超聲波流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)/檢測需注意的幾個(gè)問題
發(fā)布時(shí)間：2014.02.19 新聞來源：超聲波流量計(jì)_超聲波明渠流量計(jì)_多普勒流速儀-南京卓瑪機(jī)電有限公司 瀏覽次數(shù)：
超聲波流量計(jì)是近幾年來逐漸應(yīng)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(jì)可以將探頭安裝在管道外表面，實(shí)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(jì)的校 準(zhǔn)/檢測所用的標(biāo)準(zhǔn)裝置，***常見的方式是在上級(jí)校準(zhǔn)/檢測實(shí)驗(yàn)室里實(shí)施。由于實(shí)驗(yàn)室的校準(zhǔn)/檢測方式***大限度地只考慮了實(shí)驗(yàn)室條件下，不是工況條件下。因 此，即使在實(shí)驗(yàn)室檢定合格的儀器儀表，在實(shí)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(zhǔn)確，甚至有時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重偏差。 因此，采用超聲波流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)/檢測的方式，往往能為這些問題提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)和解決方法。
2 超聲波流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)/檢測標(biāo)準(zhǔn)裝置的系統(tǒng)組成
超聲波流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)/檢測標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理如圖1所示。
圖1 超聲波流量計(jì)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)裝置實(shí)驗(yàn)原理圖
在實(shí)際校準(zhǔn)/檢測過程中，根據(jù)流量連續(xù)的原理，將被檢表與標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)在一起，通過標(biāo)準(zhǔn)表流量的測量值與被檢流量計(jì)的測量值相比較。依據(jù)校準(zhǔn)/檢測結(jié)果，驗(yàn)證流量測量值的準(zhǔn)確度。
3 問題闡述與分析
3.1 安裝方式
在工程實(shí)際應(yīng)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(zhǔn)確性和靈敏度，選擇合適的安裝方式，使得測量信號(hào)（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(shí)，超聲波束在管道中折射兩次穿過流體三次（三個(gè)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(shí)，超聲波束在管內(nèi)折射三次，穿過流體四次（四個(gè)聲程）。目前一般現(xiàn)場校準(zhǔn)/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?yàn)橥ㄟ^長期的實(shí)踐證明，當(dāng)管道很粗或由于液體中存在懸浮物、管內(nèi)壁結(jié)垢太厚或襯里太厚，造成V法安裝信號(hào)弱，機(jī)器不能正常 工作時(shí)，要選用Z法安裝。原因是；使用Z法時(shí)，超聲波在管道中直接傳輸，沒有折射（稱為單聲程），信號(hào)衰耗小。Z法可測管徑范圍為100mm至 6000mm。實(shí)際安裝流量計(jì)時(shí)，建議200mm以上的管道都要選用Z法（這樣測得的信號(hào)***大）。
3.2 測量點(diǎn)位置的選擇
選擇測量點(diǎn)安裝流量計(jì)要選擇遠(yuǎn)離彎頭、變徑、閥門的地方，以保證介質(zhì)有一個(gè)穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)。一般 要求流量計(jì)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(jì)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(shí)應(yīng)考慮加裝整流器。時(shí)差式超聲波流量計(jì)對水中混入的氣泡特別敏感，隨之流 過的氣泡會(huì)造成流量計(jì)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(jì)無法工作。因此超聲波流量計(jì)的安裝應(yīng)盡量避開水泵出口，管線*** 高點(diǎn)等易受氣體影響的位置，探頭的安裝點(diǎn)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(diǎn)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(yīng)考慮在 被檢流量計(jì)安裝點(diǎn)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(shí)際中，企業(yè)都會(huì)遇到原有的舊管線達(dá)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(jì)使用條件的測量點(diǎn)安裝標(biāo)準(zhǔn)表，如果條件太差，就需要對現(xiàn)有管線進(jìn)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(jì)量檢測的準(zhǔn)確性。另外，計(jì)量檢測人員既要掌握過硬的技術(shù)，又要積累豐富的 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在檢測過程中，要求計(jì)量檢測人員本著科學(xué)的態(tài)度開展在線檢測工作，才能夠保證檢測的準(zhǔn)確性和校準(zhǔn)效果。
3.3 準(zhǔn)確地測量管道參數(shù)
便攜式超聲波流量計(jì)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(jī)手工輸入的管道參數(shù)計(jì)算出來的，這些參數(shù)的準(zhǔn)確與否直接影響到測量結(jié)果。也就是說：流量計(jì)即使流速測 得很準(zhǔn)確，如果你輸入了一組不準(zhǔn)確的管道參數(shù)，測量結(jié)果也是不準(zhǔn)確的。
管道參數(shù)的獲取***好是用實(shí)際測量的方法，了解現(xiàn)場工況條件，包括被檢管線的材質(zhì)、管外徑、管壁 厚、管內(nèi)襯里的材質(zhì)及厚度、管內(nèi)介質(zhì)、介質(zhì)溫度等相關(guān)量的準(zhǔn)確數(shù)值，要求在檢測現(xiàn)場測量核實(shí)（可以用測厚儀測量壁厚、用軟尺測量管徑），以確保測量準(zhǔn)確 度。
實(shí)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(zhǔn)。測量管道外徑要注意管道外防護(hù)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(jì)進(jìn)行流量測量時(shí)，管道內(nèi)徑輸入不準(zhǔn)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(jì)使用管線口徑越大測量越容易準(zhǔn)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(jì) ***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(zhǔn)確保證的重要測量參數(shù)，在校準(zhǔn)/檢測中為了保證找到***佳信號(hào)強(qiáng)度，用移動(dòng) 一個(gè)探頭的方式找信號(hào)，往往是信號(hào)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(dòng)兩個(gè)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(diǎn)，在信號(hào)找好后一定要用實(shí)測的方法確認(rèn)探頭的安裝距離準(zhǔn)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(shí)如果忽略了它的存 在，將會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，因?yàn)樗嗌皾{襯里厚度一般都不是一個(gè)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(shí)，如果沒有輸入襯里參數(shù)，按正常操作就是找不到信號(hào)時(shí)，就應(yīng)該考慮可能管道是有襯里的。
4 結(jié)束語
運(yùn)用便攜式超聲波流量計(jì)開展在線大口徑流量計(jì)的檢測、校準(zhǔn)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(jì)量工作，同時(shí)也有效降低了企業(yè)在計(jì)量方面的資金消耗。檢測工作中，計(jì)量人員要認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為供水行業(yè)今后有效開展計(jì)量工作提供切實(shí)可 行的依據(jù)。值得注意的是：流量計(jì)是******計(jì)量法制管理的計(jì)量器具，按其使用場合不同分為強(qiáng)制檢定和非強(qiáng)制檢定兩種，供水行業(yè)用于貿(mào)易結(jié)算的流量計(jì)屬強(qiáng)制檢定 的計(jì)量器具，其檢定應(yīng)按照******相關(guān)的計(jì)量檢定規(guī)程由法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)實(shí)施；供水行業(yè)用于內(nèi)部核算的流量計(jì)屬非強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具，使用者只須按照量傳原則 進(jìn)行科學(xué)的校準(zhǔn)即可。
2 超聲波流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)/檢測標(biāo)準(zhǔn)裝置的系統(tǒng)組成
超聲波流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)/檢測標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理如圖1所示。
圖1 超聲波流量計(jì)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)裝置實(shí)驗(yàn)原理圖
在實(shí)際校準(zhǔn)/檢測過程中，根據(jù)流量連續(xù)的原理，將被檢表與標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)在一起，通過標(biāo)準(zhǔn)表流量的測量值與被檢流量計(jì)的測量值相比較。依據(jù)校準(zhǔn)/檢測結(jié)果，驗(yàn)證流量測量值的準(zhǔn)確度。
3 問題闡述與分析
3.1 安裝方式
在工程實(shí)際應(yīng)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(zhǔn)確性和靈敏度，選擇合適的安裝方式，使得測量信號(hào)（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(shí)，超聲波束在管道中折射兩次穿過流體三次（三個(gè)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(shí)，超聲波束在管內(nèi)折射三次，穿過流體四次（四個(gè)聲程）。目前一般現(xiàn)場校準(zhǔn)/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?yàn)橥ㄟ^長期的實(shí)踐證明，當(dāng)管道很粗或由于液體中存在懸浮物、管內(nèi)壁結(jié)垢太厚或襯里太厚，造成V法安裝信號(hào)弱，機(jī)器不能正常 工作時(shí)，要選用Z法安裝。原因是；使用Z法時(shí)，超聲波在管道中直接傳輸，沒有折射（稱為單聲程），信號(hào)衰耗小。Z法可測管徑范圍為100mm至 6000mm。實(shí)際安裝流量計(jì)時(shí)，建議200mm以上的管道都要選用Z法（這樣測得的信號(hào)***大）。
3.2 測量點(diǎn)位置的選擇
選擇測量點(diǎn)安裝流量計(jì)要選擇遠(yuǎn)離彎頭、變徑、閥門的地方，以保證介質(zhì)有一個(gè)穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)。一般 要求流量計(jì)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(jì)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(shí)應(yīng)考慮加裝整流器。時(shí)差式超聲波流量計(jì)對水中混入的氣泡特別敏感，隨之流 過的氣泡會(huì)造成流量計(jì)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(jì)無法工作。因此超聲波流量計(jì)的安裝應(yīng)盡量避開水泵出口，管線*** 高點(diǎn)等易受氣體影響的位置，探頭的安裝點(diǎn)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(diǎn)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(yīng)考慮在 被檢流量計(jì)安裝點(diǎn)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(shí)際中，企業(yè)都會(huì)遇到原有的舊管線達(dá)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(jì)使用條件的測量點(diǎn)安裝標(biāo)準(zhǔn)表，如果條件太差，就需要對現(xiàn)有管線進(jìn)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(jì)量檢測的準(zhǔn)確性。另外，計(jì)量檢測人員既要掌握過硬的技術(shù)，又要積累豐富的 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在檢測過程中，要求計(jì)量檢測人員本著科學(xué)的態(tài)度開展在線檢測工作，才能夠保證檢測的準(zhǔn)確性和校準(zhǔn)效果。
3.3 準(zhǔn)確地測量管道參數(shù)
便攜式超聲波流量計(jì)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(jī)手工輸入的管道參數(shù)計(jì)算出來的，這些參數(shù)的準(zhǔn)確與否直接影響到測量結(jié)果。也就是說：流量計(jì)即使流速測 得很準(zhǔn)確，如果你輸入了一組不準(zhǔn)確的管道參數(shù)，測量結(jié)果也是不準(zhǔn)確的。
管道參數(shù)的獲取***好是用實(shí)際測量的方法，了解現(xiàn)場工況條件，包括被檢管線的材質(zhì)、管外徑、管壁 厚、管內(nèi)襯里的材質(zhì)及厚度、管內(nèi)介質(zhì)、介質(zhì)溫度等相關(guān)量的準(zhǔn)確數(shù)值，要求在檢測現(xiàn)場測量核實(shí)（可以用測厚儀測量壁厚、用軟尺測量管徑），以確保測量準(zhǔn)確 度。
實(shí)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(zhǔn)。測量管道外徑要注意管道外防護(hù)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(jì)進(jìn)行流量測量時(shí)，管道內(nèi)徑輸入不準(zhǔn)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(jì)使用管線口徑越大測量越容易準(zhǔn)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(jì) ***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(zhǔn)確保證的重要測量參數(shù)，在校準(zhǔn)/檢測中為了保證找到***佳信號(hào)強(qiáng)度，用移動(dòng) 一個(gè)探頭的方式找信號(hào)，往往是信號(hào)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(dòng)兩個(gè)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(diǎn)，在信號(hào)找好后一定要用實(shí)測的方法確認(rèn)探頭的安裝距離準(zhǔn)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(shí)如果忽略了它的存 在，將會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，因?yàn)樗嗌皾{襯里厚度一般都不是一個(gè)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(shí)，如果沒有輸入襯里參數(shù)，按正常操作就是找不到信號(hào)時(shí)，就應(yīng)該考慮可能管道是有襯里的。
4 結(jié)束語
運(yùn)用便攜式超聲波流量計(jì)開展在線大口徑流量計(jì)的檢測、校準(zhǔn)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(jì)量工作，同時(shí)也有效降低了企業(yè)在計(jì)量方面的資金消耗。檢測工作中，計(jì)量人員要認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為供水行業(yè)今后有效開展計(jì)量工作提供切實(shí)可 行的依據(jù)。值得注意的是：流量計(jì)是******計(jì)量法制管理的計(jì)量器具，按其使用場合不同分為強(qiáng)制檢定和非強(qiáng)制檢定兩種，供水行業(yè)用于貿(mào)易結(jié)算的流量計(jì)屬強(qiáng)制檢定 的計(jì)量器具，其檢定應(yīng)按照******相關(guān)的計(jì)量檢定規(guī)程由法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)實(shí)施；供水行業(yè)用于內(nèi)部核算的流量計(jì)屬非強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具，使用者只須按照量傳原則 進(jìn)行科學(xué)的校準(zhǔn)即可。
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