導(dǎo)致超聲波流量計(jì)測(cè)量產(chǎn)生誤差的原因較多，在實(shí)際測(cè)量中，我們發(fā)現(xiàn)管道、探頭是否清潔，測(cè)量溫度、測(cè)量范圍、標(biāo)況壓力與工作條件都是測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因。為了提高超聲波流量計(jì)測(cè)量的精度，使測(cè)量結(jié)果達(dá)到相關(guān)要求，本文對(duì)超聲波流量測(cè)量誤差原因進(jìn)行了分析。

1 超聲波的組成與測(cè)量原理

超聲波流量計(jì)主要由三個(gè)部分組成，包括超聲波換能器，流量顯示及電子線路，累積系統(tǒng)。超聲波發(fā)射換能器能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為超聲波能量，并發(fā)射到被測(cè)的流體中，再由接收器接進(jìn)行超聲波信號(hào)的接受，接收到的超聲波信號(hào)精電子線路放大，然后并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（代表流量）進(jìn)行顯示，***后通過積算儀表進(jìn)行顯示和積算，***終實(shí)現(xiàn)流量的檢測(cè)和顯示。超聲波流量計(jì)是基于超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息，通過接收到的超聲波來進(jìn)行流體流速的檢測(cè)的，進(jìn)而換算成流量（圖 1）。

2 超聲波流量計(jì)測(cè)量誤差分析

在本研究中，以按照標(biāo)準(zhǔn) GB/T18604-2001 設(shè)計(jì)的 CL-1 型多聲道氣體超聲波流量計(jì)為例，進(jìn)行測(cè)量誤差分析。某天然氣場(chǎng)站天然氣管網(wǎng)引進(jìn)并投用了國(guó)產(chǎn) CL-1 型氣體超聲波流量計(jì)，其設(shè)計(jì)精度等級(jí)為 0.5 級(jí)，并經(jīng)檢驗(yàn)滿足準(zhǔn)確度等級(jí)為 1.0 級(jí)的超聲波流量計(jì)要求（石油天然氣大流量計(jì)站檢驗(yàn)）與計(jì)量檢定規(guī)程，能夠用于貿(mào)易交易。而其下游用戶公司則采用 Daniel4 聲道流量計(jì)進(jìn)行對(duì)接，其設(shè)計(jì)精度為 0.5 級(jí)，并經(jīng)檢驗(yàn)符合設(shè)計(jì)要求。為方便對(duì)比，均以 Daniel4 聲道流量計(jì)為基準(zhǔn)表。

貿(mào)易交接中，投用當(dāng)天，Daniel4 聲道流量計(jì)累計(jì)流量高于 CL-1 超聲流量計(jì)輸差率-1.4%，不僅超過 1.0 精度要求，并遠(yuǎn)高于 0.5 級(jí)等級(jí)，其具體數(shù)據(jù)見表 1。針對(duì)流量計(jì)誤差較高的現(xiàn)象對(duì)可能引起測(cè)量誤差的因素進(jìn)行了逐項(xiàng)調(diào)查分析。

2.1 換能器探頭、管道污物影響分析

當(dāng)超聲換能器的表面存在水、水合物、冷凝液、凝析油等堆積物時(shí)，可能造成裝置在不經(jīng)過流體的情況下進(jìn)行超聲波脈沖的傳送，造成超聲波路徑發(fā)生脫落現(xiàn)象，產(chǎn)生較大的

測(cè)量誤差。當(dāng)管壁上結(jié)垢時(shí)，探頭上有污物就會(huì)造成聲程的變短，而測(cè)量的聲時(shí) t 也就會(huì)變小，由于聲程 L 屬于定值，因此在換能器探頭有污物、管道結(jié)垢的情況下就會(huì)導(dǎo)致實(shí)際測(cè)量中流量的變大。在檢查中，采用污水酒精對(duì)超聲探頭進(jìn)行擦拭，以便清除污物，但在檢查中并未發(fā)現(xiàn)很臟，因此排除換能器探頭、管道污物的影響。

2.2 溫度變送器測(cè)量值影響分析

超聲波流量計(jì)中溫度變送器是用于對(duì)氣體溫度檢測(cè)的，溫度測(cè)量值則用于標(biāo)況流量計(jì)算。一對(duì)換能器間的距離、換能器與管道軸向間的夾角、管道的直徑在工作狀態(tài)下均應(yīng)為真實(shí)值，但是在實(shí)際工作中，當(dāng)溫度較高或者較低就會(huì)造成材料的熱脹冷縮，使其尺寸與真實(shí)值之間相差較大，為此流量計(jì)在進(jìn)行計(jì)算時(shí)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的修正，避免較大測(cè)量誤差的產(chǎn)生。

投用的流量計(jì)溫度變送器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出為 4-20mA，量程為-20~80℃，經(jīng)計(jì)算-20℃、50℃、80℃時(shí)，基本誤差分別

0.02mA、0.04 mA、0.05 mA，均在誤差范圍類，檢定合格。為判斷是否為溫度變送器的輸出問題，現(xiàn)則輸出信號(hào) 12.37 mA，經(jīng)計(jì)算實(shí)際溫度 T 為 32.32℃，而溫度變送器顯示溫度

32.33℃，以此判斷輸出正常。

工況流量范圍影響分析

工況流量范圍內(nèi)存在臨界流量，通常為***大流量的 10%， CL-1 作為高壓大流量超聲流量計(jì)，一般在大流量區(qū)間準(zhǔn)確度較高。當(dāng)超聲流量計(jì)在臨界流量以下工作時(shí)，準(zhǔn)確度將降低。該流量計(jì)的計(jì)量范圍為 38-1900m3/h（臨界流量 190 m3/h），根據(jù)表 1 較低瞬時(shí)流量 8418m3/h，及其對(duì)應(yīng)溫度與壓力進(jìn)行計(jì)算，其工況流量為 398 m3/h。由于工況流量大于臨界流量，因此不存在臨界流量計(jì)量對(duì)誤差的影響。

2.4 壓力變送器測(cè)量值影響分析

超聲波流量計(jì)的壓力變送器用于進(jìn)行氣體標(biāo)況壓力的檢測(cè)，計(jì)算結(jié)果則用于標(biāo)況流量的計(jì)算。壓力變送器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出為 4-20mA，量程為 0-50Mpa，經(jīng)檢定符合等級(jí) 0.5 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)上游閥門與下游閥門兩條支路的壓力實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn) CL-1 超聲波流量計(jì)壓變數(shù)值高于 Daniel4 聲道流量計(jì)壓變顯示值月 0.1Mpa，因此 CL-1 超聲波流量計(jì)壓變肯呢過為絕壓表。為此，在檢查中采用手操器來獲得壓變量程 100-512Kpa，但是 CL-1 超聲波流量計(jì)設(shè)定參與標(biāo)況計(jì)算的壓力值為表壓值，因此檢查判定誤差產(chǎn)生的一個(gè)原因?yàn)閴毫ψ兯推魃蟼鞯膲毫χ?。為此，采用手操器?duì)壓力變送器的量程進(jìn)行修正，為 0-5000Kpa，經(jīng)檢驗(yàn)修改后壓力變送器輸出正常。

2.5 工作條件影響分析

對(duì)超聲波流量計(jì)的工作條件進(jìn)行分析，經(jīng)檢查，流量計(jì)的工作溫度均處于合理的范圍（-25~55℃），但實(shí)際工作壓力大于 2.1Mpa（標(biāo)準(zhǔn)工作壓力為 1~1.2Mpa），與廠家溝通了解到試驗(yàn)標(biāo)定壓力上限為 2.0Mpa，由此判斷實(shí)際工作壓力超過設(shè)計(jì)值是誤差產(chǎn)生的一個(gè)直接原因。

壓力與溫度的變化對(duì)流量計(jì)測(cè)量管段與附件的尺寸有著直接的影響，并導(dǎo)致?lián)Q能器間距離、流量計(jì)算中管道截面積、超聲波傳播路徑、以及管道軸線間角度的變化，若不進(jìn)行修正，就會(huì)導(dǎo)致流量測(cè)量誤差的產(chǎn)生。