影響超聲波流量計(jì)測(cè)量誤差的主要因素分析

上海上儀股份公司根據(jù)超聲波流量計(jì)時(shí)差法測(cè)量原理的流速與流量公式可知，超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度與儀表幾何參數(shù)和時(shí)間差測(cè)量的準(zhǔn)確度有關(guān)，并且流量修正系數(shù)受流場(chǎng)均勻分布情況影響，所以主要影響測(cè)量準(zhǔn)確度因素可以分為計(jì)量管段幾何參數(shù)、流場(chǎng)因素和信號(hào)因素。

3.3.1信號(hào)因素

時(shí)差法超聲波流量計(jì)是根據(jù)超聲波傳播時(shí)間差來測(cè)得流速，超聲波信號(hào)的采集與處理是獲得全部流場(chǎng)流動(dòng)信息的關(guān)鍵因素，因此如何處理超聲波信號(hào)是影響傳播時(shí)間和流量測(cè)量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵所在，超聲波信號(hào)的質(zhì)量至少應(yīng)滿足信號(hào)處理方法的要求。

超聲波流量計(jì)的信號(hào)處理方法可以分為時(shí)域分析和頻域分析兩種，傳播時(shí)間與超聲波脈沖周期的關(guān)系或聲道長(zhǎng)度與聲波波長(zhǎng)之間的關(guān)系決定采用哪種處理方法。單脈沖傳播時(shí)間測(cè)量法和相關(guān)峰值位移法是應(yīng)用非常廣泛的時(shí)域處理方法，確定接收信號(hào)的過零電平交點(diǎn)是關(guān)鍵所在。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，換能器選用較寬的頻帶方便測(cè)量，但是不均勻的流場(chǎng)分布、聲學(xué)噪聲影響、超聲波換能器損壞和測(cè)量管段處出現(xiàn)密度梯度等因素都會(huì)導(dǎo)致超聲波信號(hào)變形，降低測(cè)量準(zhǔn)確度。因此高精度測(cè)量傳播時(shí)間和信號(hào)處理方法仍需進(jìn)一步研究。本文將不以超聲波信號(hào)處理部分做為研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

3.3.2流場(chǎng)因素

超聲波流量計(jì)的測(cè)量條件是流場(chǎng)呈充分發(fā)展流動(dòng)狀態(tài)，但在實(shí)際應(yīng)用中由于管道走向（平面單彎管、空間雙彎管）、管道中的流量調(diào)節(jié)閥、壓力調(diào)節(jié)裝置等因素導(dǎo)致流場(chǎng)出現(xiàn)非理想分布，從而對(duì)超聲波流量計(jì)的測(cè)量誤差產(chǎn)生一定的影響。

在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中由于彎管的存在，流體中存在各種波動(dòng)，流場(chǎng)很難達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在充分發(fā)展直管道流動(dòng)中，管道截面上的速度分布和流量修正系數(shù)都可根據(jù)公式獲得，因此這種條件下超聲波流量計(jì)可以達(dá)到非常好的計(jì)量精度。在現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)環(huán)境中，通常應(yīng)用整流器克服各種阻流件等因素導(dǎo)致流場(chǎng)分布不均勻，本文將重點(diǎn)研究超聲波流量計(jì)測(cè)量段上游平面彎管、空間彎管和閥門對(duì)測(cè)量精度的影響，并利用整流器的整流效果，從而提高測(cè)量準(zhǔn)確度。

時(shí)差法測(cè)量原理是在管道內(nèi)流體為理想流動(dòng)狀態(tài)下，通過測(cè)量換能器對(duì)射線上無限多點(diǎn)的流體速度值，再加權(quán)求和得到管道截面上的面平均流速，從而得到流量值。研究試驗(yàn)表明，單聲道超聲波流量計(jì)在良好的流場(chǎng)環(huán)境中測(cè)量精度可達(dá)0.5%，如果在單聲道超聲波流量計(jì)測(cè)量段上游安裝平面90°彎管時(shí)，會(huì)造成流量測(cè)量誤差大于4%；可見非理想流場(chǎng)會(huì)降低超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度。在超聲波流量測(cè)量段中采用多聲道布置方法，可以獲取整個(gè)流動(dòng)截面的流速信息，相比單聲道測(cè)量方法測(cè)量精度得到了提高。本文也將多聲道測(cè)量方法做為研究?jī)?nèi)容。

3.3.3安裝效應(yīng)及計(jì)量幾何段參數(shù)因素

流量計(jì)在生產(chǎn)和應(yīng)用中，管道直徑和管道壁粗糙度也會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生較大的影響。不同管道的質(zhì)量?jī)?yōu)劣不一樣，并且使用過程中管道的磨損和腐蝕等因素會(huì)對(duì)管道壁的粗糙度造成十分嚴(yán)重的影響，從而使流場(chǎng)中阻力和速度梯度增大，對(duì)流量的測(cè)量產(chǎn)生一定的誤差。

超聲波流量計(jì)的不同安裝方式和換能器安裝角度不同會(huì)產(chǎn)生不同的測(cè)量結(jié)果，所以需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇非常合適的安裝方向和角度。超聲波流量計(jì)是通過時(shí)間差來測(cè)得管道截面流速，可以利用多聲道來更準(zhǔn)確的獲取流場(chǎng)速度信息，但不同安裝方式不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，并且換能器安裝角度也會(huì)造成測(cè)量結(jié)果與實(shí)際真實(shí)結(jié)果之間的偏差，因此，上海上儀股份公司選取合適的安裝方式和角度在一定程度上可以提高測(cè)量準(zhǔn)確度。