目前，便攜式超聲波流量計使用較多的場合有：各地水務部門地下水資源計量儀表的在線檢測，環保部門排污計量儀表的在線檢測，供水部門的貿易結算計量儀表的在線檢測，熱力公司收費用熱水表的在線檢測以及工業企業生產工藝中計量儀表的在線檢測等。為使大家合理地使用超聲波流量計，本文就超聲波流量計現場使用中的方法及注意事項進行論述。

 

    一、對測量結果有影響的主要因素

 

    1.溫度

 

    超聲波流量計的探頭由于材質不同價格差異很大，生產者會因用戶的實際需求不同而采用不同的材料。同時，由于介質溫度較高，介質的有關性質、性能也會發生變化，設計者會根據實際情況采用相關的設計或修正來避免溫度差異帶來的影響。因此，在工作中要考慮所使用探頭的溫度適應范圍，盡量不要超過標牌或說明書上的規定，否則會使測量結果失準，或者根本測量不了。有些超聲波流量計在程序中有不同溫度的選擇項，這些選擇項也會對測量結果產生影響，所以使用者應按操作手冊的方法進行。另外，由于溫度過高可能短時間內就使耦合劑變稀而降低或失去作用，造成測量結果失準或不能進行測量。

 

    2.直徑

 

    由于超聲波流量計的測量原理，使得測量結果是被測量管道內的平均流速，流量是由流速和面積計算得到的，因此，面積的準確測量也是至關重要的。在測量中一般是通過測量管道的外周長計算出外直徑，用超聲波測厚儀測量出壁厚，然后計算出內直徑，最后得到面積。但是在實際測量中，我們的被測管線基本上都是舊管線，由于長時間使用，管線內部或多或少都會結垢，而且結垢的厚度有時超過了10mm。這些結垢的厚度目前還沒有儀器能夠在管線外部準確測量，因此，我們對在線流量計進行測量時經常發現，流量計顯示的流量要比超聲波流量計顯示的流量小。那是因為流量計是新安裝的，內部沒有結垢，而測量的管線有結垢，我們沒有考慮結垢的厚度。

 

    所以，在測量時要根據具體情況，盡量獲取管壁厚度的真實值，比如管線是新的，就可以直接使用壁厚測量值；如果管線是舊的，就要考慮結垢的厚度。一般有以下幾種方法：一是對于有條件能停止工作的管線，可以把管線拆開進行結垢厚度測量；二是對于沒有條件拆卸的管線，可以找與此管線相同的可拆卸管線的結垢厚度來代替；三是如可能可先估計一個結垢厚度進行計算，等以后可以進行拆卸時再測量結垢的真實厚度進行修正；四是針對口徑較大、管線較長的情況，可以建議企業設置專門的試驗管線，即設置一段專門用來測量的管線，到停產時進行污垢清理，使試驗段沒有結垢，根據連續方程，在試驗段得到的流量可以看作整個管線的實際流量。

 

    3.電磁場影響

 

    在測量時有時會發現，無論怎樣調整探頭的位置，都沒有信號或信號時有時無，根本無法進行測量。這時就要仔細檢查周邊環境，看一看是否受到強磁場的干擾。比如在測量點附近是否有大功率水泵、變頻器、啟動器、開關柜、變壓器等電器設備，另外還要注意在測量管線附近是否有較大的電纜、成組的電線排等。根據我們的經驗，在距測量間屋頂4m高處的高壓電線就能對測量結果產生很大的影響。而在現實工作中，由于歷史原因或對超聲波流量計技術性能的不甚了解，很多都是把被測流量計安裝在泵房，除泵房外其他地方根本沒有裸露的管線，供電線、控制線、信號線都與被測管線在同一通道內，測量間正好建在高壓線下面等。這種場合下大功率電器設備會產生很大的磁場，這些磁場對超聲波流量計換能器的接收功能有極大的影響，使換能器不能接收信號或不能正常接收信號。

 

 

 

    我們在測量時遇到以上情況，只能改變測量點，選擇在確保沒有流體流進流出的被測管線上的其他位置，這個位置與原來位置的管徑可以不同。條件達不到時也可以考慮使用有多支分管線，其他管線可以關閉的支管線進行測量（這種方法只能用于對流量儀表的測量）。

 

    4．測量位置的選擇

 

    按JJG1030-2007《超聲流量計》檢定規程的規定，速度式儀表的安裝要有足夠長的直管段，安裝點上游直管段必須要大于10D（注：D為直徑），下游要大于5D。我們在現場檢測時也應盡量選擇滿足要求的測量點，但實際上有很多場合是無法滿足這些要求的。有的即使直管段滿足要求了，也不一定是理想的測量位置。根據我們的工作經驗，一般應考慮以下幾方面的因素：（1）在可能的情況下盡量滿足JJG1030-2007關于直管段的規定；（2）如果不能滿足直管段要求，應盡量選擇測量點上游管線對流動干擾小的位置（如盡量避免上游有立體彎頭、碟形閥、差壓式流量計或壓損較大的流量計、插入式流量計等）；（3）同一管線有高有低，盡可能選擇較低的管線，因為這樣流體會充滿管線；（4）選擇水平管線時盡量不要在管線頂部測量，因為頂部可能有存氣現象；（5）如果選擇垂直管線進行測量，應盡量選擇向上流動的管線，因為這樣管線一般是充滿的。

 

    5．超聲波流量計探頭安裝方式

 

    超聲波流量計一般有兩種探頭安裝方式，即Z法和V法。通常情況下：管徑D>200mm時選用Z法；管徑D<200mm時選用V法。

 

    V法安裝：先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點。

 

    Z法安裝：先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點，然后測出此點在管道另一側的對稱點。

 

    二、時差法超聲波流量計不確定度分析

 

    使用超聲波流量計進行測量大體可以分為兩種情況：一種是利用超聲波流量計對管線上安裝的流量儀表進行測量，比較超聲波流量計和被測量儀表的示值，從而確定流量計是否符合相關的規定；另一種就是管線上沒有安裝流量儀表，只是用超聲波流量計測量管線中的實際流量。

 

    這兩種情況下測量結果的不確定度評定并不完全一致，主要是因為我們對測量結果的用途不同。比如：對于管線上裝有儀表的，我們有時是為了確定流量計是否合格，有時是為了把流量計調整合格；對于管線上沒有安裝儀表的，我們只是給出管線當時的實際流量。這幾種情況下采用的數學模型是不同的，不確定度評定也不完全一致。下面分別進行討論：

 

    1.管線上裝有流量計的情況

 

    （1）概述

 

    在管線上裝有流量計的情況下，一般是用超聲波流量計（也稱標準流量計）對管線進行多次測量，將得出的測量結果與被測流量計的示值進行比較，最后確定流量計的誤差或流量計系數。

 

    （2）數學模型

 

    由一般相對誤差的表達式可得：

 

    

 

    式中：δ——流量計的相對誤差，%；q——被測流量計的瞬時流量平均值，m3/h；q0——標準流量計的瞬時流量平均值，m3/h。

 

    考慮到現場實際流量的不穩定性，不論是標準流量計還是被測流量計，都很難讀取到穩定的瞬時流量值，一般可采用多次測量的平均值，即從某一時刻開始同時讀取標準流量計和被測流量計的示值，連續測量10~20次。那么，給出結果的測量不確定度就應考慮兩個流量計的測量重復性，這時數學模型為

 

    

 

    式中：δr——被測流量計的測量重復性，%；δ0——標準流量計的測量重復性，%。

 

    （3）不確定度

 

    

 

    2.管線上沒有流量計的情況

 

    這種情況下的流量大多相對穩定，我們給出的是在測量條件下的瞬時流量，即經過多次測量得到的平均流量，則

 

    

 

    式中：——平均瞬時流量值，m3/h；qi——第i次的瞬時流量值，m3/h。

 

    這時測量結果的不確定度與標準流量計的準確度 及測量的重復性有關，即

 

    

 

    當然，這個不確定度是在保證了面積測量準確性前 提下的，即周長測量準確和結垢狀態清楚。