超聲波流量計現(xiàn)場校準/檢測需注意的幾個問題
發(fā)布時間：2014.02.19 新聞來源：超聲波流量計_超聲波明渠流量計_多普勒流速儀-南京卓瑪機電有限公司 瀏覽次數(shù)：
超聲波流量計是近幾年來逐漸應用于管道流量測量的儀表，特別是在大口徑供水管線上，便攜 式超聲波流量計可以將探頭安裝在管道外表面，實現(xiàn)不斷流、不破壞原有管線測量流量，因此受到廣大用戶的歡迎。根據(jù)測量溯源性的要求，針對超聲波流量計的校 準/檢測所用的標準裝置，***常見的方式是在上級校準/檢測實驗室里實施。由于實驗室的校準/檢測方式***大限度地只考慮了實驗室條件下，不是工況條件下。因 此，即使在實驗室檢定合格的儀器儀表，在實際工作現(xiàn)場也有可能由于管路系統(tǒng)、安裝方式等多方面的因素，致使系統(tǒng)流量測量并不準確，甚至有時出現(xiàn)嚴重偏差。 因此，采用超聲波流量計現(xiàn)場校準/檢測的方式，往往能為這些問題提供標準依據(jù)和解決方法。
2 超聲波流量計現(xiàn)場校準/檢測標準裝置的系統(tǒng)組成
超聲波流量計現(xiàn)場校準/檢測標準裝置的工作原理如圖1所示。
圖1 超聲波流量計校準標準裝置實驗原理圖
在實際校準/檢測過程中，根據(jù)流量連續(xù)的原理，將被檢表與標準表串聯(lián)在一起，通過標準表流量的測量值與被檢流量計的測量值相比較。依據(jù)校準/檢測結果，驗證流量測量值的準確度。
3 問題闡述與分析
3.1 安裝方式
在工程實際應用中，通常采用4種安裝方式：N型、W型，V型，Z型。根據(jù)不同的管徑和流體特性來 選擇安裝方式，通常W型適用于小管徑（25～75mm），V型適用于中管徑（25～250mm），Z型適用于大管徑（250mm以上），總之，為了提高測 量的準確性和靈敏度，選擇合適的安裝方式，使得測量信號（即差值）與二次儀表相匹配。如圖2所示。
圖2 安裝方式
N法安裝時，超聲波束在管道中折射兩次穿過流體三次（三個聲程），適于測量小管徑管道。N法通過 延長超聲波傳輸距離，提高測量精度（不常用方法）。W法（極不常用的方法）同N法一樣，W法也通過延長超聲波傳輸距離的辦法來提高小管測量精度。適于測量 50mm以下的小管。使用W法時，超聲波束在管內(nèi)折射三次，穿過流體四次（四個聲程）。目前一般現(xiàn)場校準/檢測首先建議采用“Z”法，只有在現(xiàn)場直管段條 件不允許的情況下采用“V”。因為通過長期的實踐證明，當管道很粗或由于液體中存在懸浮物、管內(nèi)壁結垢太厚或襯里太厚，造成V法安裝信號弱，機器不能正常 工作時，要選用Z法安裝。原因是；使用Z法時，超聲波在管道中直接傳輸，沒有折射（稱為單聲程），信號衰耗小。Z法可測管徑范圍為100mm至 6000mm。實際安裝流量計時，建議200mm以上的管道都要選用Z法（這樣測得的信號***大）。
3.2 測量點位置的選擇
選擇測量點安裝流量計要選擇遠離彎頭、變徑、閥門的地方，以保證介質有一個穩(wěn)定的流動狀態(tài)。一般 要求流量計的安裝需要有一定的前、后直段，而前、后直管段的長度則取決于流量計配備管道公稱通徑的大小，一般情況下至少為上游10倍管徑的距離，下游5倍 管徑的距離，而且在30倍管徑的距離內(nèi)無干擾流體狀態(tài)的因素，如泵、閥等，必要時應考慮加裝整流器。時差式超聲波流量計對水中混入的氣泡特別敏感，隨之流 過的氣泡會造成流量計示值的不穩(wěn)定，積聚的氣體如果正好與探頭的安裝位置吻合，將造成流量計無法工作。因此超聲波流量計的安裝應盡量避開水泵出口，管線*** 高點等易受氣體影響的位置，探頭的安裝點也要盡量避開管道上部和底部，在與水平直徑成45°角的范圍內(nèi)安裝，還要注意避開焊縫等管道缺陷。
測量點須***保證通過其測量段的***小流速不低于0.5m/s，如果流速低于0.5m/s，應考慮在 被檢流量計安裝點的前10倍、后5倍管徑的范圍內(nèi)安裝變徑管（小于原管徑），以提高流速。在實際中，企業(yè)都會遇到原有的舊管線達不到上述檢測條件的情況。 一般地，可以在被測管線上選取一段條件較好、滿足超聲波流量計使用條件的測量點安裝標準表，如果條件太差，就需要對現(xiàn)有管線進行改造，尤其要滿足前后直管 段的要求，保證液體充滿測量管道，***小流速不低于0.5m/s等條件，從而保證計量檢測的準確性。另外，計量檢測人員既要掌握過硬的技術，又要積累豐富的 實踐經(jīng)驗。在檢測過程中，要求計量檢測人員本著科學的態(tài)度開展在線檢測工作，才能夠保證檢測的準確性和校準效果。
3.3 準確地測量管道參數(shù)
便攜式超聲波流量計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，流量是流速與管道流通 面積的乘積，而其管道面積和聲道長度都是使用者由主機手工輸入的管道參數(shù)計算出來的，這些參數(shù)的準確與否直接影響到測量結果。也就是說：流量計即使流速測 得很準確，如果你輸入了一組不準確的管道參數(shù)，測量結果也是不準確的。
管道參數(shù)的獲取***好是用實際測量的方法，了解現(xiàn)場工況條件，包括被檢管線的材質、管外徑、管壁 厚、管內(nèi)襯里的材質及厚度、管內(nèi)介質、介質溫度等相關量的準確數(shù)值，要求在檢測現(xiàn)場測量核實（可以用測厚儀測量壁厚、用軟尺測量管徑），以確保測量準確 度。
實際測量管道參數(shù)也要注意方式方法的合理性，測量用的量具和儀器要經(jīng)過校準。測量管道外徑要注意管道外防護層以及外表層的銹蝕臟污對測量可能造成的影響。
在小管徑上使用便攜式超聲波流量計進行流量測量時，管道內(nèi)徑輸入不準確所引起的誤差更是不容忽 視，例如：內(nèi)徑測量的******誤差同樣是1毫米，那么對DN1000管線來說其內(nèi)徑相對誤差為0.1%；而對DN100管線來說其內(nèi)徑相對誤差為1.0%。而 流量是與內(nèi)徑的平方（管道內(nèi)徑面積）成正比的，同樣是1毫米的內(nèi)徑測量誤差對DN1000管線所帶來的流量測量誤差僅有約0.3%，而對于DN100管線 所帶來的流量測量誤差卻有約3%，可見便攜式超聲波流量計使用管線口徑越大測量越容易準確，管線口徑越小，測量越難把握。所以有人推薦便攜式超聲波流量計 ***好在DN300以上管線使用是有一定道理的。
探頭的安裝距離是須***準確保證的重要測量參數(shù)，在校準/檢測中為了保證找到***佳信號強度，用移動 一個探頭的方式找信號，往往是信號有了探頭的安裝距離不對了，顧此失彼。正確的方法是：要平行移動兩個探頭，在保證探頭的安裝距離符合要求的前提下去找*** 佳安裝點，在信號找好后一定要用實測的方法確認探頭的安裝距離準確無誤。
管道襯里對測量的影響也是很大的，一些老管線采用水泥砂漿襯里防腐，在測量時如果忽略了它的存 在，將會產(chǎn)生很大的誤差，因為水泥砂漿襯里厚度一般都不是一個可以忽略的數(shù)字，加上其表面粗燥易附著泥砂，易成片脫落，都可能給測量帶來很大的影響。在測 量時，如果沒有輸入襯里參數(shù)，按正常操作就是找不到信號時，就應該考慮可能管道是有襯里的。
4 結束語
運用便攜式超聲波流量計開展在線大口徑流量計的檢測、校準工作是較為可行的方法，這種方法極大地 方便了供水企業(yè)的計量工作，同時也有效降低了企業(yè)在計量方面的資金消耗。檢測工作中，計量人員要認真總結經(jīng)驗，為供水行業(yè)今后有效開展計量工作提供切實可 行的依據(jù)。值得注意的是：流量計是******計量法制管理的計量器具，按其使用場合不同分為強制檢定和非強制檢定兩種，供水行業(yè)用于貿(mào)易結算的流量計屬強制檢定 的計量器具，其檢定應按照******相關的計量檢定規(guī)程由法定計量檢定機構實施；供水行業(yè)用于內(nèi)部核算的流量計屬非強制檢定的計量器具，使用者只須按照量傳原則 進行科學的校準即可。
2 超聲波流量計現(xiàn)場校準/檢測標準裝置的系統(tǒng)組成
超聲波流量計現(xiàn)場校準/檢測標準裝置的工作原理如圖1所示。
圖1 超聲波流量計校準標準裝置實驗原理圖
在實際校準/檢測過程中，根據(jù)流量連續(xù)的原理，將被檢表與標準表串聯(lián)在一起，通過標準表流量的測量值與被檢流量計的測量值相比較。依據(jù)校準/檢測結果，驗證流量測量值的準確度。
3 問題闡述與分析
3.1 安裝方式
在工程實際應用中，通常采用4種安裝方式：N型、W型，V型，Z型。根據(jù)不同的管徑和流體特性來 選擇安裝方式，通常W型適用于小管徑（25～75mm），V型適用于中管徑（25～250mm），Z型適用于大管徑（250mm以上），總之，為了提高測 量的準確性和靈敏度，選擇合適的安裝方式，使得測量信號（即差值）與二次儀表相匹配。如圖2所示。
圖2 安裝方式
N法安裝時，超聲波束在管道中折射兩次穿過流體三次（三個聲程），適于測量小管徑管道。N法通過 延長超聲波傳輸距離，提高測量精度（不常用方法）。W法（極不常用的方法）同N法一樣，W法也通過延長超聲波傳輸距離的辦法來提高小管測量精度。適于測量 50mm以下的小管。使用W法時，超聲波束在管內(nèi)折射三次，穿過流體四次（四個聲程）。目前一般現(xiàn)場校準/檢測首先建議采用“Z”法，只有在現(xiàn)場直管段條 件不允許的情況下采用“V”。因為通過長期的實踐證明，當管道很粗或由于液體中存在懸浮物、管內(nèi)壁結垢太厚或襯里太厚，造成V法安裝信號弱，機器不能正常 工作時，要選用Z法安裝。原因是；使用Z法時，超聲波在管道中直接傳輸，沒有折射（稱為單聲程），信號衰耗小。Z法可測管徑范圍為100mm至 6000mm。實際安裝流量計時，建議200mm以上的管道都要選用Z法（這樣測得的信號***大）。
3.2 測量點位置的選擇
選擇測量點安裝流量計要選擇遠離彎頭、變徑、閥門的地方，以保證介質有一個穩(wěn)定的流動狀態(tài)。一般 要求流量計的安裝需要有一定的前、后直段，而前、后直管段的長度則取決于流量計配備管道公稱通徑的大小，一般情況下至少為上游10倍管徑的距離，下游5倍 管徑的距離，而且在30倍管徑的距離內(nèi)無干擾流體狀態(tài)的因素，如泵、閥等，必要時應考慮加裝整流器。時差式超聲波流量計對水中混入的氣泡特別敏感，隨之流 過的氣泡會造成流量計示值的不穩(wěn)定，積聚的氣體如果正好與探頭的安裝位置吻合，將造成流量計無法工作。因此超聲波流量計的安裝應盡量避開水泵出口，管線*** 高點等易受氣體影響的位置，探頭的安裝點也要盡量避開管道上部和底部，在與水平直徑成45°角的范圍內(nèi)安裝，還要注意避開焊縫等管道缺陷。
測量點須***保證通過其測量段的***小流速不低于0.5m/s，如果流速低于0.5m/s，應考慮在 被檢流量計安裝點的前10倍、后5倍管徑的范圍內(nèi)安裝變徑管（小于原管徑），以提高流速。在實際中，企業(yè)都會遇到原有的舊管線達不到上述檢測條件的情況。 一般地，可以在被測管線上選取一段條件較好、滿足超聲波流量計使用條件的測量點安裝標準表，如果條件太差，就需要對現(xiàn)有管線進行改造，尤其要滿足前后直管 段的要求，保證液體充滿測量管道，***小流速不低于0.5m/s等條件，從而保證計量檢測的準確性。另外，計量檢測人員既要掌握過硬的技術，又要積累豐富的 實踐經(jīng)驗。在檢測過程中，要求計量檢測人員本著科學的態(tài)度開展在線檢測工作，才能夠保證檢測的準確性和校準效果。
3.3 準確地測量管道參數(shù)
便攜式超聲波流量計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，流量是流速與管道流通 面積的乘積，而其管道面積和聲道長度都是使用者由主機手工輸入的管道參數(shù)計算出來的，這些參數(shù)的準確與否直接影響到測量結果。也就是說：流量計即使流速測 得很準確，如果你輸入了一組不準確的管道參數(shù)，測量結果也是不準確的。
管道參數(shù)的獲取***好是用實際測量的方法，了解現(xiàn)場工況條件，包括被檢管線的材質、管外徑、管壁 厚、管內(nèi)襯里的材質及厚度、管內(nèi)介質、介質溫度等相關量的準確數(shù)值，要求在檢測現(xiàn)場測量核實（可以用測厚儀測量壁厚、用軟尺測量管徑），以確保測量準確 度。
實際測量管道參數(shù)也要注意方式方法的合理性，測量用的量具和儀器要經(jīng)過校準。測量管道外徑要注意管道外防護層以及外表層的銹蝕臟污對測量可能造成的影響。
在小管徑上使用便攜式超聲波流量計進行流量測量時，管道內(nèi)徑輸入不準確所引起的誤差更是不容忽 視，例如：內(nèi)徑測量的******誤差同樣是1毫米，那么對DN1000管線來說其內(nèi)徑相對誤差為0.1%；而對DN100管線來說其內(nèi)徑相對誤差為1.0%。而 流量是與內(nèi)徑的平方（管道內(nèi)徑面積）成正比的，同樣是1毫米的內(nèi)徑測量誤差對DN1000管線所帶來的流量測量誤差僅有約0.3%，而對于DN100管線 所帶來的流量測量誤差卻有約3%，可見便攜式超聲波流量計使用管線口徑越大測量越容易準確，管線口徑越小，測量越難把握。所以有人推薦便攜式超聲波流量計 ***好在DN300以上管線使用是有一定道理的。
探頭的安裝距離是須***準確保證的重要測量參數(shù)，在校準/檢測中為了保證找到***佳信號強度，用移動 一個探頭的方式找信號，往往是信號有了探頭的安裝距離不對了，顧此失彼。正確的方法是：要平行移動兩個探頭，在保證探頭的安裝距離符合要求的前提下去找*** 佳安裝點，在信號找好后一定要用實測的方法確認探頭的安裝距離準確無誤。
管道襯里對測量的影響也是很大的，一些老管線采用水泥砂漿襯里防腐，在測量時如果忽略了它的存 在，將會產(chǎn)生很大的誤差，因為水泥砂漿襯里厚度一般都不是一個可以忽略的數(shù)字，加上其表面粗燥易附著泥砂，易成片脫落，都可能給測量帶來很大的影響。在測 量時，如果沒有輸入襯里參數(shù)，按正常操作就是找不到信號時，就應該考慮可能管道是有襯里的。
4 結束語
運用便攜式超聲波流量計開展在線大口徑流量計的檢測、校準工作是較為可行的方法，這種方法極大地 方便了供水企業(yè)的計量工作，同時也有效降低了企業(yè)在計量方面的資金消耗。檢測工作中，計量人員要認真總結經(jīng)驗，為供水行業(yè)今后有效開展計量工作提供切實可 行的依據(jù)。值得注意的是：流量計是******計量法制管理的計量器具，按其使用場合不同分為強制檢定和非強制檢定兩種，供水行業(yè)用于貿(mào)易結算的流量計屬強制檢定 的計量器具，其檢定應按照******相關的計量檢定規(guī)程由法定計量檢定機構實施；供水行業(yè)用于內(nèi)部核算的流量計屬非強制檢定的計量器具，使用者只須按照量傳原則 進行科學的校準即可。
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