超声波流量计校准检测（周期检定）方法

超声波流量计现场校准/检测方法在水资源日益短缺、价格不断上升的情况下，水计量在企业节约能源、降低成本方面的作用日益显著。对现场可拆卸的流量计，企业大多选择到专业计量检定机构进 行周期送检来实现量值溯源，确保流量计的计量准确度；对现场无法拆卸的流量计，目前大多采用在线校准超声波流量计是近几年来逐渐应用于管道流量测量的仪表，特别是在大口径供水管线上，便携 式超声波流量计可以将探头安装在管道外表面，实现不断流、不破坏原有管线测量流量，因此受到广大用户的欢迎。根据测量溯源性的要求，针对超声波流量计的校 准/检测所用的标准装置，最常见的方式是在上级校准/检测实验室里实施。由于实验室的校准/检测方式最大限度地只考虑了实验室条件下，不是工况条件下。因 此，即使在实验室检定合格的仪器仪表，在实际工作现场也有可能由于管路系统、安装方式等多方面的因素，致使系统流量测量并不准确，甚至有时出现严重偏差。 因此，采用超声波流量计现场校准/检测的方式，往往能为这些问题提供标准依据和解决方法。 2 超声波流量计现场校准/检测标准装置的系统组成超声波流量计现场校准/检测标准装置的工作原理如图1所示。 图1 超声波流量计校准标准装置实验原理图在实际校准/检测过程中，根据流量连续的原理，将被检表与标准表串联在一起，通过标准表流量的测量值与被检流量计的测量值相比较。依据校准/检测结果，验证流量测量值的准确度。 3 问题阐述与分析 3.1 安装方式在工程实际应用中，通常采用4种安装方式：N型、W型，V型，Z型。根据不同的管径和流体特性来 选择安装方式，通常W型适用于小管径（25～75mm），V型适用于中管径（25～250mm），Z型适用于大管径（250mm以上），总之，为了提高测 量的准确性和灵敏度，选择合适的安装方式，使得测量信号（即差值）与二次仪表相匹配。如图2所示。 图2 安装方式 N法安装时，超声波束在管道中折射两次穿过流体三次（三个声程），适于测量小管径管道。N法通过 延长超声波传输距离，提高测量精度（不常用方法）。W法（极不常用的方法）同N法一样，W法也通过延长超声波传输距离的办法来提高小管测量精度。适于测量 50mm以下的小管。使用W法时，超声波束在管内折射三次，穿过流体四次（四个声程）。目前一般现场校准/检测首先建议采用“Z”法，只有在现场直管段条 件不允许的情况下采用“V”。因为通过长期的实践证明，当管道很粗或由于液体中存在悬浮物、管内壁结垢太厚或衬里太厚，造成V法安装信号弱，机器不能正常 工作时，要选用Z法安装。原因是；使用Z法时，超声波在管道中直接传输，没有折射（称为单声程），信号衰耗小。Z法可测管径范围为100mm至 6000mm。实际安装流量计时，建议200mm以上的管道都要选用Z法（这样测得的信号最大）。 3.2 测量点位置的选择选择测量点安装流量计要选择远离弯头、变径、阀门的地方，以保证介质有一个稳定的流动状态。一般 要求流量计的安装需要有一定的前、后直段，而前、后直管段的长度则取决于流量计配备管道公称通径的大小，一般情况下至少为上游10倍管径的距离，下游5倍 管径的距离，而且在30倍管径的距离内无干扰流体状态的因素，如泵、阀等，必要时应考虑加装整流器。时差式超声波流量计对水中混入的气泡特别敏感，随之流 过的气泡会造成流量计示值的不稳定，积聚的气体如果正好与探头的安装位置吻合，将造成流量计无法工作。因此超声波流量计的安装应尽量避开水泵出口，管线最 高点等易受气体影响的位置，探头的安装点也要尽量避开管道上部和底部，在与水平直径成45°角的范围内安装，还要注意避开焊缝等管道缺陷。测量点必须保证通过其测量段的最小流速不低于0.5m/s，如果流速低于0.5m/s，应考虑在 被检流量计安装点的前10倍、后5倍管径的范围内安装变径管（小于原管径），以提高流速。在实际中，企业都会遇到原有的旧管线达不到上述检测条件的情况。 一般地，可以在被测管线上选取一段条件较好、满足超声波流量计使用条件的测量点安装标准表，如果条件太差，就需要对现有管线进行改造，尤其要满足前后直管 段的要求，保证液体充满测量管道，最小流速不低于0.5m/s等条件，从而保证计量检测的准确性。另外，计量检测人员既要掌握过硬的技术，又要积累丰富的 实践经验。在检测过程中，要求计量检测人员本着科学的态度开展在线检测工作，才能够保证检测的准确性和校准效果。 3.3 准确地测量管道参数便携式超声波流量计探头在管道外部安装，它直接测量的是管道内流体的流速，流量是流速与管道流通 面积的乘积，而其管道面积和声道长度都是使用者由主机手工输入的管道参数计算出来的，这些参数的准确与否直接影响到测量结果。也就是说：流量计即使流速测 得很准确，如果你输入了一组不准确的管道参数，测量结果也是不准确的。管道参数的获取最好是用实际测量的方法，了解现场工况条件，包括被检管线的材质、管外径、管壁 厚、管内衬里的材质及厚度、管内介质、介质温度等相关量的准确数值，要求在检测现场测量核实（可以用测厚仪测量壁厚、用软尺测量管径），以确保测量准确 度。实际测量管道参数也要注意方式方法的合理性，测量用的量具和仪器要经过校准。测量管道外径要注意管道外防护层以及外表层的锈蚀脏污对测量可能造成的影响。在小管径上使用便携式超声波流量计进行流量测量时，管道内径输入不准确所引起的误差更是不容忽 视，例如：内径测量的绝对误差同样是1毫米，那么对DN1000管线来说其内径相对误差为0.1%；而对DN100管线来说其内径相对误差为1.0%。而 流量是与内径的平方（管道内径面积）成正比的，同样是1毫米的内径测量误差对DN1000管线所带来的流量测量误差仅有约0.3%，而对于DN100管线 所带来的流量测量误差却有约3%，可见便携式超声波流量计使用管线口径越大测量越容易准确，管线口径越小，测量越难把握。所以有人推荐便携式超声波流量计 最好在DN300以上管线使用是有一定道理的。探头的安装距离是必须准确保证的重要测量参数，在校准/检测中为了保证找到最佳信号强度，用移动 一个探头的方式找信号，往往是信号有了探头的安装距离不对了，顾此失彼。正确的方法是：要平行移动两个探头，在保证探头的安装距离符合要求的前提下去找最 佳安装点，在信号找好后一定要用实测的方法确认探头的安装距离准确无误。管道衬里对测量的影响也是很大的，一些老管线采用水泥砂浆衬里防腐，在测量时如果忽略了它的存 在，将会产生很大的误差，因为水泥砂浆衬里厚度一般都不是一个可以忽略的数字，加上其表面粗燥易附着泥砂，易成片脱落，都可能给测量带来很大的影响。在测 量时，如果没有输入衬里参数，按正常操作就是找不到信号时，就应该考虑可能管道是有衬里的。 4 结束语运用便携式超声波流量计开展在线大口径流量计的检测、校准工作是较为可行的方法，这种方法极大地 方便了供水企业的计量工作，同时也有效降低了企业在计量方面的资金消耗。检测工作中，计量人员要认真总结经验，为供水行业今后有效开展计量工作提供切实可 行的依据。值得注意的是：流量计是国家计量法制管理的计量器具，按其使用场合不同分为强制检定和非强制检定两种，供水行业用于贸易结算的流量计属强制检定 的计量器具，其检定应按照国际相关的计量检定规程由法定计量检定机构实施；供水行业用于内部核算的流量计属非强制检定的计量器具，使用者只须按照量传原则 进行科学的校准即可。

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