1 前言
目(mu)前，工業領域面(mian)臨着能源過度(dù)的問題，節能減(jiǎn)排已成爲大型(xíng)生産企業急需(xu)解決的課題。 流(liu)量計 作爲生産(chǎn)線的重要計量(liàng)器具，不僅是直(zhí)接反映生産🔅能(neng)耗的基礎設備(bèi)，也是控制能耗(hào)的首要環節。由(yóu)于生産計🐇劃，許(xu)多企業的🐕流量(liang)計無法被卸下(xià)而需要在線校(xiao)準。 超聲波流量(liàng)計 作爲一種精(jīng)度高、非接觸式(shi)、易攜帶安裝的(de)計量器具，廣🍓泛(fàn)被應用于流量(liàng)計的在線校準(zhǔn)。因此，本文介紹(shào)如何應用超聲(shēng)波流量計在線(xian)校準浮子流量(liàng)計 并對其過程(chéng)進行測量不确(que)定度的評定。
2 超(chāo)聲波流量計工(gōng)作原理
超聲波(bō)在流體中的傳(chuán)播速度與流體(tǐ)的流速有關📧。沿(yán)流體的順流方(fāng)向，超聲波的傳(chuan)播速度增大；逆(ni)流方向的傳播(bo)速度減💘小。同✍️一(yī)超聲波沿流體(ti)不同流⭐向産生(sheng)了時間差，該差(cha)值與流體的流(liu)速存在一定的(de)關系。假設直段(duan)管道内有2個超(chao)聲波傳感器，傳(chuan)感器1位于流體(ti)上遊，傳感器2位(wèi)于流體下👌遊，則(ze)傳感器🐪之間存(cún)在如下關系：
 （1）
（2）
式(shì)中：L—兩個超聲波(bo)傳感器之間的(de)直線距離；
T12—沿流(liu)體逆向，超聲波(bo)從傳感器1傳播(bō)至傳感器2所用(yòng)的時間；
T21—沿流體(tǐ)順向，超聲波從(cong)傳感器2傳播至(zhi)傳感器1所用的(de)時⭕間；
C—超聲波在(zai)靜止流體中的(de)傳播速度；
x—L在管(guǎn)道中沿管道軸(zhou)向的分量。
根據(jù)上式可知：當傳(chuan)感器的位置和(he)管道幾何參數(shu)爲已知量，則✨流(liu)體的流速正比(bǐ)于時間項。
3 浮子(zǐ)流量計在線測(cè)量
3.1 校準環境與(yu)安裝條件
超聲(shēng)波流量計是根(gen)據超聲波在管(guǎn)道内傳播時間(jiān)😘差反👄映✂️流體⭐流(liu)速的，所以被測(ce)段的流體狀态(tai)對測⛹🏻‍♀️量結果影(yǐng)響很大。測量時(shi)，應避免被測段(duan)的流體處于湍(tuān)流狀态。一般應(yīng)注意以下幾點(dian)：
（1）計量現場應無(wu)明顯振動，周圍(wéi)無電磁幹擾。
（2）探(tan)測器安裝位置(zhì)的上遊直管段(duàn)長度至少爲管(guǎn)徑的10倍以上，下(xia)🔞遊的直管段長(zhang)度至少爲管徑(jing)的5倍以上；上遊(you)30倍管徑的沿✍️程(chéng)内應沒有擾流(liú)因素，比如泵、閥(fa)引起的流速分(fen)布不🐕均勻。
（3）管道(dào)始終充滿流體(ti)，流體内不能含(han)有大量的氣泡(pào)或異物。
（4）對于水(shuǐ)瓶管道，爲了避(bì)免滞留空氣或(huò)沉積物影響測(ce)🥵量結👄果🐅，在水平(ping)面的±45°内安裝探(tan)測器。避免将探(tan)測器安裝在管(guǎn)道🐅變形、凸起或(huò)焊接部分。
（5）如管(guǎn)道表面有塗層(ceng)、腐蝕班或是不(bú)平整，用油漆稀(xī)釋劑和🧡砂紙☀️清(qīng)除。
（6）查看被檢的(de)浮子流量計是(shì)否有洩漏、振動(dong)的情況，刻度是(shì)否清晰，便于觀(guan)察。
（7）對于1.0和1.5級的(de)浮子流量計，安(ān)裝傾斜角度不(bu)應超過2°；2.5級🐆及以(yi)🏃🏻下的🥰浮子流量(liàng)計不應超過5°。
3.2 探(tan)測法的選擇
根(gen)據探測器的分(fèn)布位置，探測法(fa)分爲V法和Z法。V法(fǎ)：兩探測☂️器均處(chu)于管道外同側(ce)，探測器之間連(lian)線與管道軸線(xiàn)平行。Z法：兩探測(ce)器處于管道外(wài)兩側，兩探測器(qì)之間連線與🤟管(guan)道軸線交叉。在(zài)下列情況下使(shǐ)用Z法：
（1）需要節省(sheng)安裝空間（Z法的(de)安裝空間約爲(wei)V法的一半）。
（2）需要(yào)測量污水等渾(hún)濁的流體。
（3）管道(dào)内有砂漿襯裏(lǐ)或是較厚水垢(gou)。
3.3 測量步驟
（1）确認(rèn)管道的内、外徑(jing)；對于非标準的(de)管道，用遊标卡(ka)尺和測🏃🏻‍♂️厚儀等(deng)工具測量管道(dào)的外徑與壁厚(hou)。
（2）在儀表中輸入(ru)相關參數：管道(dào)内、外徑；管道材(cái)料；流體介質；探(tan)測🈲法類型等。
（3）待(dai)儀表調零後确(que)定探測器安裝(zhuāng)距離。
（4）在探測器(qì)表面塗上适量(liàng)矽脂，根據“安裝(zhuāng)條件”安裝探測(ce)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻器，查看超聲波(bō)信号接受是否(fou)正常。
（5）待被檢流(liú)量計與超聲波(bo)流量計讀數穩(wen)定後，讀取兩儀(yí)表的流❄️量值，計(ji)算示值誤差。
3.4 注(zhu)意事項
（1）當超聲(sheng)波流量計信号(hào)異常或是無信(xin)号時，查看管道(dào)表面是否有塗(tú)層、探測器是否(fǒu)緊貼管道表面(miàn)。在排除上述問(wen)題但仍信号異(yì)常的情況下，查(chá)看現場周圍是(shi)否有電磁幹擾(rao)，比如：大功率水(shuǐ)泵、變頻器、變壓(yā)器等。
（2）當測量值(zhí)與被檢示值存(cun)在明顯偏差時(shi)，查看探測器安(an)裝位✔️置是否合(he)理。在滿足安裝(zhuāng)條件的情況下(xià)，盡可能對安裝(zhuāng)位置做調整：同(tong)一條管道布置(zhì)有高低時，探測(cè)器安✏️裝在較低(dī)的管路上；探測(cè)器盡量不要靠(kào)近管路的終端(duan)；盡量選擇流體(ti)向上流動的管(guan)路安裝探測器(qì)；管路内結垢嚴(yán)重，更換管路。
（3）當(dang)測量值存在明(míng)顯波動時，适當(dang)設置阻尼參數(shù)，延長響應🐇時間(jiān)。
（4）當流量發生變(bian)化但測量值保(bao)持不變時，檢查(chá)管道規格👨‍❤️‍👨是否(fou)正确；探測器是(shi)否安裝在焊接(jie)部分；探測器安(ān)裝尺寸是否正(zhèng)确；探測器表面(mian)是否塗有足夠(gou)的潤滑💞脂；嘗試(shì)更換探測法類(lèi)型；避免使用加(jiā)長電纜。
4 不确定(ding)度評定實例
本(ben)文利用超聲波(bo)流量計在線校(xiào)準浮子流量計(jì)，流量範圍♈：（16～160）L/min，流體(tǐ)✊介質爲水。
4.1 測量(liàng)模型
利用超聲(shēng)波流量計在線(xiàn)計量浮子流量(liang)計，相當于采用(yòng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻标準表法進行(háng)計量。标準流量(liang)計和被檢流量(liàng)計串聯在現有(yǒu)的流量管道上(shàng)，刻度狀态相同(tóng)，流量無需經過(guo)修正✏️。示值誤差(chà)根據下式：
（3）
式中(zhong)：qm—被檢浮子流量(liang)計的流量顯示(shì)值，L/min；
qv—标準超聲波(bō)流量計的流量(liàng)實際值，L/min；
qmax—被校流(liú)量計的上限刻(kè)度值，L/min。
标準不确(què)定度：
 
靈敏系數(shu)：c1=1/qmax；c2=-1/qmax
4.2 不确定度的來(lái)源：
（1）輸入量qm的不(bú)确定度
測量的(de)重複性引入的(de)不确定度：u（qm）
浮子(zi)流量計在80L/min時，對(duì)被檢流量計測(cè)量10次，結果如表(biǎo)1。
表1
 
測量平均值(zhí) ，标準方差S=0.13L/min，u（qm）= 。
（2）輸入(ru)量qv的不确定度(du)：
①測量重複性或(huò)儀表分辨力引(yǐn)入的不确定度(du)：u1（qv）
超聲波流量計(jì)在80L/min時，對被檢流(liu)量計測量10次，結(jié)果如表2。
表2
 
測量(liang)平均值 ，标準方(fāng)差S=0.022L/min，u1（qv）=
超聲波流量(liàng)計分辨力引入(rù)的不确定度：
儀(yi)表的分辨力爲(wei)0.001L/min；按均勻分布計(ji)算k= ，則u1（qv）=0.00058L/min
在兩者中(zhōng)去較大者，0.007L/min＞0.00058L/min，則u1（qv）=0.007L/min
②超(chao)聲波流量計示(shi)值誤差引入的(de)不确定度：
示值(zhí)誤差爲流量讀(dú)數的0.26%，按均勻分(fen)布計算k=
則u1（qv）=83.007×0.26/ =0.125L/min
 
由以(yi)上數據合成标(biāo)準不确定度爲(wèi)：
 ，其擴展不确定(ding)度爲：U=k×uc=0.2%（k=2）
5 結果分析(xī)
由以上不确定(dìng)度的結果可以(yǐ)得出：測量不确(que)定度的來源主(zhǔ)要是超聲波流(liú)量計的示值誤(wù)差，其次是浮子(zǐ)流量📐計的測量(liàng)重複性，最小的(de)是超聲波流量(liàng)計的測量重複(fú)性。
雖然不确定(ding)度的來源主要(yao)是标準器的精(jīng)度，但是測量♍前(qián)期🚶的準備工作(zuò)，包括：現場環境(jing)與校準條件的(de)确認，探測器安(ān)裝位置與探測(ce)法的選擇等。這(zhè)些因素也很大(dà)程度影響了測(cè)量結果。

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