PDF《超声波流量计的应用与误差分析》

1 t逆-1t顺 (4) 式中 :A- 管路截面积 ;

K- 调整因子. 为了使超声波流量计更准确地测定管路中的燃 气流速 ,一般采用多超声波通道 ,即采用多组如图

1 中所示的传感器 A-B .每组传感器各自测得管路 中的流速 ,然后取它们的平均值 ,管路流量计算如 下:Q=1n・f ・∑ n i =1 Li 2cos α・A ・K ・

1 t逆-1t顺 (5) 式中 : n - 超声波通道数 ;

i - 超声波通道编号 ;

f - 流量标定修正系数. 图2调整因子与雷诺数的关系

3 超声波流量计测量误差分析 流量计的标定有两种方法 ,一是直接采用标准 流量设备来标定 ;

二是通过对流量计各主要部件的 工作性能、 几何尺寸和位置的测定来标定.后者特 别适合大口径流量器 ,如大口径的孔板流量计就采 用该法.由于目前超声波流量计主要用于口径比较 大的管道( ￠ 200~ ￠ 600) 以上 ,下面就按第二种标 定方法 ,对超声波流量计的测量误差作一分析. 从式(4) 中可以看出 ,流量的计算结果与声波通 道长度 L 、 超声波通道与气流方向夹角α、 管道截面 积A、 管道截面上流速分布的不均匀性以及超声波 传递时间有关. L 、 A 和α的几何测量值 ,很大程度上决定了流 量器的测量精度. L 值与超声波传感计上的石英晶 体和传感器连接发射面的位置有关 ,传感器位置决 定于焊接在流量计本体上的接口位置 ,传感器面上 的中心点 ,作为测量的参考点.通过对 ￠

400 超声 波流量计的实测 ,由于几何尺寸原因造成的计量误 差约为 ± 0.18% . 由于管路截面上流速分布的不均匀 ,引入调整 因子 K进行修正 ,但并不能完全消除误差.实验表 明 ,对于单超声波通道、 三超声波通道和五超声波通 道的超声波流量计 ,它们的计算误差一般分别为 ± 1.0% 、 ± 0.4% 和±0.3% . 采用先进的电子技术和高质量的石英振荡器 , 超声波流量计中的声波传递时间的测量 (误差小于 0.01% 长时间热环境下) ,不过 ,因为传递计量时间 可精确到

10 -8 s, 所以 ,一旦由于传感装置的原因而 造成上下游传递时间的微小差异 ,就会带来很大的 测量误差.因此 ,在超声波流量计标定时 ,必须进行 零流量的校核. 零流量的校核 ,就是验证超声波流量计在没有 流量流过时 ,是否会显示流量值.如果由于电子器 件和传感器的原因 ,造成计时误差 ,流量计就会显示 "虚假流速" 值.换言之 ,即使没有流量流过超声波 流量计 ,由于传感器间超声波传递速度的差异 ,流量 计上也会显示有流量流过. 由于超声波流量计非常灵敏 ,空调房间内空气 的流动也会影响零流量校核的结果.因此 ,零流量 校核时 ,先在流量计两端装上盲板 ,随后充入氮气 , 置于恒温环境.为了确认温度的恒定 ,可以检测声 速的变化情况 ,因气体中的声速对温度非常敏感. 零流量校核工作也可以在施工现场进行 ,只是 要避免大气流和温度变化的影响. 最大允许 "虚假流速" 值与流量计大小有关.大・833 ・ 周伟国等 :超声波流量计的应用与误差分析

2001 年8月流量计 ,最大允许 "虚假流速" 值比小流量计要小一 些.目前 ,对于常用的超声波流量计 ( ￠200~ ￠ 600) ,最大 "虚假流速" 值一般小于 3mm/s . "虚假流速" 所造成的误差 ,可以利用式 (2) 、 式(3) 和式(4) 推算如下 : δ v = c

2 ・ δ t ・tg α 2D (6) 式中 : D ― 管路直径 ;