影響超聲波流量計測量誤差的主要因素分析

上海上儀股份公司根據(jù)超聲波流量計時差法測量原理的流速與流量公式可知，超聲波流量計測量準確度與儀表幾何參數(shù)和時間差測量的準確度有關，并且流量修正系數(shù)受流場均勻分布情況影響，所以主要影響測量準確度因素可以分為計量管段幾何參數(shù)、流場因素和信號因素。

3.3.1信號因素

時差法超聲波流量計是根據(jù)超聲波傳播時間差來測得流速，超聲波信號的采集與處理是獲得全部流場流動信息的關鍵因素，因此如何處理超聲波信號是影響傳播時間和流量測量準確度的關鍵所在，超聲波信號的質(zhì)量至少應滿足信號處理方法的要求。

超聲波流量計的信號處理方法可以分為時域分析和頻域分析兩種，傳播時間與超聲波脈沖周期的關系或聲道長度與聲波波長之間的關系決定采用哪種處理方法。單脈沖傳播時間測量法和相關峰值位移法是應用非常廣泛的時域處理方法，確定接收信號的過零電平交點是關鍵所在。在實際工業(yè)應用中，換能器選用較寬的頻帶方便測量，但是不均勻的流場分布、聲學噪聲影響、超聲波換能器損壞和測量管段處出現(xiàn)密度梯度等因素都會導致超聲波信號變形，降低測量準確度。因此高精度測量傳播時間和信號處理方法仍需進一步研究。本文將不以超聲波信號處理部分做為研究的重點內(nèi)容。

3.3.2流場因素

超聲波流量計的測量條件是流場呈充分發(fā)展流動狀態(tài)，但在實際應用中由于管道走向（平面單彎管、空間雙彎管）、管道中的流量調(diào)節(jié)閥、壓力調(diào)節(jié)裝置等因素導致流場出現(xiàn)非理想分布，從而對超聲波流量計的測量誤差產(chǎn)生一定的影響。

在實際工業(yè)應用環(huán)境中由于彎管的存在，流體中存在各種波動，流場很難達到穩(wěn)定狀態(tài)。在充分發(fā)展直管道流動中，管道截面上的速度分布和流量修正系數(shù)都可根據(jù)公式獲得，因此這種條件下超聲波流量計可以達到非常好的計量精度。在現(xiàn)場工業(yè)環(huán)境中，通常應用整流器克服各種阻流件等因素導致流場分布不均勻，本文將重點研究超聲波流量計測量段上游平面彎管、空間彎管和閥門對測量精度的影響，并利用整流器的整流效果，從而提高測量準確度。

時差法測量原理是在管道內(nèi)流體為理想流動狀態(tài)下，通過測量換能器對射線上無限多點的流體速度值，再加權求和得到管道截面上的面平均流速，從而得到流量值。研究試驗表明，單聲道超聲波流量計在良好的流場環(huán)境中測量精度可達0.5%，如果在單聲道超聲波流量計測量段上游安裝平面90°彎管時，會造成流量測量誤差大于4%；可見非理想流場會降低超聲波流量計測量準確度。在超聲波流量測量段中采用多聲道布置方法，可以獲取整個流動截面的流速信息，相比單聲道測量方法測量精度得到了提高。本文也將多聲道測量方法做為研究內(nèi)容。

3.3.3安裝效應及計量幾何段參數(shù)因素

流量計在生產(chǎn)和應用中，管道直徑和管道壁粗糙度也會對測量產(chǎn)生較大的影響。不同管道的質(zhì)量優(yōu)劣不一樣，并且使用過程中管道的磨損和腐蝕等因素會對管道壁的粗糙度造成十分嚴重的影響，從而使流場中阻力和速度梯度增大，對流量的測量產(chǎn)生一定的誤差。

超聲波流量計的不同安裝方式和換能器安裝角度不同會產(chǎn)生不同的測量結果，所以需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇非常合適的安裝方向和角度。超聲波流量計是通過時間差來測得管道截面流速，可以利用多聲道來更準確的獲取流場速度信息，但不同安裝方式不可避免的會產(chǎn)生一定的誤差，并且換能器安裝角度也會造成測量結果與實際真實結果之間的偏差，因此，上海上儀股份公司選取合適的安裝方式和角度在一定程度上可以提高測量準確度。