便攜式超聲波流量計(jì)在各種口徑管道的測量誤差。 

（2）選擇測量位置。測量點(diǎn)位置的選擇我們是通過在同一條管線不同位置多次反復(fù)測量后與在線儀表比對(duì)或與供水工藝相聯(lián)系得到，并砌井作為超聲波流量計(jì)專門的測量井。為了確保超聲波流量計(jì)測量準(zhǔn)確度，我們測量點(diǎn)位置盡量遠(yuǎn)離彎管、三通、節(jié)流閥、縮頸管、阻尼孔或能引起紊流的管段，確保測量點(diǎn)直管段上游直管段為10D，下游直管段為5D。測量點(diǎn)的管道表面條件要光滑并打磨到露出金屬本色。 

（3）圖形分析法。在DCT7088便攜式超聲波流量計(jì)安裝圖形分析軟件，在流量測量時(shí)調(diào)整兩個(gè)發(fā)射器位置，使流量信號(hào)接收、信號(hào)質(zhì)量及流量圖形達(dá)到狀態(tài)時(shí)的流量值就是此時(shí)的流量測量值。 

6 結(jié)語 

經(jīng)過我們不斷地摸索，目前掌握了超聲波流量計(jì)的測試方法和如何修正測量誤差，使超聲波流量計(jì)在工業(yè)測量上發(fā)揮著重要的應(yīng)用。