超聲流量計使用中的檢驗是通過聲速比對實現(xiàn)的。超聲流量計的檢定周期一般不超過 2 年，通過對超聲流量計進行使用中的檢驗，可以將其檢定周期從 2 年延長至 6 年；同時也可以通過聲速比對，隨機抽檢其計量的準確性。

1 .前言

《超聲流量計檢定規(guī)程》（JJG 1030—2007）7.4“檢定周期”規(guī)定超聲流量計的檢定周期一般不超過 2 年。對于插入式流量計，如流量計具有自診斷功能，且能夠保留報警記錄，也可每 6 年檢定一次并每年在使用現(xiàn)場進行使用中的檢驗。該規(guī)程附錄 C 對超聲流量計使用中檢驗的相關(guān)技術(shù)要求作了詳細規(guī)定。

分公司目前使用的燃氣超聲流量計均具有進行計算聲速和測量聲速比對的自診斷功能。現(xiàn)就超聲流量計使用中以聲速比較為基礎(chǔ)對流量計進行在線檢驗進行淺析。

2 .超聲計量系統(tǒng)組成及原理

分公司長壽站、旱土站的超聲計量系統(tǒng)組成均為：流量計算機、色譜儀（分析小屋內(nèi)）、超聲流量計、溫度變送器、壓力變送器。其工作原理為：流量計算機匯集溫度、壓力變送器上傳的溫度、壓力信號、色譜儀上傳的被計量燃氣的組分數(shù)據(jù)、超聲流量計上傳的超聲波順流、逆流時間差信號，通過內(nèi)置的符合相關(guān)要求和報告的計算軟件計算并顯示燃氣的壓縮因子、流量（工況、標況）、計算聲速、測量聲速等實時數(shù)據(jù)。

3 .超聲流量計工作原理（得到燃氣流量的同時也得到：測量聲速）

超聲波在流動的流體中傳播，無形中就帶上了流體流速的信息。由于流體流速的影響，超聲波順流和逆流的傳播速度是不一樣的；通過同樣管段的距離，超聲波順流和逆流傳播所需時間也就不同。超聲波通過一定長度的管段，順流傳播時間等于超聲波經(jīng)過的管道長度（聲道長度）除以超聲波在此燃氣工況下的聲速與燃氣流速沿聲道方向的分量之和；逆流傳播時間等于超聲波經(jīng)過的管道長度（聲道長度）除以超聲波在此燃氣工況下的聲速與燃氣流速沿聲道方向的分量之差。超聲流量計就是利用這個原理設(shè)計制造的。其實現(xiàn)工藝為：超聲流量計通過 1 對或多對超聲換能器交替發(fā)射和接收超聲波，通過信號處理單元（SPU）處理，得到超聲波順流和逆流傳播的時間及差值，從而計算得出流體的流速、流量等數(shù)據(jù)。

超聲流量計工作原理如下圖所示：

t1  =L/（c＋v（x/L）） （1）物理意義：超聲波順流傳播時間等于超聲波經(jīng)過的管道長度（聲道長度）除以超聲波在此燃氣工況下的聲速與燃氣流速沿聲道方向的分量之和。

t2   =L/（c－v（x/L）） （2）

物理意義：超聲波逆流傳播時間等于超聲波經(jīng)過的管道長度（聲道長度）除以超聲波在此燃氣工況下的聲速與燃氣流速沿聲道方向的分量之差。

t1：超聲波順流傳播時間，s，可以通過超聲測量技術(shù)得到；

t2：超聲波逆流傳播時間，s，可以通過超聲測量技術(shù)得到；

L：聲道長度，m，常數(shù)

c：聲速，m/s

v：燃氣工況流速，m/s

根據(jù)公式（1）、（2），可以計算得出燃氣工況流速及聲：

v=L2（t2－t1）/2t1t2x（3）

c  =L（t1＋t2）/2t1t2   （4）

說明：1、公式（1）、（2）中的聲速 c，是在一定燃氣工況條件下的理論聲速，即聲速的真實值；公式（4）的聲速 c，則是通過超聲技術(shù)手段測量超聲波傳播時間而計算得到的聲速，稱之為測量聲速。

2、通過公式（1）-（4）可以得出：超聲流量計采用時間差法檢測得到燃氣工況流速的同時也檢測得到了相應(yīng)燃氣工況條件下的聲速（測量聲速）。也就是說，對于超聲流量計來說，計算并顯示的燃氣流量和測量聲速兩者 2 為一體，那么就可以通過超聲流量計日常使用中的聲速比對間接檢驗其流量（計量）的準確性。

4 .計算聲速（超聲流量計使用中檢驗的標準器）

超聲波在一定燃氣工況下的理論聲速除了可以通過超聲技術(shù)手段測量得到，稱為測量聲速；還可以通過相應(yīng)燃氣工況下燃氣的組分、溫度、壓力通過符合相關(guān)報告的計算軟件計算得出，稱為計算聲速。、

燃氣聲速是燃氣熱力學參數(shù)之一，美國氣體協(xié)會輸送計量委員會 10 號報告（簡稱 AGA.10 號報告）提供的計算方法是目前***準確的計算燃氣熱力學參數(shù)的方法。當燃氣溫度范圍為-8℃—62℃，壓力低于 12Mpa 時，通過 AGA.10 號報告計算出的燃氣聲速不確定度可優(yōu)于 0.1％。分公司目前使用的超聲計量系統(tǒng)正是采用符合 AGA.10 號報告的計算方法通過燃氣工況下的組分、溫度、壓力數(shù)據(jù)求得的計算聲速。故較之測量聲速，計算聲速更接近于理論聲速即聲速的真實值。

前述聲速比對，就是指測量聲速與計算聲速的比較。從這個意義上說，計算聲速就成為一個標準器，一個在超聲流量計使用中間接檢驗其計量準確性的標準器。

影響計算聲速可靠性的因素有燃氣工況條件下的溫度、壓力、組分數(shù)據(jù)及相關(guān)聲速計算方法。

5 .超聲流量計使用中的檢驗

根據(jù)《超聲流量計檢定規(guī)程》（JJG 1030—2007）及其附錄 C 的技術(shù)要求，結(jié)合分公司目前使用的德國埃爾斯特公司（Elster）生產(chǎn)的 Q.Sonic-4 型超聲流量計，簡述超聲流量計使用中的檢驗。

（一）超聲流量計使用中的檢驗是通過聲速比對實現(xiàn)的。聲速比對之前應(yīng)對超聲計量系統(tǒng)的標準設(shè)備進行狀態(tài)診斷，以保證超聲流量計使用中檢驗的標準器—計算聲速的可靠性。超聲計量系統(tǒng)的標準設(shè)備包括在線色譜分析儀（得到燃氣工況實時組分數(shù)據(jù)）、溫度變送器、壓力變送器、計算軟件。

（1）色譜分析儀狀態(tài)診斷

色譜分析儀的技術(shù)性能應(yīng)滿足 GB/T 13610-2003，其測量準確度應(yīng)達到 0.05％。持有有效的檢定合格證書，各項參數(shù)設(shè)置正確，無報警產(chǎn)生。

（2）溫度變送器狀態(tài)診斷

溫度變送器的準確度應(yīng)優(yōu)于 0.1℃，持有有效的檢定合格證書，其量程應(yīng)能滿足被檢驗流量計全量程檢驗要求。

（3）壓力變送器狀態(tài)診斷

壓力變送器的準確度應(yīng)優(yōu)于 0.1％，持有有效的檢定合格證書，其量程應(yīng)能滿足被檢流量計全量程檢驗要求。

（4）計算軟件狀態(tài)診斷

計算軟件應(yīng)符合 AGA10 號報告，并經(jīng)計量部門認可。

（二）為保證測量聲速的可靠性，聲速比對之前應(yīng)對流量計算機、超聲流量計進行狀態(tài)檢查。

（1）流量計算機狀態(tài)檢查

檢查報警記錄，確認無流量計自身原因產(chǎn)生的，能夠引起計量錯誤的報警情況。

（2）超聲流量計狀態(tài)檢查

1）采樣率：每秒鐘對所有聲道進行超聲波傳播的次數(shù)。，Q.Sonic 超聲流量計一般其值穩(wěn)定在 14-15 之間。

2）效率因子：脈沖信號接收率，以百分比的形式顯示，每秒更新一次。某個聲道的效率因子一般不會持續(xù)小于 40％。在管線停輸?shù)臓顟B(tài)下，效率因子必須接近 100％（一般不能低于 90％）。

3）電壓增益：信號放大器電壓根據(jù)所測超聲波脈沖信號強度作出的調(diào)整。其值應(yīng)小于 65535。在管線停輸時，各個聲道的增益值應(yīng)該相近。增益會隨著流量的增加而升高。使用過的流量計可能會稍微高于初次安裝時的讀數(shù)。Q.Sonic-4 的 1、4 聲道為單反射聲道，2、3 聲道為雙反射聲道，雙反射聲道的增益值會略微高于單反射聲道增益值。當增益值明顯升高時，表示信號的接收強度開始減弱，這種情況多因為探頭表面被污染、管道內(nèi)壁被臟污、信號處理電路板故障或者信號線纜存在干擾。

4）渦流角度：Q.Sonic 超聲流量計測到的氣體在軸向的旋轉(zhuǎn)角度。渦流角度在-20 到+20 度之間 Q.Sonic 超聲流量計可以可靠工作。

（三）聲速比對

在診斷、檢查了前述設(shè)備的狀態(tài)正常之后，即可進行超聲流量計的聲速比對。

（1）檢驗流量點的確定

一般情況下，聲速比對檢驗流量點應(yīng)選擇為流量計***小流量或系統(tǒng)能達到的***小流量 qmin，分界流量 qt，系統(tǒng)能達到的***大流量 qmax，及在 qt 和 qmax 中間等分的 1-2 個流量點。

（2）流量點的檢驗次數(shù)

對于 Q.Sonic-4 型超聲流量計每個流量點的檢驗次數(shù)應(yīng)不少于 6 次。

（3）測量聲速與計算聲速的偏差要求

根據(jù)《超聲流量計檢定規(guī)程》（JJG 1030—2007）的要求，被檢流量計平均測量聲速值與計算聲速值偏差不大于流量計準確度等級規(guī)定的***大允許誤差值的 1/2。超聲流量計檢定報告上準確度等級標注為 1 級，則平均測量聲速與計算聲速的偏差不大于 0.5％即可。（Q.Sonic-4 型超聲流量計的準確度可以達到 0.5 級，因國內(nèi)檢定機構(gòu)目前不能檢定0.5 級的流量計，故其檢定報告上準確度標注為 1 級；在實際應(yīng)用中，平均測量聲速與計算聲速的偏差可以小于0.25％。）

（4）測量聲速與計算聲速的重復性要求

根據(jù)《超聲流量計檢定規(guī)程》（JJG 1030—2007）的要求，被檢流量計的重復性不得超過其準確度等級規(guī)定的***大允許誤差值的 1/5。Q.Sonic-4 型超聲流量計檢定報告上準確度等級標注為 1 級，故測量聲速與計算聲速的重復性不大于 0.2％即可。在實際應(yīng)用中，Q.Sonic-4 型超聲流量計測量聲速與計算聲速的重復性可以通過 2 種方法獲得。方法 1 為通過每個檢驗流量點 4 個聲道的測量聲速、計算聲速計算得到；方法 2 為通過所有檢驗流量點的平均測量聲速、計算聲速計算得到。

6 .結(jié)束語

以上就是分公司燃氣超聲流量計使用中檢驗的淺析。隨著集團外環(huán)高壓燃氣管網(wǎng)建設(shè)的推進，超聲流量計將會得到較為廣泛的應(yīng)用。通過對超聲流量計進行使用中的檢驗，可以將其檢定周期從 2 年延長至 6 年；同時也可以通過聲速比對，隨機抽檢其計量的準確性，保證貿(mào)易結(jié)算的公平公正。