[導讀] 著重介紹多聲道超聲波流量計在明渠計量實際標定中產生的主要疑難問題，分析干式標定誤差產生原因及其解決方法，為從事明渠流量測量設計、安裝及現場堆護檢修人員提供參考。
1 前言
封閉管道式超聲波流量計用于開放型梯形明渠計量電廠回水消耗水量在我省尚屬首例。2002年10月，遼寧清河發電有限責任公司在回水明渠由安裝三組韓國昌民公司生產的5聲道超聲波UR2000流量計及UR1000水位計，用以計量電廠回水消耗水量。流量計、水位計自安裝運行以來，我們發現明渠耗水量很小，甚至出現消耗為負值的不合理情況。為此，我們依照《檢定規程》，參照昌民公司提供的有關數據進行了大量的研究、計算和分析，經過遼寧省計量院先后多次標定以及參考運行情況，在確定流量計設備不確定度過程中，仍有許多疑難問題值得提出和總結，有待進一步探討和研究。
2 干式標定及其主要內容
超聲波流量計原理采用時差法測量明渠各層面平均流速，求出流速分布曲線。根據水位計測得的水位來計算梯形明渠端面積，進而得出其流量。
在明渠上，以超聲波流量計的原理和流體力學理論為基礎，將各測量參數在外部測量，把各測量參數的誤差綜合來決定誤差，這種間接測量流量計的誤差的方法，叫干式標定。干式標定與傳統實流標定不同，可以在不停止流動的情況下，在線對流量計誤差進行標定。
干式標定不確定度計算內容主要有：
① 線流速測量不確定度，包括時間測量不確定度、聲道長度測量不確定度以及聲道角度測量不確定度。
② 端面積測量不確定度，包括渠端面輪廓測量誤差和測量水位時產生的水位測量誤差。
③ 不同流速分布下的不確定度，在多聲道工作狀態下（3個以上），能夠再現流速分布，依據多面平均法計算，或依據平均端面計算流出量時流出量計算不確定度。
④ 流量不確定度計算，即每個誤差源平方之和的平方根。以此參照流量計性能指標，確定標定等級。
3 實際標定中的疑難問題
現場標定中主要存在以下疑難問題：
3.1 流速分布誤差的計算
流速分布誤差在不確定度的計算中起至關重要的作用，直接影響標定的等級。實際流場由于受提水站、明渠端面等諸多因素影響，多以紊流、亂流（旋渦、橫流）為主，所以精確地測量出流速分布函數，確定流速分布形態，成為流量計算以及不確定度計算的核心問題。設備安裝地址最好選擇在流態穩定，上下游直管段要足夠長（至少5倍渠寬）。
3.2 平均端面的確定
平均端面對不確定度計算也有重要影響。超聲波流量計適用于平面規整的明渠水道，經過對安裝地址上下游12個端面，取同一水位實際測量時發現，面積誤差最大達到7.4%，說明回水明渠并非完全規整平面的渠道，對流速分布有影響。如何確定典型端面，以及將典型端面演算到規整的平均端面是不確定度計算中難點問題。
3.3 水溫對誤差計算的影響
水溫對聲波傳播速度有明顯影響。電廠明渠水溫在冬夏、上下游，甚至每一天都有較大變化，特別是實際現場，明渠水溫與液位測井的水溫有較大差別，嚴重影響了不確定度。究竟溫度綜合影響有多大，是個疑難問題。
3.4 傳感器探頭高出渠壁20cm以上。對流速測量及計算面積的影響
根據計算，假設為規整渠道，不同水位下，探頭未測到部分平均占3.5%，對流量計算有嚴重影響，而且如何演算到全端面，是個難點。建議傳感器座在渠壁內，探頭與壁齊平為好。
3.5 液位計水深與明渠水深存在同步敏感程度的誤差
現場中，明渠水深，在同一時間上，與液位計水深同步變化不同，直接影響流量測量及不確定度計算。
4 結語
多聲道超聲波用于大斷面明渠流量測量，現有理論充分，但真正用好測準并不容易，系統誤差、人為誤差，環境因素的影響，造成不確定度計算的復雜性。通過這次實踐，主要體會如下：
① 要有一個高效的項目組織體系，從考察、選購、安裝、標定到后期維護運行，都需要良好的組織、協調和溝通，保證產品的順利使用，節約時間和財力。
② 要根據測量對象及現場實際情況有針對性地制定測量方案，才有可能達到測量目的，滿足測量要求。
③ 選準測量位置，要充分保障測量點上下執行段的長度，以保證測量點流態穩定。
④ 精確校準測量系統各通道的傳輸延遲時間，正確設定測量系統內部參數。
⑤ 精確測量執行渠道斷面的幾何參數，換能器的安全位置，牢固安裝水下設備。
水，作為一種商品，準確計量有利于節約用水和促進國民經濟的發展，正確地選擇計量儀器，準確地確定誤差，對于水計量有重要的意義。在封閉管道式超聲波流量計用于開放型梯形明渠中，上述出現的疑難問題，有的已經解決，有的仍需要進一步探討和研究。
參考文獻
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