1 前言
目(mu)前，工業領域(yu)面臨着能源(yuán)過度的問題(tí)，節能減排已(yǐ)成爲大型生(shēng)産企業急需(xu)解決的課題(ti)。 流量計 作爲(wèi)生産線的重(zhòng)要計量器具(jù)，不僅是直接(jiē)反映生産能(neng)耗的基礎設(she)備，也是控制(zhì)能耗的首要(yào)環節。由⛷️于生(shēng)🔞産計劃，許多(duo)企🔴業的流量(liàng)計無法被卸(xiè)下而需要在(zai)線校準。 超聲(shēng)波流量計 作(zuo)爲一種精度(du)高、非接觸式(shi)、易攜帶安裝(zhuang)的計量器具(jù)🚶‍♀️，廣泛被應用(yòng)于流量計的(de)在線校準。因(yin)此，本文介🌈紹(shào)如何應用超(chāo)聲波流量計(jì)在線校準浮(fú)子流量計 并(bing)對其過程進(jìn)行測量不确(què)定度的評定(ding)。
2 超聲波流量(liàng)計工作原理(lǐ)
超聲波在流(liu)體中的傳播(bō)速度與流體(ti)的流速有關(guan)。沿✨流體的順(shùn)流方向，超聲(sheng)波的傳播速(su)度增大；逆流(liú)㊙️方向的傳播(bō)速度減小。同(tóng)一超聲波沿(yan)流體不同流(liu)向産生了時(shi)間差，該差值(zhí)與流體的流(liú)速存在一定(dìng)的關系。假設(she)直段管道内(nei)有2個超聲波(bō)傳感器，傳感(gan)☎️器1位于流體(ti)㊙️上遊，傳感器(qi)2位于流體下(xia)遊，則傳感器(qi)之間存在如(ru)下關系：
 （1）
（2）
式中(zhong)：L—兩個超聲波(bō)傳感器之間(jiān)的直線距離(lí)；
T12—沿流體逆向(xiang)，超聲波從傳(chuan)感器1傳播至(zhì)傳感器2所用(yong)的🈲時間；
T21—沿流(liú)體順向，超聲(shēng)波從傳感器(qì)2傳播至傳感(gan)器1所用的🈲時(shi)間；
C—超聲波在(zai)靜止流體中(zhōng)的傳播速度(du)；
x—L在管道中沿(yán)管道軸向的(de)分量。
根據上(shàng)式可知：當傳(chuan)感器的位置(zhi)和管道幾何(he)參數爲已知(zhī)量，則流體的(de)流速正比于(yú)時間項。
3 浮子(zǐ)流量計在線(xiàn)測量
3.1 校準環(huán)境與安裝條(tiáo)件
超聲波流(liu)量計是根據(ju)超聲波在管(guan)道内傳播時(shi)間差反映🎯流(liu)體🤟流速的，所(suo)以被測段的(de)流體狀态對(duì)測量結果影(yǐng)響很🐕大。測量(liang)時，應避免被(bèi)測段的流體(ti)處于湍流狀(zhuang)态。一🧡般應注(zhu)意以下幾點(diǎn)：
（1）計量現場應(yīng)無明顯振動(dong)，周圍無電磁(ci)幹擾。
（2）探測器(qì)安裝位置的(de)上遊直管段(duan)長度至少爲(wei)管徑的📐10倍以(yi)💋上，下⭐遊的直(zhi)管段長度至(zhi)少爲管徑的(de)5倍以上；上遊(yóu)30倍♊管徑的沿(yán)程内應沒有(you)擾流因素，比(bǐ)如泵、閥引起(qi)的流速分布(bù)不均勻。
（3）管道(dào)始終充滿流(liu)體，流體内不(bu)能含有大量(liàng)的氣泡或異(yì)物🙇🏻。
（4）對于水瓶(ping)管道，爲了避(bì)免滞留空氣(qì)或沉積物影(yǐng)響🌂測量結🌈果(guo)，在水平面的(de)±45°内安裝探測(ce)器。避免将探(tàn)測器安⛱️裝在(zai)🤩管道變形、凸(tū)起🧡或焊接部(bù)分。
（5）如管道表(biǎo)面有塗層、腐(fu)蝕班或是不(bu)平整，用油漆(qī)稀釋劑和🥵砂(sha)紙清除。
（6）查看(kan)被檢的浮子(zi)流量計是否(fǒu)有洩漏、振動(dong)的情況，刻度(du)是否清晰，便(bian)于觀察。
（7）對于(yú)1.0和1.5級的浮子(zǐ)流量計，安裝(zhuang)傾斜角度不(bú)應超過2°；2.5級及(jí)以✨下的浮子(zǐ)流量計不應(ying)超過5°。
3.2 探測法(fǎ)的選擇
根據(jù)探測器的分(fen)布位置，探測(ce)法分爲V法和(hé)Z法。V法：兩探測(ce)⁉️器均處于管(guan)道外同側，探(tàn)測器之間連(lián)線與管道軸(zhou)線平🤩行。Z法：兩(liang)探🐕測器處于(yu)管道外兩側(ce)，兩探測🔴器之(zhī)間連線與管(guan)道軸線交叉(cha)🥵。在下列情況(kuang)下使用Z法：
（1）需(xū)要節省安裝(zhuāng)空間（Z法的安(ān)裝空間約爲(wei)V法的一半）。
（2）需(xū)要測量污水(shui)等渾濁的流(liu)體。
（3）管道内有(yǒu)砂漿襯裏或(huo)是較厚水垢(gou)。
3.3 測量步驟
（1）确(què)認管道的内(nei)、外徑；對于非(fēi)标準的管道(dào)，用遊标卡尺(chi)和測厚儀等(deng)工具測量管(guan)道的外徑與(yǔ)壁厚。
（2）在儀表(biao)中輸入相關(guan)參數：管道内(nèi)、外徑；管道材(cái)料；流👅體✂️介質(zhì)；探測法類型(xing)等。
（3）待儀表調(diào)零後确定探(tàn)測器安裝距(ju)離。
（4）在探測器(qi)表面塗上适(shi)量矽脂，根據(jù)“安裝條件”安(ān)裝探測器，查(cha)看⛹🏻‍♀️超聲波信(xin)号接受是否(fou)正常。
（5）待被檢(jian)流量計與超(chāo)聲波流量計(jì)讀數穩定後(hou)，讀取兩💚儀♌表(biǎo)的流💯量值，計(ji)算示值誤差(cha)。
3.4 注意事項
（1）當(dang)超聲波流量(liang)計信号異常(cháng)或是無信号(hao)時，查看管道(dao)表面是否有(yǒu)塗層、探測器(qi)是否緊貼管(guan)道表面。在排(pái)除上述📧問題(ti)但仍信号異(yi)常的情況下(xia)，查看現場周(zhou)圍是否有電(dian)磁幹擾，比如(ru)：大功率水❓泵(beng)、變頻器、變壓(yā)器等。
（2）當測量(liang)值與被檢示(shi)值存在明顯(xian)偏差時，查看(kan)探測器安🈲裝(zhuang)位㊙️置是否合(he)理。在滿足安(an)裝條件的情(qíng)況下，盡可能(néng)對安裝位置(zhì)做調💰整：同一(yī)條管道布置(zhì)有高低時，探(tan)測器安裝在(zai)較低的管路(lù)上；探測器盡(jìn)量不要靠近(jin)管🍓路的終端(duan)；盡量選擇流(liu)體向上🈲流動(dòng)的管路安裝(zhuāng)探測⭐器；管路(lu)内結垢嚴重(zhòng)，更換管路。
（3）當(dang)測量值存在(zai)明顯波動時(shi)，适當設置阻(zǔ)尼參數，延長(zhǎng)響應時間。
（4）當(dang)流量發生變(bian)化但測量值(zhí)保持不變時(shi)，檢查管道規(gui)格❄️是否正确(que)；探測器是否(fǒu)安裝在焊接(jiē)部分；探測器(qì)安裝尺🐪寸是(shi)否正确；探測(cè)器表面是否(fou)塗有足夠的(de)潤滑脂；嘗試(shi)更換探測法(fǎ)類型；避免使(shi)用加長電纜(lan)。
4 不确定度評(píng)定實例
本文(wen)利用超聲波(bo)流量計在線(xian)校準浮子流(liu)量計，流🌈量範(fàn)💋圍：（16～160）L/min，流🐕體介質(zhi)爲水。
4.1 測量模(mó)型
利用超聲(shēng)波流量計在(zài)線計量浮子(zi)流量計，相當(dang)于采用标‼️準(zhun)表🔞法進行計(jì)量。标準流量(liang)計和被檢流(liu)量計串聯在(zài)現有的流量(liàng)管㊙️道上，刻度(dù)狀态相同，流(liú)量🌂無需經過(guò)修正。示值誤(wu)㊙️差根據下式(shì)：
（3）
式中：qm—被檢浮(fu)子流量計的(de)流量顯示值(zhi)，L/min；
qv—标準超聲波(bo)流量計的流(liu)量實際值，L/min；
qmax—被(bèi)校流量計的(de)上限刻度值(zhí)，L/min。
标準不确定(ding)度：
 
靈敏系數(shu)：c1=1/qmax；c2=-1/qmax
4.2 不确定度的(de)來源：
（1）輸入量(liàng)qm的不确定度(dù)
測量的重複(fu)性引入的不(bu)确定度：u（qm）
浮子(zǐ)流量計在80L/min時(shi)，對被檢流量(liàng)計測量10次，結(jie)果如表1。
表1
 
測(ce)量平均值 ，标(biao)準方差S=0.13L/min，u（qm）= 。
（2）輸入(ru)量qv的不确定(ding)度：
①測量重複(fu)性或儀表分(fen)辨力引入的(de)不确定度：u1（qv）
超(chāo)聲波流量計(jì)在80L/min時，對被檢(jiǎn)流量計測量(liang)10次，結果如表(biǎo)2。
表2
 
測量平均(jun)值 ，标準方差(cha)S=0.022L/min，u1（qv）=
超聲波流量(liàng)計分辨力引(yin)入的不确定(dìng)度：
儀表的分(fèn)辨力爲0.001L/min；按均(jun)勻分布計算(suàn)k= ，則u1（qv）=0.00058L/min
在兩者中(zhōng)去較大者，0.007L/min＞0.00058L/min，則(zé)u1（qv）=0.007L/min
②超聲波流量(liang)計示值誤差(cha)引入的不确(què)定度：
示值誤(wu)差爲流量讀(du)數的0.26%，按均勻(yun)分布計算k=
則(ze)u1（qv）=83.007×0.26/ =0.125L/min
 
由以上數據(ju)合成标準不(bú)确定度爲：
 ，其(qi)擴展不确定(ding)度爲：U=k×uc=0.2%（k=2）
5 結果分(fen)析
由以上不(bú)确定度的結(jie)果可以得出(chū)：測量不确定(dìng)度⁉️的來源主(zhǔ)要是超聲波(bō)流量計的示(shì)值誤差，其次(cì)是㊙️浮子流量(liàng)計的測量重(zhong)複性，最小的(de)是超聲波流(liú)量計的測量(liang)重複性。
雖然(ran)不确定度的(de)來源主要是(shì)标準器的精(jīng)度，但是測量(liàng)⛷️前期的準備(bei)工作，包括：現(xian)場環境與校(xiào)準條件的确(que)認，探測器安(ān)裝位置💋與探(tàn)測法的選擇(ze)等。這些因素(sù)也📞很大程度(dù)影響了測量(liang)結果。

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