1 前(qian)言
目前(qian)，工業領(ling)域面臨(lin)着能源(yuan)過度的(de)問題，節(jie)能減排(pai)🌈已成爲(wei)大型生(sheng)産企業(ye)急需解(jie)決的課(ke)題。 流量(liang)計 作爲(wei)生産線(xian)的重要(yao)計量器(qi)具，不僅(jin)是直接(jie)反映生(sheng)産🔅能耗(hao)的基礎(chu)設備，也(ye)是控制(zhi)能耗的(de)首要環(huan)節。由于(yu)生産計(ji)劃，許多(duo)企業的(de)流量計(ji)無法被(bei)卸下而(er)需要在(zai)線校準(zhun)。 超聲波(bo)流量計(ji) 作爲一(yi)種精度(du)高、非接(jie)觸式、易(yi)攜帶安(an)裝的計(ji)量器🚶‍♀️具(ju)，廣☔泛被(bei)應用于(yu)流量計(ji)的在線(xian)校準。因(yin)此，本文(wen)介紹如(ru)何應🔞用(yong)超聲波(bo)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流量計(ji)在線校(xiao)準浮子(zi)流量計(ji) 并對其(qi)過程進(jin)行測量(liang)不确定(ding)度的評(ping)定。
2 超聲(sheng)波流量(liang)計工作(zuo)原理
超(chao)聲波在(zai)流體中(zhong)的傳播(bo)速度與(yu)流體的(de)流速有(you)關。沿流(liu)體的⚽順(shun)流方向(xiang)，超聲波(bo)的傳播(bo)速度增(zeng)大；逆流(liu)方向🌈的(de)傳播速(su)度減小(xiao)。同一超(chao)聲波沿(yan)流體不(bu)同流向(xiang)産生⛷️了(le)時間差(cha)，該差值(zhi)與流體(ti)的流速(su)存在一(yi)定的關(guan)系。假設(she)直段管(guan)道内有(you)2個超聲(sheng)波傳感(gan)器，傳感(gan)器1位于(yu)流體上(shang)遊，傳感(gan)器2位于(yu)流體下(xia)💘遊，則傳(chuan)感器♊之(zhi)間存在(zai)如下😄關(guan)系：
 （1）
（2）
式中(zhong)：L—兩個超(chao)聲波傳(chuan)感器之(zhi)間的直(zhi)線距離(li)；
T12—沿流體(ti)逆向，超(chao)聲波從(cong)傳感器(qi)1傳播至(zhi)傳感器(qi)2所用的(de)時間；
T21—沿(yan)流體順(shun)向，超聲(sheng)波從傳(chuan)感器2傳(chuan)播至傳(chuan)感器1所(suo)用的時(shi)間；
C—超聲(sheng)波在靜(jing)止流體(ti)中的傳(chuan)播速度(du)；
x—L在管道(dao)中沿管(guan)道軸向(xiang)的分量(liang)。
根據上(shang)式可知(zhi)：當傳感(gan)器的位(wei)置和管(guan)道幾何(he)參數爲(wei)🐕已知量(liang)，則流體(ti)的流速(su)正比于(yu)時間項(xiang)。
3 浮子流(liu)量計在(zai)線測量(liang)
3.1 校準環(huan)境與安(an)裝條件(jian)
超聲波(bo)流量計(ji)是根據(ju)超聲波(bo)在管道(dao)内傳播(bo)時間差(cha)反映流(liu)體流速(su)的，所以(yi)被測段(duan)的流體(ti)狀态對(dui)測🔴量結(jie)果影🐆響(xiang)很大。測(ce)量時，應(ying)避免被(bei)測段的(de)流體處(chu)于湍流(liu)狀态。一(yi)般應注(zhu)意以下(xia)💞幾點：
（1）計(ji)量現場(chang)應無明(ming)顯振動(dong)，周圍無(wu)電磁幹(gan)擾。
（2）探測(ce)器安裝(zhuang)位置的(de)上遊直(zhi)管段長(zhang)度至少(shao)爲管徑(jing)的10倍以(yi)上，下💘遊(you)的直管(guan)段長度(du)至少爲(wei)管徑的(de)5倍以上(shang)；上遊30倍(bei)管徑的(de)沿程内(nei)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼應沒有(you)擾流因(yin)素，比如(ru)泵、閥引(yin)起的流(liu)速分布(bu)不均勻(yun)。
（3）管道始(shi)終充滿(man)流體，流(liu)體内不(bu)能含有(you)大量的(de)氣泡或(huo)異👈物👌。
（4）對(dui)于水瓶(ping)管道，爲(wei)了避免(mian)滞留空(kong)氣或沉(chen)積物影(ying)響測量(liang)結果🌍，在(zai)水平面(mian)的±45°内安(an)裝探測(ce)器。避免(mian)将探測(ce)☎️器安裝(zhuang)在管道(dao)變形、凸(tu)起或焊(han)接部分(fen)。
（5）如管道(dao)表面有(you)塗層、腐(fu)蝕班或(huo)是不平(ping)整，用油(you)漆稀釋(shi)劑和砂(sha)紙☀️清除(chu)。
（6）查看被(bei)檢的浮(fu)子流量(liang)計是否(fou)有洩漏(lou)、振動的(de)情況，刻(ke)🌍度是否(fou)清晰，便(bian)于觀察(cha)。
（7）對于1.0和(he)1.5級的浮(fu)子流量(liang)計，安裝(zhuang)傾斜角(jiao)度不應(ying)超過2°；2.5級(ji)及以🔞下(xia)的浮子(zi)流量計(ji)不應超(chao)過5°。
3.2 探測(ce)法的選(xuan)擇
根據(ju)探測器(qi)的分布(bu)位置，探(tan)測法分(fen)爲V法和(he)Z法。V法：兩(liang)探測器(qi)均處于(yu)管道外(wai)同側，探(tan)測器之(zhi)間連線(xian)與管道(dao)軸🌈線平(ping)行。Z法：兩(liang)探測器(qi)💚處于管(guan)道外兩(liang)側，兩探(tan)測😍器之(zhi)間連線(xian)與管道(dao)軸線交(jiao)叉㊙️。在下(xia)列✍️情況(kuang)下使用(yong)Z法：
（1）需要(yao)節省安(an)裝空間(jian)（Z法的安(an)裝空間(jian)約爲V法(fa)的一半(ban)）。
（2）需要測(ce)量污水(shui)等渾濁(zhuo)的流體(ti)。
（3）管道内(nei)有砂漿(jiang)襯裏或(huo)是較厚(hou)水垢。
3.3 測(ce)量步驟(zhou)
（1）确認管(guan)道的内(nei)、外徑；對(dui)于非标(biao)準的管(guan)道，用遊(you)标卡尺(chi)🌈和測厚(hou)儀等工(gong)具測量(liang)管道的(de)外徑與(yu)壁厚。
（2）在(zai)儀表中(zhong)輸入相(xiang)關參數(shu)：管道内(nei)、外徑；管(guan)道材料(liao)；流🏃體介(jie)質；探測(ce)法類型(xing)等。
（3）待儀(yi)表調零(ling)後确定(ding)探測器(qi)安裝距(ju)離。
（4）在探(tan)測器表(biao)面塗上(shang)适量矽(xi)脂，根據(ju)“安裝條(tiao)件”安裝(zhuang)探測🔞器(qi)❌，查看超(chao)聲波信(xin)号接受(shou)是否正(zheng)常。
（5）待被(bei)檢流量(liang)計與超(chao)聲波流(liu)量計讀(du)數穩定(ding)後，讀取(qu)⁉️兩儀表(biao)的🔞流🈲量(liang)值，計算(suan)示值誤(wu)差。
3.4 注意(yi)事項
（1）當(dang)超聲波(bo)流量計(ji)信号異(yi)常或是(shi)無信号(hao)時，查看(kan)管道表(biao)面是㊙️否(fou)有塗層(ceng)、探測器(qi)是否緊(jin)貼管道(dao)表面。在(zai)排除🌈上(shang)述問題(ti)🏃‍♂️但仍信(xin)号🐆異常(chang)的情況(kuang)下，查看(kan)現場周(zhou)圍是否(fou)有電磁(ci)幹擾，比(bi)如：大功(gong)率水泵(beng)、變頻器(qi)、變壓器(qi)等。
（2）當測(ce)量值與(yu)被檢示(shi)值存在(zai)明顯偏(pian)差時，查(cha)看探測(ce)器安裝(zhuang)位置是(shi)否合理(li)。在滿足(zu)安裝條(tiao)件的情(qing)況下，盡(jin)可能對(dui)💋安裝位(wei)置做調(diao)整：同一(yi)條管道(dao)布置有(you)高✨低時(shi)，探💋測器(qi)安裝在(zai)較低的(de)管路上(shang)；探測器(qi)盡量不(bu)要靠近(jin)管路的(de)終端；盡(jin)量選擇(ze)流體向(xiang)上㊙️流動(dong)的管路(lu)安裝探(tan)測器；管(guan)路内結(jie)垢嚴重(zhong)，更換管(guan)路。
（3）當測(ce)量值存(cun)在明顯(xian)波動時(shi)，适當設(she)置阻尼(ni)參數，延(yan)📐長響應(ying)👣時間。
（4）當(dang)流量發(fa)生變化(hua)但測量(liang)值保持(chi)不變時(shi)，檢查管(guan)道規格(ge)是㊙️否正(zheng)确；探測(ce)器是否(fou)安裝在(zai)焊接部(bu)分；探測(ce)💋器安裝(zhuang)尺💃寸是(shi)否正确(que)；探測器(qi)表面是(shi)否塗有(you)足夠☁️的(de)潤滑👌脂(zhi)；嘗試更(geng)換探測(ce)法類型(xing)；避免👉使(shi)用加長(zhang)電纜。
4 不(bu)确定度(du)評定實(shi)例
本文(wen)利用超(chao)聲波流(liu)量計在(zai)線校準(zhun)浮子流(liu)量計，流(liu)量範圍(wei)：（16～160）L/min，流⭐體👅介(jie)質爲水(shui)。
4.1 測量模(mo)型
利用(yong)超聲波(bo)流量計(ji)在線計(ji)量浮子(zi)流量計(ji)，相當于(yu)采用标(biao)準表🏃‍♂️法(fa)進行計(ji)量。标準(zhun)流量計(ji)和被檢(jian)流量計(ji)串聯在(zai)現有的(de)流量管(guan)🔞道上，刻(ke)度狀态(tai)相同，流(liu)量無需(xu)經過修(xiu)正。示值(zhi)誤差根(gen)據下式(shi)：
（3）
式中：qm—被(bei)檢浮子(zi)流量計(ji)的流量(liang)顯示值(zhi)，L/min；
qv—标準超(chao)聲波流(liu)量計的(de)流量實(shi)際值，L/min；
qmax—被(bei)校流量(liang)計的上(shang)限刻度(du)值，L/min。
标準(zhun)不确定(ding)度：
 
靈敏(min)系數：c1=1/qmax；c2=-1/qmax
4.2 不(bu)确定度(du)的來源(yuan)：
（1）輸入量(liang)qm的不确(que)定度
測(ce)量的重(zhong)複性引(yin)入的不(bu)确定度(du)：u（qm）
浮子流(liu)量計在(zai)80L/min時，對被(bei)檢流量(liang)計測量(liang)10次，結果(guo)如表1。
表(biao)1
 
測量平(ping)均值 ，标(biao)準方差(cha)S=0.13L/min，u（qm）= 。
（2）輸入量(liang)qv的不确(que)定度：
①測(ce)量重複(fu)性或儀(yi)表分辨(bian)力引入(ru)的不确(que)定度：u1（qv）
超(chao)聲波流(liu)量計在(zai)80L/min時，對被(bei)檢流量(liang)計測量(liang)10次，結果(guo)如表2。
表(biao)2
 
測量平(ping)均值 ，标(biao)準方差(cha)S=0.022L/min，u1（qv）=
超聲波(bo)流量計(ji)分辨力(li)引入的(de)不确定(ding)度：
儀表(biao)的分辨(bian)力爲0.001L/min；按(an)均勻分(fen)布計算(suan)k= ，則u1（qv）=0.00058L/min
在兩(liang)者中去(qu)較大者(zhe)，0.007L/min＞0.00058L/min，則u1（qv）=0.007L/min
②超聲(sheng)波流量(liang)計示值(zhi)誤差引(yin)入的不(bu)确定度(du)：
示值誤(wu)差爲流(liu)量讀數(shu)的0.26%，按均(jun)勻分布(bu)計算k=
則(ze)u1（qv）=83.007×0.26/ =0.125L/min
 
由以上(shang)數據合(he)成标準(zhun)不确定(ding)度爲：
 ，其(qi)擴展不(bu)确定度(du)爲：U=k×uc=0.2%（k=2）
5 結果(guo)分析
由(you)以上不(bu)确定度(du)的結果(guo)可以得(de)出：測量(liang)不确定(ding)度的來(lai)源🔞主要(yao)是超聲(sheng)波流量(liang)計的示(shi)值誤差(cha)，其次是(shi)浮子流(liu)量😄計的(de)測量重(zhong)複性，最(zui)小的是(shi)超聲波(bo)流量❌計(ji)的測量(liang)重複性(xing)。
雖然不(bu)确定度(du)的來源(yuan)主要是(shi)标準器(qi)的精度(du)，但是測(ce)量前期(qi)的準備(bei)工作，包(bao)括：現場(chang)環境與(yu)校準條(tiao)件的确(que)認，探♌測(ce)器安裝(zhuang)位置與(yu)探測法(fa)的選擇(ze)等。這些(xie)因素也(ye)很大程(cheng)度影響(xiang)了測量(liang)👨‍❤️‍👨結果。

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