便携式超声波流量计在管线测量中的应用

技术二ｌＩ测量与控制

便携式超声波流星计

在管线测星由的应用

口颜一凡刘勇龚峰

目前．便携式超声波流量计使用较多的场合有：各地水务部门地下水资源计量仪表的在线检测．环保部门排污计量仪表的在线检测．供水部门的贸易结算计量仪表的在线检测．热力公司收费用热水表的在线检测以及工业企业生产工艺中计量仪表的在线检测等。为使大家合理地使用超声波流量计．本文就超声波流量计现场使用中的方法及注意事项进行论述。

一、对测量结果有影响的主要因素１．温度

超声波流量计的探头由于材质不同价格差异很大．生产者会因用户的实际需求不同而采用不同的材料。同时．由于介质温度较高。介质的有关性质、性能也会发生变化．设计者会根据实际情况采用相关的设计或修正来避免温度差异带来的影响。因此，在工作中要考虑所使

用探头的温度适应范围．尽量不要超过标牌或说明书上

的规定，否则会使测量结果失准。或者根本测量不了。有些超声波流量计在程序中有不同温度的选择项．这些选择项也会对测量结果产生影响．所以使用者应按操作手册的方法进行。另外，由于温度过高可能短时间内就使耦合剂变稀而降低或失去作用．造成测量结果失准或不

能进行测量。

２．直径

由于超声波流量计的测量原理．使得测量结果是被测量管道内的平均流速．流量是由流速和面积计算得到的．因此，面积的准确测量也是至关重要的。在测量中一般是通过测量管道的外周长计算出外直径．用超声波测厚仪测量出壁厚，然后计算出内直径．最后得到面积。但是在实际测量中，我们的被测管线基本上都是旧管线．

由于长时间使用，管线内部或多或少都会结垢．而且结垢的厚度有时超过了ＩＯｍｍ。这些结垢的厚度目前还没

有仪器能够在管线外部准确测量，因此．我们对在线流量计进行测量时经常发现．流量计显示的流量要比超声

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万方数据

波流量计显示的流量小。那是岗为流量计是新安装的。内部没有结垢．而测量的管线有结垢．我们没有考虑结垢的厚度。

所以．在测量时要根据具体情况．尽量获取管壁厚度的真实值，比如管线是新的．就可以直接使用壁厚测量值：如果管线足旧的。就要考虑结垢的厚度。一般有以下几种方法：一是对于有条件能停止１二作的管线，可以把管线拆开进行结垢厚度测量：二是对于没有条件拆卸的管线．可以找与此管线相同的町拆卸管线的结垢厚度

等以后可以进行拆卸时再测量结垢的真实厚度进行修正：四是针对口径较大、管线较长的情况，可以建议企业设置专门的试验管线．即设置一段专门用来测量的管流量。

３．电磁场影响

在测量时有时会发现．无论怎样调整探头的位置，都没有信号或信号时有时无．根本无法进行测量。这时

器、开关柜、变压器等电器设备。另外还要注意在测量管

的经验．在距测量间屋顶４ｍ高处的高压电线就能对测

量结果产生很大的影响。而在现实工作中，由于历史原

因或对超声波流量计技术性能的不甚了解。很多都是把收信号或不能正常接收信号。

来代替：三是如可能可先估计一个结垢厚度进行计算，

线．到停产时进行污垢清理，使试验段没有结垢，根据连续方程．在试验段得到的流量可以看作整个管线的实际就要仔细检查周边环境．看一看是否受到强磁场的干

扰。比如在测量点附近是否有大功率水泵、变频器、启动线附近是否有较大的电缆、成组的电线排等。根据我们

被测流量计安装在泵房．除泵房外其他地方根本没有裸露的管线．供电线、控制线、信号线都与被测管线在同一通道内．测量间正好建在高压线下面等。这种场合下大

功率电器设备会产生很大的磁场．这些磁场对超声波流

量计换能器的接收功能有极大的影响．使换能器不能接

我们在测量时遇到以上情况．只能改变测量点．选择在确保没有流体流进流出的被测管线上的其他位置．

这个位置与原来位置的管径可以不同。条件达不到时也

可以考虑使用有多支分管线．其他管线可以关闭的支管线进行测量（这种方法只能用于对流量仪表的测量）。

４．测量位置的选择

按ＪＪＧｌ０３０—２００７《超声流量计》检定规程的规定，速

度式仪表的安装要有足够长的直管段．安装点上游直管段必须要大于１０Ｄ（注：Ｄ为直径）。下游要大于５Ｄ。我们

在现场检测时也应尽量选择满足要求的测量点．但实际上有很多场合是无法满足这些要求的。有的即使直管段满足要求了，也不一定是理想的测量位置。根据我们的ｔ作经验，一般应考虑以下几方面的因素：（１）在可能的情况下尽量满足ＪＪＧｌ０３０－２００７关于直管段的规定；（２）如果不能满足直管段要求．应尽量选择测量点上游管线对流动干扰小的位置（如尽量避免上游有立体弯头、碟形阀、差压式流量计或压损较大的流量计、插入式流量计等）；（３）同一管线有高有低，尽可能选择较低的管线，因为这样流体会充满管线；（４）选择水平管线时尽量不要在管线顶部测量，因为顶部可能有存气现象；（５）如

果选择垂直管线进行测量．应尽量选择向上流动的管

线。因为这样管线一般是充满的。

５．超声波流量计探头安装方式

超声波流量计一般有两种探头安装方式．即Ｚ法和

Ｖ法。通常情况下：管径Ｄ＞２００ＨｌＩＩｌ时选用Ｚ法：管径Ｄ＜

２００咖时选用Ｖ法．

Ｖ法安装：先确定一个点．按安装距离在水平位置量出另一个点。

Ｚ法安装：先确定一个点．按安装距离在水平位置量

出另一个点．然后测出此点在管道另一侧的对称点。

二、时差法超声波流量计不确定度分析

使用超声波流量计进行测量大体可以分为两种情

况：一种是利用超声波流量计对管线上安装的流量仪表

进行测量，比较超声波流量计和被测量仪表的示值。从

而确定流量计是否符合相关的规定：另一种就是管线上

没有安装流量仪表．只是用超声波流量计测量管线中的

实际流量。

这两种情况下测量结果的不确定度评定并不完全一致．主要是因为我们对测量结果的用途不同。比如：对于管线上装有仪表的．我们有时是为了确定流量计是否

合格。有时是为了把流量计调整合格；对于管线上没有安装仪表的．我们只是给出管线当时的实际流量。这几

万方数据

测量与控制Ｉｌ技术篇

种情况下采用的数学模型是不同的．不确定度评定也不

完全一致。下面分别进行讨论：

１．管线上装有流量计的情况（１）概述

在管线上装有流量计的情况下．一般是用超声波流

量计（也称标准流量计）对管线进行多次测量，将得出的测量结果与被测流量计的示值进行比较．最后确定流量计的误差或流量计系数。

（２）数学模型

由一般相对误差的表达式可得：

＆皇二业×１００％

计的瞬时流量平均值，Ⅱ－‰；ｑ广标准流量计的瞬时流

式中：卜流量计的相对误差，％；口——被测流量

９０

量平均值，ｍ弧。

考虑到现场实际流量的不稳定性．不论是标准流量计还是被测流量计．都很难读取到稳定的瞬时流量值，一般可采用多次测量的平均值．即从某一时刻开始同时读取标准流量计和被测流量计的示值．连续测量１０～２０次。那么，给出结果的测量不确定度就应考虑两个流量计的测量重复性．这时数学模型为

秸旦一１舶

ｑｏ

式中：矗——被测流量计的测量重复性，％；爵一标

准流量计的测量重复性。％。

（３）不确定度

郴）＝、／去铲（咖丢矿（¨忱２＠）＋铲（岛）

２．管线上没有流量计的情况

这种情况下的流量大多相对稳定．我们给出的是在

测量条件下的瞬时流量．即经过多次测量得到的平均流

量．则

蚕＝÷萋ｑ愈＝ｌ、２、．．…㈠

式中：ｉ——平均瞬时流量值，ｍⅦ；ｇｉ——第ｉ次的瞬

时流量值。ｍ３，ｈ。

这时测量结果的不确定度与标准流量计的准确度及测量的重复性有关．即

Ｍ２（ｑ）＝Ｈ２（如）＋∥（ｑ）

当然．这个不确定度是在保证了面积测量准确性前

提下的．即周长测量准确和结垢状态清楚。

作者单位【黑龙江省计量检定测试院】田