1 前言
目(mu)前，工業領(lǐng)域面臨着(zhe)能源過度(dù)的問題，節(jie)能減排已(yi)成爲大型(xing)生産企業(ye)急需解決(jué)的課題。 流(liú)量計 作爲(wei)生産線的(de)重要計量(liàng)器具，不僅(jin)是直接反(fan)映生産能(néng)耗🛀🏻的🥵基礎(chǔ)設備，也是(shi)控制能耗(hào)的首要環(huan)節。由于生(shēng)産計劃，許(xǔ)多企業的(de)流量計無(wú)法被卸下(xià)而需要在(zài)線校準。 超(chao)聲波流量(liang)計 作爲一(yi)種精度高(gāo)、非接觸式(shi)、易攜帶安(ān)裝的計量(liang)器具，廣泛(fan)被應用于(yú)流量計的(de)在線校準(zhǔn)。因此，本文(wén)介紹如何(he)應用超聲(sheng)波流量計(jì)在線校準(zhǔn)浮子流量(liang)計 并對其(qí)過程進行(hang)測量不确(que)定度的評(ping)定。
2 超聲波(bo)流量計工(gong)作原理
超(chao)聲波在流(liú)體中的傳(chuan)播速度與(yǔ)流體的流(liú)速有關。沿(yan)流體👈的順(shun)流方向，超(chāo)聲波的傳(chuan)播速度增(zēng)大；逆流方(fang)向的傳播(bō)速度減✍️小(xiǎo)。同一超聲(shēng)波沿流體(ti)不同流向(xiang)産生了時(shí)間差，該差(chà)✏️值與流體(tǐ)的流速存(cún)在一定的(de)關系。假設(shè)直段管道(dao)内有2個超(chāo)聲波傳感(gǎn)器，傳感🛀🏻器(qi)1位于流體(tǐ)上遊，傳感(gǎn)器2位于流(liu)體下☎️遊，則(ze)傳感器之(zhī)間存在如(rú)下關系：
 （1）
（2）
式(shi)中：L—兩個超(chāo)聲波傳感(gǎn)器之間的(de)直線距離(li)；
T12—沿流體逆(ni)向，超聲波(bo)從傳感器(qì)1傳播至傳(chuan)感器2所用(yòng)的👌時間；
T21—沿(yan)流體順向(xiang)，超聲波從(cong)傳感器2傳(chuan)播至傳感(gǎn)器1所用的(de)時間；
C—超聲(shēng)波在靜止(zhi)流體中的(de)傳播速度(dù)；
x—L在管道中(zhōng)沿管道軸(zhou)向的分量(liang)。
根據上式(shì)可知：當傳(chuan)感器的位(wèi)置和管道(dao)幾何參數(shu)⛹🏻‍♀️爲已知量(liàng)，則流體的(de)流速正比(bi)于時間項(xiàng)。
3 浮子流量(liang)計在線測(ce)量
3.1 校準環(huan)境與安裝(zhuang)條件
超聲(sheng)波流量計(jì)是根據超(chāo)聲波在管(guan)道内傳播(bo)時間差㊙️反(fan)📐映流體流(liu)速的，所以(yi)被測段的(de)流體狀态(tai)對測量結(jié)果影響很(hěn)大。測量時(shí)，應避免被(bèi)測段的流(liu)體處于湍(tuān)流狀态。一(yi)般應注意(yì)以下幾點(diǎn)：
（1）計量現場(chang)應無明顯(xiǎn)振動，周圍(wéi)無電磁幹(gan)擾。
（2）探測器(qì)安裝位置(zhì)的上遊直(zhi)管段長度(du)至少爲管(guan)徑的10倍以(yi)上，下遊的(de)直管段長(zhǎng)度至少爲(wei)管徑的5倍(bei)以上；上遊(yóu)30倍管徑⛹🏻‍♀️的(de)沿程内應(yīng)沒有擾流(liu)因素，比如(ru)泵、閥引起(qi)的流速🔞分(fen)布不♍均勻(yún)。
（3）管道始終(zhong)充滿流體(ti)，流體内不(bu)能含有大(dà)量的氣泡(pào)或異物。
（4）對(dui)于水瓶管(guan)道，爲了避(bi)免滞留空(kōng)氣或沉積(ji)物影響🈚測(ce)🔅量結果，在(zài)水平面的(de)±45°内安裝探(tàn)測器。避免(miǎn)将探測🈲器(qì)安裝在管(guan)道變形、凸(tu)起🏃🏻‍♂️或焊接(jie)部分。
（5）如管(guǎn)道表面有(yǒu)塗層、腐蝕(shi)班或是不(bu)平整，用油(you)漆稀❗釋劑(jì)和砂❗紙清(qing)除。
（6）查看被(bèi)檢的浮子(zi)流量計是(shì)否有洩漏(lou)、振動的情(qíng)況，刻度是(shì)否清晰，便(biàn)于觀察。
（7）對(dui)于1.0和1.5級的(de)浮子流量(liàng)計，安裝傾(qing)斜角度不(bu)應超過2°；2.5級(jí)及以下的(de)👈浮子流量(liàng)計不應超(chao)過5°。
3.2 探測法(fǎ)的選擇
根(gēn)據探測器(qì)的分布位(wèi)置，探測法(fǎ)分爲V法和(he)Z法。V法：兩探(tàn)測🌈器均處(chù)于管道外(wài)同側，探測(cè)器之間連(lián)線與管道(dào)軸線平行(hang)。Z法😘：兩探測(cè)器處于管(guan)道外兩側(ce)，兩探測器(qi)之間連線(xian)與管道軸(zhou)線交叉。在(zai)下列情況(kuàng)下使用Z法(fǎ)：
（1）需要節省(sheng)安裝空間(jian)（Z法的安裝(zhuāng)空間約爲(wei)V法的一半(ban)😄）。
（2）需要測量(liàng)污水等渾(hún)濁的流體(tǐ)。
（3）管道内有(yǒu)砂漿襯裏(li)或是較厚(hòu)水垢。
3.3 測量(liang)步驟
（1）确認(ren)管道的内(nei)、外徑；對于(yu)非标準的(de)管道，用遊(yóu)标卡尺和(hé)測厚儀等(deng)工具測量(liang)管道的外(wai)徑與壁厚(hòu)。
（2）在儀表中(zhōng)輸入相關(guān)參數：管道(dào)内、外徑；管(guǎn)道材料；流(liu)體介📧質；探(tàn)♻️測✍️法類型(xing)等。
（3）待儀表(biao)調零後确(que)定探測器(qi)安裝距離(li)。
（4）在探測器(qì)表面塗上(shàng)适量矽脂(zhī)，根據“安裝(zhuāng)條件”安裝(zhuāng)探😍測✌️器，查(chá)看超聲波(bo)信号接受(shou)是否正常(chang)。
（5）待被檢流(liu)量計與超(chāo)聲波流量(liang)計讀數穩(wen)定後，讀取(qǔ)⛹🏻‍♀️兩🌍儀表的(de)流量值，計(jì)算示值誤(wu)差。
3.4 注意事(shì)項
（1）當超聲(sheng)波流量計(ji)信号異常(cháng)或是無信(xìn)号時，查看(kan)管道⭕表💜面(mian)是否有塗(tu)層、探測器(qì)是否緊貼(tiē)管道表面(mian)。在排除上(shàng)述問題🌈但(dan)仍信号💋異(yi)常的情況(kuang)下，查看現(xian)場㊙️周圍是(shì)否有電磁(cí)幹擾，比如(rú)：大🎯功率水(shuǐ)泵、變頻器(qì)、變壓器等(děng)。
（2）當測量值(zhi)與被檢示(shi)值存在明(ming)顯偏差時(shí)，查看探測(ce)器安裝位(wei)置是否合(hé)理。在滿足(zú)安裝條件(jiàn)的情況下(xià)，盡可能對(duì)🔅安裝位置(zhì)做調整：同(tóng)一條管道(dao)布置有高(gāo)低時，探測(cè)器安裝在(zài)較低的管(guan)路上；探測(cè)器盡量不(bú)要靠近管(guan)路的終端(duan)；盡量選擇(zé)流體向上(shàng)流動的管(guan)🔅路安裝探(tan)測器；管路(lù)内結垢嚴(yan)重，更換管(guan)路。
（3）當測量(liàng)值存在明(ming)顯波動時(shí)，适當設置(zhì)阻尼參數(shu)，延長響應(yīng)時間。
（4）當流(liu)量發生變(biàn)化但測量(liang)值保持不(bu)變時，檢查(chá)管道規格(gé)是🔞否正确(que)；探測器是(shi)否安裝在(zài)焊接部分(fen)；探測器安(an)裝尺❗寸是(shì)📱否正确；探(tàn)測器表面(mian)是否塗有(yǒu)足夠的潤(run)滑脂；嘗試(shì)更換探測(cè)法類型；避(bi)免⛹🏻‍♀️使用加(jiā)長電纜。
4 不(bú)确定度評(píng)定實例
本(běn)文利用超(chāo)聲波流量(liang)計在線校(xiào)準浮子流(liú)量計，流量(liang)範圍：（16～160）L/min，流🐪體(ti)介質爲水(shuǐ)。
4.1 測量模型(xing)
利用超聲(shēng)波流量計(jì)在線計量(liang)浮子流量(liàng)計，相當于(yú)♈采用标😍準(zhǔn)表法進行(hang)計量。标準(zhǔn)流量計和(he)被檢流量(liàng)💯計串聯在(zai)現有的流(liu)✨量管道上(shàng)，刻度狀态(tai)相同，流量(liàng)無需經過(guo)修正。示值(zhi)誤✉️差根據(ju)下式：
（3）
式中(zhong)：qm—被檢浮子(zi)流量計的(de)流量顯示(shi)值，L/min；
qv—标準超(chāo)聲波流量(liang)計的流量(liàng)實際值，L/min；
qmax—被(bèi)校流量計(ji)的上限刻(kè)度值，L/min。
标準(zhǔn)不确定度(du)：
 
靈敏系數(shù)：c1=1/qmax；c2=-1/qmax
4.2 不确定度(dù)的來源：
（1）輸(shu)入量qm的不(bú)确定度
測(cè)量的重複(fu)性引入的(de)不确定度(dù)：u（qm）
浮子流量(liàng)計在80L/min時，對(duì)被檢流量(liang)計測量10次(cì)，結果如表(biǎo)1。
表1
 
測量平(píng)均值 ，标準(zhun)方差S=0.13L/min，u（qm）= 。
（2）輸入(rù)量qv的不确(què)定度：
①測量(liang)重複性或(huò)儀表分辨(bian)力引入的(de)不确定度(dù)：u1（qv）
超聲波流(liu)量計在80L/min時(shi)，對被檢流(liú)量計測量(liang)10次，結果如(ru)表🎯2。
表2
 
測量(liang)平均值 ，标(biāo)準方差S=0.022L/min，u1（qv）=
超(chao)聲波流量(liang)計分辨力(lì)引入的不(bu)确定度：
儀(yi)表的分辨(bian)力爲0.001L/min；按均(jun)勻分布計(jì)算k= ，則u1（qv）=0.00058L/min
在兩(liang)者中去較(jiao)大者，0.007L/min＞0.00058L/min，則u1（qv）=0.007L/min
②超(chāo)聲波流量(liàng)計示值誤(wù)差引入的(de)不确定度(dù)：
示值誤差(cha)爲流量讀(dú)數的0.26%，按均(jun1)勻分布計(jì)算k=
則u1（qv）=83.007×0.26/ =0.125L/min
 
由以(yi)上數據合(hé)成标準不(bú)确定度爲(wèi)：
 ，其擴展不(bú)确定度爲(wèi)：U=k×uc=0.2%（k=2）
5 結果分析(xi)
由以上不(bu)确定度的(de)結果可以(yǐ)得出：測量(liàng)不确定度(dù)的來源主(zhǔ)💛要是超聲(sheng)波流量計(jì)的示值誤(wu)差，其次是(shì)浮子流量(liang)計的測量(liàng)重複性，最(zui)小的是超(chao)聲波流量(liang)計的測量(liàng)重複性。
雖(sui)然不确定(dìng)度的來源(yuán)主要是标(biao)準器的精(jing)度，但是測(ce)量前期🛀🏻的(de)準備工作(zuò)，包括：現場(chǎng)環境與校(xiào)準條件的(de)确認，探測(ce)器安裝位(wèi)置與探測(ce)法的選擇(zé)等。這些因(yīn)素也很大(da)程度影響(xiǎng)了測量結(jie)果。

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