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管道對超聲波流量計計量準確度的影響分析

發(fā)布時間：2023-01-12 23:38:40來源：hseauto.cn來源：.. 字體: 大中小

        隨著現(xiàn)代化工業(yè)及電子技術的發(fā)展，超聲波流量計越來越多的應用到石油、化工、冶金、電力、給排水等多方面，其方便攜帶和安裝的特性使其得到普遍青睞。但受現(xiàn)場環(huán)境、安裝方式、測量準確度等方面的影響，其計量準確度有待進一步的提高。特別是作為標準表校準或檢定其他流量計時，其計量準確性顯得尤為重要和關鍵。影響超聲波流量計計量準確度的因素有多方面，包括現(xiàn)場環(huán)境、流體介質、安裝管道、安裝方式等。所以，理清它們與計量準確度之間的定量關系，成為提高超聲波流量計計量準確度的關鍵所在。
        本文主要研究安裝管道對超聲波流量計計量準確度的影響。安裝管道包括管道的材質、內(nèi)徑、壁厚等。由于管道材質比較容易確定，不存在爭議，所以本文重點研究管道內(nèi)徑和壁厚兩個因素。在實驗室環(huán)境下，利用實驗室的標準裝置和計量器具進行多組實驗，從管道內(nèi)徑和壁厚兩個方面分別研究與超聲波流量計瞬時流量之間的關系，以期從大量數(shù)據(jù)中分析他們之間的定量關系。進而綜合兩個方面的因素，建立管道與超聲波流量計計量準確度的數(shù)學模型，從而定量研究兩者之間的相關關系。
        1實驗條件
        實驗室環(huán)境溫度：28.2℃，相對濕度35%RH。研究采用HSLS系列液體超聲波流量計，準確度等級為0.5級，是在用的標準計量器具。實驗使用的標準裝置是靜態(tài)水流量標準裝置，準確度等級為0.05級。
        流量計安裝在DN200mm的標準直管道上，管道長度為6000mm，內(nèi)徑為200.00mm，壁厚為4.60mm，材質為碳鋼，無襯里，標準安裝距離：184.29mm，V法安裝，介質為循環(huán)水，介質溫度為29.2℃，信號強度63.2，瞬時流量設為200.00m³/h。
        2管道內(nèi)徑與瞬時流量的關系
        眾多研究表明，在用超聲波流量計進行流量計量時，管道內(nèi)徑的準確輸入對流量的精確度影響很大⑧。但兩者之間究競是怎樣的定量關系卻沒有一個明確答案。有人提出管道內(nèi)徑誤差±1%會相應引起±2%的流量誤差，但這一概念比較模糊網(wǎng)；也有人針對這一問題做過一些實驗，但也只是證明了流量受內(nèi)徑的影響很大。
        本實驗的標準管道內(nèi)徑是200.00mm，超聲波流量計瞬時流量為200.07h。在實驗環(huán)境、操作方法和其他參數(shù)保持不變的前提下，分別設定相對誤差為±1%、±3%、±5%、±10%的內(nèi)徑，觀察瞬時流量的變化。分別輸入設定的管道內(nèi)徑，等待瞬時流量穩(wěn)定5min，采用多次讀數(shù)取平均值的方法（n=l0）讀取瞬時流量的值。
        對實驗數(shù)據(jù)進行分析和計算，得到表1。從表中的數(shù)據(jù)可以得出如下結論：（1）超聲波流量計的瞬時流量隨內(nèi)徑的增大而增大，反之亦然，即瞬時流量與內(nèi)徑成正比關系；（2）瞬時流量的誤差隨內(nèi)徑誤差的增大而增大，誤差比在1.5~2.5之間；（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合瞬時流量誤差與內(nèi)徑誤差的數(shù)學關系模型為（見圖1）

        根據(jù)這一數(shù)學模型可以定量描述瞬時流量與管道內(nèi)徑之間的關系。只要知道了內(nèi)徑的相對誤差，即可代入模型，得出瞬時流量的相對誤差，從而實現(xiàn)對超聲波流量計瞬時流量地有效修正。
        在實際使用中，由于污垢、介質的沉淀，管道內(nèi)徑逐漸變小，內(nèi)徑實際值逐漸減小，即其輸入值偏離實際值越來越大，測得的瞬時流量也就偏離實際流量越來越遠。可見，管道內(nèi)徑值的正確輸入對超聲波流量計的精確計量至關重要。所以，有必要針對管道內(nèi)徑作定期的測量，在不方便改變流量計參數(shù)設置和安裝現(xiàn)狀的情況下，可以根據(jù)數(shù)學模型對測得的瞬時流量進行有效修正，從而避免內(nèi)徑誤差對流量計計量準確度的影響。
        3管道壁厚與瞬時流量的關系
        本實驗的標準管道壁厚是4.60mm，超聲波流量計瞬時流量為200.10m³/h。在實驗環(huán)境、操作方法和其他參數(shù)保持不變的前提下，改變壁厚的設定值，觀察瞬時流量的變化，如表2所示。根據(jù)兩者的相對誤差可以分析得出：瞬時流量的變化與壁厚成反比關系，即壁厚減小時瞬時流量增大，反之亦然：瞬時流量誤差隨壁厚誤差增大而增大，兩者基本成線性關系：擬合瞬時流量誤差和壁厚誤差的關系曲線（見圖2），得到數(shù)學關系模型：

研究表明，管道對超聲波流量計計量準確度的影響很大，本文針對這一問題從管道內(nèi)徑和壁厚兩個方面分別進行實驗，得出他們與流量誤差之間的數(shù)學模型，同時根據(jù)兩者之間的數(shù)學關系得到管道與流量誤差的數(shù)學模型，很好地表達了管道變化與流量誤差之間的定量關系。
已知改變了管道參數(shù)，則超聲波流量計安裝位置就會發(fā)生改變。而在實際使用中，流量計一旦安裝就不方便輕易移動，特別是插入式的流量計。本文的研究成果可以很好地避免這一難題，通過數(shù)學模型有效實現(xiàn)了對流量誤差的修正，從而提高流量計的計量準確度。
本文運用數(shù)學模型表達出管道與超聲波流量計計量準確度的關系，對于超聲波流量計計量準確度影響因素的定量研究起到了一定的引導作用。同時，計量準確度的影響因素還有介質參數(shù)、安裝方式等方面，有待進一步完善。

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