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影响便携式超声流量计测量准确度的试验研究


文章日期:2017-06-17|阅读数:


便携式超声流量计可从管道外侧方便地测量流量,具有无压损,测量范围宽等特点,但流量计换能器的安装及参数设置直接影响测量结果的准确性。 本文以PT878 型便携式超声流量计为例,通过实流试验开展了探头安装位置、管道周长、管道壁厚对超声流量计测量结果准确度的影响研究,并提出了便携式超声流量计安装过程中的注意事项,为保证流量测量的准确性提供了技术支持。

0.引言

由于现场条件的制约,现场水流量计不方便拆卸进行离线检定的情况越来越多,用便携式超声流量计在线测试水流量的方法已开始应用, 如德国FLEXIM、 GE 等都是生产超声流量计的专业厂家。 便携式超声波流量计具有便于携带、 安装方便、无压力损失、无可动部件、稳定性好等特点,获得了较好的应用效果。 但实际工作中,由于种种原因导致管道壁厚等参数测量值偏离实际值,影响了流量测量结果的准确度。 本文就时差式便携式超声流量计开展在线测试时壁厚、 周长、探头安装位置对测量结果的影响进行了试验分析,为提高便携式超声流量计在线测试的准确度奠定了基础。

 

1.超声流量计工作原理

 

时差式超声流量计基本原理是:超声波在流动的流体中,顺流方向声波传播速度会增大,逆流方向则减小,同一传播距离有不同的传播时间,利用顺、逆流超声波传播时间之差与被测流体流速之间的关系便可求得流速,从而换算成流量。 其工作示意图如图1 所示。一个探头受电脉冲激励产生的超声脉冲,经管壁—流体—管壁被第二探头所接收。 顺流、逆流声波传播所需时间分别为:

 

 表1.jpg

2.超声流量计影响因素试验研究

 

2.1 超声流量计在标准条件下试验

 

利用我站现有的静态质量法液体流量标准装置(扩展不确定度为 0.03%,k =2) 对试验用便携式超声流量计( 经水大流量计量站检定合格) 开展相关试验研究,试验管道前后直管段满足要求,

 

标准壁厚4.6mm,标准周长 502mm,两探头实际安装距离147mm。

 

在流量分别为 100,150,200,250,300m3 /h 下(液体温度为 22.6℃、压力 0.129 ~0.193MPa、密度

 

997.58kg /m3 ), 保持流体稳定 (稳定度不大于0.15%),通过 4 ~20mA 电流信号采集 30s 内超声流量计所测流量累积值,取3 次试验平均值作为标准值,试验数据如表1 所示。

表2.jpg

2.2 管道壁厚测量误差对准确度的影响

 

实际工作中,由于种种原因,管道壁厚测量值易偏离正常值。 通过改变超声流量计管道壁厚输入参数(在标准值基础上 ±1mm),分别观察超声流量计30s 所测累积流量值的变化。 试验数据如表

 表3.jpg

表4.jpg

2、表 3 所示。

由表2、表3 可以看出,壁厚增加1mm,超声流量计所测流量累积值具有向负方向偏移的特性,

 

试验范围内导致的流量测量误差***大 为 - 2.65%;壁厚减小 1mm 时,超声流量计所测流量

 

累积值具有向正方向偏移的特性,试验范围内导致的流量测量误差***大为 2.19%。 在实际测量中,壁厚导致的测量误差不可忽视,要确保壁厚参数的正确测量和输入。

 

2.3 探头安装位置误差对测量结果的影响

 

开展在线测试时,两个探头的安装距离依据所测壁厚、外径( 或周长) 大小由超声流量计计算得出,两个探头之间的距离有严格的要求,由于现场测试人员安装距离的误读等原因,导致探头安装距

 

离偏离正常值,影响了流量测量准确度。 人为将探头安装距离变化 ±5mm, 试验数据如表 4、 表 5所示。

表5.jpg

表6.jpg

可见, 探头之间的安装距离增大 5 mm 时,测量结果的相对误差具有向正方向偏移特性,

 

且试验范围内***大误差为 2.44 %; 安装距离减小 5 mm 时,测量结果的相对误差同样向正向偏移, 但 偏 移 量 控 制 在 0.5 % 以 内, 且 无 规 律变化。

 

2.4 管道周长导致的流量测量误差

 

管道周长测量误差对便携式超声流量计流量测量的影响,用实际管道周长 L =502mm ±2mm 开展试验研究,观察超声流量计 30s 所测流量累积值的变化。 试验数据见表6、表 7 所示。

由表6、表 7 可知,无论管道周长误差增大或减小,超声流量计测量结果的误差均具有向正方向偏移的特性,偏移量***大可达3.85%。

 表7.jpg

表8.jpg

3.小结

 

从便携式超声流量计的特点及参数对其测量结果影响的分析中可知,管道壁厚误差、探头安装位置及管道周长测量误差都会对便携式超声流量计的测量结果产生较大影响,对测量结果的误差***大可达3.85%(试验范围内)。 因此,在利用便携式超声流量计开展在线校准、测试时需通过实测及严格的安装来控制。

 

由于试验室条件限制,便携式超声流量计还有其他影响因素尚待进一步探讨,如超声流量计的交叉干扰、电磁干扰、流体温度变化等。

 



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