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      技術文章-水流量計

      超聲波水流量計的精度范圍

      發布時間:2021-12-22 10:26:46 人氣: 93

      超聲波水流量計精度: ±1.0%(標準條件下)配置插入式傳感器,準確度可達0.5%

      線 性 度: 0.5%。

      信號輸出: 4-20mA或0-20mA     RS-485

      傳 感 器: 分為外夾式和插入式。標準配置為外夾式。插入式傳感器最高工作壓力3MPa.

      直管段長: 上游>10D,下游>5D 距泵出口>30D(D:管徑)

      顯示方式: 2*20字符液晶顯示,帶LED背光

      電    源: AC220V、DC8~36V或AC7~30V

      環境溫/濕度: 主機-20℃~+80℃;傳感器-20℃~+80℃或-20℃~+160℃可選,傳感器可浸水工作,水深小于2m。


      超聲波水流量計以其特有的快捷、靈活的使用方式在自來水計量管理中得到普遍應用。在大口徑流量儀表難以實現現場檢定的情況下,使用便攜式超聲波水流量計與在線流量計進行比對已成為許多供水企業保證計量基本正確的常用方法。隨著超聲波水流量計的技術進步,使用條件的規范、標準化,人員經驗和素質的提高,該方法為解決供水行業大口徑流量計現場檢定難題提供了一種思路。

      然而,由于現場管道情況、安裝質量等因素的影響,便攜式超聲波水流量計的使用精度往往低于其標稱精度,有時誤差較大,以至于不能達到使用目的。為了評價管道、安裝、信號等對便攜超聲波水流量計的影響,我們用大連索尼卡公司生產的FV系列便攜式流量計進行了測量精度及影響因素的試驗分析。


      一、 管道因素對超聲波水流量計精度的影響:

      1.直管段(流態)。一般要求流量計安裝位置上游、下游分別有管徑10倍和5倍以上的直管段,以確保被測介質的流態滿足儀表精度要求。實際使用時常不能找到滿足要求的安裝位置,在非標準情況下測試結果如下:

      表1:  不同直管段與標準位置的相對誤差

      上游

      下游 10倍 8倍 5倍 3倍 2倍 1倍

      5  倍 0.05% 0.09% 0.75% 1.08% 3.42% 11.36%

      3  倍 -0.12%  1.28%   10.50%

      1  倍 1.65%  1.80%   9.92%

      試驗管徑DN200mm,測試時串聯兩臺流量計,便攜式流量計在不同位置與一臺安裝在標準位置(上游10倍下游5倍管徑)的同型號固定式超聲波水流量計作比對,用半開閘閥控制直管段長度。結果表明下游直管段對精度影響較小,上游側有三倍以上管徑直管時可基本滿足使用。當上游直管段不夠(紊流嚴重),如在彎頭、泵、閥之后裝表時,一般表現為正誤差。


      2.管道參數輸入誤差對精度的影響。流量計安裝時,需輸入管徑、管壁厚等參數,測試時我們在管道固定不變的情況下改變輸入參數,測量結果如下:

      表2:  輸入管徑誤差與測量結果的關系

      管徑誤差

      實際管徑 10% 5% 1% -1% -5% -10%

      DN  200 mm 20.88% 10.23% 2.02 % -2.00% -11.98% -19.10%

      DN  500 mm 21.10% 10.21% 2.01 % -1.99% - 9.75% -19.06%

      DN  800 mm 21.31% 10.15% 1.98 % -1.95% -10.02% -20.09%

      DN 1200 mm 20.96% 10.30% 2.06 % -2.04% -10.57% -19.66%

      管徑設置(輸入)誤差使測量結果誤差擴大為 2倍,這與誤差傳遞理論一致:

      由   Q = лD2 v / 4

      dQ = лD vdD / 2

      得  σQ = dQ/Q = 2 dD/D = 2 σD

      類似試驗表明管壁厚度設置(輸入)誤差與測量誤差成正相關,但對測量結果影響不大。


      3.內襯及管道材質的影響。被測管道材質及內襯輸入錯誤時,也會造成探頭安裝距離的計算錯誤,使超聲波入射角產生誤差,降低測量精度,嚴重時影響信號和設置,從而不能測量。

      試驗表明:管道內襯對測量的影響主要源于其造成了實際管徑的變化。內襯減少了過水截面積,通過流速換算的流量相應偏小,測量誤差與管道截面積變化成正比。如內襯過厚而設置時被忽略或與管壁有間隙時則一般發生探測或信號錯誤,因此測量時應據實準確輸入內襯材料及厚度。實際應用中,遇到管內壁結垢相對均勻,信號基本正常時,也可視為內襯作一定補償,可減少測量誤差。

      管道及內襯材質對測量的影響反映在聲波在各種介質中傳播速度的差異上。如果材質的實際聲速大于設置的聲速(如錯把鋼管當塑料管),則測量結果偏小,反之則反。


      4.管圓度的影響。實際使用的管道截面不完全是圓形,尤其是大口徑鋼管。用超聲波水流量計測量時,聲束穿越的方向與測量精度有關。當按實際聲程輸入管徑時,若管道截面的計算面積小于實際面積,流量測量值偏小,反之則偏大。

                  

      二、超聲波水流量計安裝與計量精度的關系

      1.探頭安裝方式。一般有兩種探頭安裝方式:V法和Z法,經驗表明在不影響信號接收的情況下,V法測量精度高于Z法。由于V法探頭安裝便于精確定位,因此測量誤差主要來自流態和管道參數。而Z法安裝聲程短,信號雖強,探頭定位難度大,容易產生安裝誤差,大口徑管道更突出。


      2.探頭間距與徑向錯位。

      探頭間距的定位錯誤造成聲程大小誤差,直接影響計量精度,嚴重時找不到信號。

      表3:  鋼管V法安裝探頭間距偏差與測量精度的關系

       間距差

      管 徑 - 50mm -20mm -10mm +10mm +20mm + 50mm

      200mm 低信號 2.08% 1.65% -0.44% -4.25% 低信號

      500mm 4.87 % 1.96% 0.53% 0.78% -0.06% -2.36%

      1000mm 2.49 % 1.66% -0.38% 0.95% -1.04% -1.84%

      探頭徑向錯位一般對測量結果影響甚微,但會關系信號強弱。安裝時要求聲束穿過管道中心,否則會由于聲波發射與接收角度不符使信號嚴重衰減,直至不能測量。


      3.安裝環境、耦合劑、信號電纜及其他??祫?010便攜式超聲波水流量計采用多脈沖、寬頻帶信號,具有一定抗電磁干擾能力,但在安裝現場存在高頻,特別是變頻干擾源時不能完全正常工作。探頭信號電纜過長會使信號衰減,一般不宜超過200米,且應使用特定阻抗的同軸電纜,專用端頭,中間不能有接頭。超聲耦合劑盡量使用導聲性能好、不易混入氣體的粘性物質,如水玻璃、凡士林等。


      以上簡要分析了由于管道和安裝等因素造成的便攜式超聲波水流量計精度下降及使用中的一些問題。實際上,造成使用誤差的主要因素有兩方面:一是管道截面積的計算誤差(源自管道參數輸入),這是所有流速法流量計的共性問題。二是超聲波聲程誤差(主要來自探頭間距),根據時差法流量計的原理:

      由:t1 = L / ( C + v )

      t2 = L / ( C - v )

      Δt = t2  - t1  = 2 L v / C2

      得:v = Δt C2 / 2 L,

      當實際聲程L偏大時,v減小,測量結果偏低,反之偏高。這與實測數據是一致的。

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