管道壁厚测量对便携式超声波流量计检定结果的影响分析

一、检定装置安装调校

便携式超声波流量计实验室实流标定，因为其结构特征，大部分仪表很难实现同主标准器累积流量数据采集的时间同步，只能在主标准器启动换向器的瞬间，人工记录被检超声波流量计的瞬时流量值，数据记录次数由流量稳定性决定。

当换向器停止工作时，通过主标准器的累积流量值M、被检表处的密度ρ和累积时间t计算标准瞬时流量值q_标；根据记录的被检超声波流量计n次瞬时流量值q_表i的平均值计算被检表的瞬时流量值q_表，被检超声波流量计的相对示值误差为

一般而言，在流体是以管中心线为对称轴沿管中心线平行流动时，大管径采用直接透过去的Z法测量，就可以得到好的准确度。在小管径低流速的计量条件下，采用V法比Z法更容易找正安装时换能器的中心线，同时可延长上下游声速传播的距离，如图1所示。

<CTSM>图1安装及检定原理图</CTSM>

根据时差法超声波流量计测量原理，设超声波信号在被测静止流体中的速度为c，在管壁中的速度为v，流体的流速为u，则对于顺流和逆流有

式中:u²×sin²x相对c²是一个2阶无穷小量，给测量结果带来的影响量很小，为了计算方便，该项予以忽略。

针对实验室标准直管段测量条件，外径的测量的可行度超过内径的测量，所以内径的数值根据外径和壁厚测量值计算间接得到:

L=(D-2h)×tanθ

代入Δt计算公式得到:

则流速u为

通过被测超声流量计的流量:

二、实验结果与分析

为了验证壁厚误差对便携式超声波流量计测量的影响，用实际管道壁厚h=(3.94±0.5)mm进行实验。

实验涉及的基本参数为: 标准直管段为DN100，外径为109.44mm， 传感器安装距离为75.8mm，V法安装， 被检超声波流量计准确度为1.0级； 标准流量为65.60m³/h，标准装置的准确度等级为0.05级，实验数据及结果如表1所示。

<CTSM>表1流量计管道壁厚测量误差检定结果</CTSM>

实验结果发现:壁厚有±1mm的误差时，内径d的相对误差为±1.97%。壁厚取2.94mm时，流量的相对误差为2.27%； 壁厚取2.44mm时， 流量的相对误差为3.56%；壁厚取4.44mm时，流量的相对误差为-2.86%；壁厚取4.94mm时，流量的相对误差为-6.34%；壁厚取5.44mm时，流量的相对误差为-8.60%。

理论分析及实验证明，壁厚导致内径误差的影响不可忽略。本实验中，流量测量的误差约为管道内径误差的1.2～4倍。

三、结束语

本研究通过对便携式时差法超声波流量计在静态质量法液体流量标准装置的检定实验，目的在于证明管道壁厚误差对于仪表示值误差的贡献量。从仪表的特点及管道参数对最终流量测量值的误差分析中，可以得出:

(1)便携式超声波流量计在大口径、复杂介质及非接触流量计量和现场流量测试分析中有其独特的优势，是一种方便可靠的测量手段，有着广泛的应用前景。

(2)管壁测厚误差对超声波流量计检定示值误差值影响很大，但可通过精确实测及合理的安装方式来控制。

(3)理论分析及实验证明，管道壁厚测量值直接影响换能器安装距离，间接影响最终的检定示值误差值。壁厚测量值每减小0.5mm，示值误差增加1.0%～1.3%；壁厚测量值每增加0.5mm，示值误差增加2.5%～3.5%。