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            超聲波流量計現場檢測中的影響因素分析

            超聲波流量計現場檢測中的影響因素分析

            產品說明:該文根據現場實際需要,對現場超聲波流量計的影響因素(計量精度、磁場因素、管徑測量、壁厚、前后直管段長度、內襯、管道材質、流體溫度)等分別進行研究分析。

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            • 產品說明

            摘 要:隨著水資源價格不斷上漲,用以計量水資源流量的超聲波流量計(安裝快捷、使用靈活),在水資源的節約減排、貿易結算等方面起著重要的作用。而且流量計計量是否準確對于企業對水資源的控制、生產問題的判斷等方面具有重要意義。但在實際使用中,由于不少用戶對超聲波流量計的現場使用要點掌握不夠好,導致測量效果不太理想,因而對現場使用超聲波流量計產生質疑。該文根據現場實際需要,對現場超聲波流量計的影響因素(計量精度、磁場因素、管徑測量、壁厚、前后直管段長度、內襯、管道材質、流體溫度)等分別進行研究分析。

            引言
            隨著現代科技的不斷發展,流量計對于現代工業生產的質量保證具有重要的作用,同時還是電力、食品、醫藥等工業生產中的重要參數。尤其是超聲波流量計的廣泛使用,對企業的節能減排及能源的充分利用,企業部門的核算、控制成本均起重要作用。由于超聲波流量計檢測主要是實驗室檢測,在現場進行檢測時,缺少對實際情況的了解,現場會出現若干問題,影響超聲波流量計計量準確問題。

            1 對超聲波流量計檢測影響因素
            1.1 計量精度
            本文現場采用由德國弗萊克森生產的超聲波流量計(FLEXIM)作為主要檢測儀器,該儀器配有大、小兩種換能器,分別用于測量大管徑、小管徑管道,能測量常用材質的管道,管徑范圍從 15mm~3400mm 的管道流量。經河南省計量科學研究院檢定,符合現場使用的要求。

            1.2 磁場因素

            在現場檢測時,會常出現以下情況,無論怎么調整安裝方式或者調整換能器的位置,均收不到其超聲信號,進而導致檢測失敗。這種情況的出現,可能由附近大量高壓電纜過大磁場造成的,磁場的存在干擾換能器發出、接收信號的能力,使得換能器無法正常運行工作。避免檢測失敗,應選擇遠離這類磁場發生體的位置,進行下一次檢測[1]。

            1.3 直管段長度
            為確保被測介質水流平穩能夠滿足儀表精度的要求,流量計換能器應在流量計上游、下游分別至少有 10倍、5 倍以上管徑的直管段。實際使用時,由于現場安裝條件、檢測環境的影響,時常滿足不了現場安裝要求,使得流場不穩定。影響檢測的精度?,F場檢測采用德國FLEXIM超聲波流量計分別安裝在被檢流量計上、下游非標準位置,測得數據,計算誤差結果如表 1 所示。
            結果表明:直管段安裝在下游的影響比上游的小,上游至少在 3 倍管徑以上才滿足測量要求。當上游直管段較短時,即離彎頭,泵、閥門較近時,一般常常表現為正誤差。由此造成測量誤差加大,在現場不滿足安裝要求測量時,首先滿足上游安裝要求。

            1.4 輸入不準造成的偏差
            流量計流量是流速與管道流通面積的乘積,輸入這些參數(管徑、壁厚、內襯及材質、流體溫度),計算出管道面積,在與測得的流速乘積得出流量。換能器安裝的距離是根據現場測量時人工輸入流量計后計算出來的。參數測量是否準確直接影響測量精度[2]?,F場經過多次測量,實驗測量結果如下:

            1.4.1 輸入管徑誤差對測量結果的影響
            在管道固定不變的情況下,依次輸入不同誤差下的管徑與標準值比較,實驗結果如表 2 所示。
            由表 2 可以得出:流量測量誤差大約是管徑輸入誤差的 2 倍。這與誤差傳遞理論相一致。
            由 Q=V*π*D2/4 得:
            dQ=V*π*dD/2 (1)
            推出:
            σQ=dQ/Q=2dD/D=2σD (2)
            其中:Q:流體流量;
            D: 管徑;
            σQ: 流量誤差;
            σD: 管徑誤差。

            使用超聲波流量計在小口徑上進行檢測時,輸入管道口徑不準引起的流量測量誤差同樣不容忽視,如:口徑測量的絕對誤差為 1mm 時,對 DN800 口徑來說,其內徑相對誤差為 0.12%,而對 DN100 口徑來說,其內徑相對誤差為 1.0%,流量是與管道內徑的平方成正比,同樣是 1mm 的內徑測量誤差,對 DN800 口徑,流量測量誤差約 0.3%左右,而對于 DN100 口徑,流量測量誤差約3%左右,由此可見超聲波流量計使用口徑越大測量越準確,口徑越小,測量精度越難把握。所以便攜式超聲波流量計更適合在大口徑管道的測量[3]。

            1.4.2 壁厚誤差對流量測量誤差的影響
            在換能器安裝位置不變的情況下,輸入不同壁厚參數得出結果與標準表相比較。依次選擇在四種不同口徑的管道上測量,測得結果與標準表相比較,實驗結果如表 3 所示。
            從表 3 可以看出,隨著管壁厚度輸入增大,測量結果誤差就會變大。所以,輸入管壁參數的正確與否直接影響流量測量結果。因此,現場用實際測量的方法獲取管道參數,常用超聲波厚度儀進行確認。由于實際的現場環境會和設計參數有一定的出入,管壁厚度在使用一段時間也會由于腐蝕等原因發生變化。

            1.4.3 管道材質及內襯對測量的影響
            輸入的管道材質、內襯有誤時,使得換能器安裝距離計算錯誤,導致測量精度變低,嚴重時導致測量失敗。實驗證明,輸入管道內襯錯誤,直接造成實際管徑的變化。安裝管道內襯會使管道水截面積減少,通過相應流速換算的流量就會偏小,流量測量誤差和管道截面積成正比。如忽略內襯過厚或管壁有間隙,則會導致探測信號失誤,因此測量時應按實際測量,準確輸入內襯材質、厚度。實際應用中,管道材質、內襯對流量測量的影響直接反映在超聲波在不同介質中傳播速度的差異上,若設置的材質聲速大于實際聲速,測量結果偏大,反之則偏小。

            1.4.4 流體溫度對測量誤差的影響
            輸入流體溫度會影響聲速的變化,即影響換能器之間的距離,直接導致流量測量精度,嚴重時信號可能太弱或直接找不到相應信號。輸入不同溫度,測得結果跟標準進行比較,實驗結果如表 4 所示。
            從表 4 可以得出,流體溫度輸入誤差較小時對流量測量影響較小,可通過溫度補償減小其誤差。

            2 結束語
            綜上所述,對于便攜式超聲波流量計的應用,可以簡化計量工作,尤其對于大口徑流量計的檢測具有簡潔、方便、節省成本的優勢。開展現場檢測,需要工作人員較高的技術,總結自身實踐的經驗、提高應用技能,使在線測量結果更加準確、可靠。

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