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管道對(duì)超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的影響分析

發(fā)布時(shí)間：2023-01-12 23:38:40來源：hseauto.cn來源：.. 字體: 大中小

        隨著現(xiàn)代化工業(yè)及電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波流量計(jì)越來越多的應(yīng)用到石油、化工、冶金、電力、給排水等多方面，其方便攜帶和安裝的特性使其得到普遍青睞。但受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、安裝方式、測(cè)量準(zhǔn)確度等方面的影響，其計(jì)量準(zhǔn)確度有待進(jìn)一步的提高。特別是作為標(biāo)準(zhǔn)表校準(zhǔn)或檢定其他流量計(jì)時(shí)，其計(jì)量準(zhǔn)確性顯得尤為重要和關(guān)鍵。影響超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的因素有多方面，包括現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、流體介質(zhì)、安裝管道、安裝方式等。所以，理清它們與計(jì)量準(zhǔn)確度之間的定量關(guān)系，成為提高超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵所在。
        本文主要研究安裝管道對(duì)超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的影響。安裝管道包括管道的材質(zhì)、內(nèi)徑、壁厚等。由于管道材質(zhì)比較容易確定，不存在爭(zhēng)議，所以本文重點(diǎn)研究管道內(nèi)徑和壁厚兩個(gè)因素。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，利用實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)裝置和計(jì)量器具進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，從管道內(nèi)徑和壁厚兩個(gè)方面分別研究與超聲波流量計(jì)瞬時(shí)流量之間的關(guān)系，以期從大量數(shù)據(jù)中分析他們之間的定量關(guān)系。進(jìn)而綜合兩個(gè)方面的因素，建立管道與超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的數(shù)學(xué)模型，從而定量研究?jī)烧咧g的相關(guān)關(guān)系。
        1實(shí)驗(yàn)條件
        實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度：28.2℃，相對(duì)濕度35%RH。研究采用HSLS系列液體超聲波流量計(jì)，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)，是在用的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具。實(shí)驗(yàn)使用的標(biāo)準(zhǔn)裝置是靜態(tài)水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)。
        流量計(jì)安裝在DN200mm的標(biāo)準(zhǔn)直管道上，管道長(zhǎng)度為6000mm，內(nèi)徑為200.00mm，壁厚為4.60mm，材質(zhì)為碳鋼，無襯里，標(biāo)準(zhǔn)安裝距離：184.29mm，V法安裝，介質(zhì)為循環(huán)水，介質(zhì)溫度為29.2℃，信號(hào)強(qiáng)度63.2，瞬時(shí)流量設(shè)為200.00m³/h。
        2管道內(nèi)徑與瞬時(shí)流量的關(guān)系
        眾多研究表明，在用超聲波流量計(jì)進(jìn)行流量計(jì)量時(shí)，管道內(nèi)徑的準(zhǔn)確輸入對(duì)流量的精確度影響很大⑧。但兩者之間究競(jìng)是怎樣的定量關(guān)系卻沒有一個(gè)明確答案。有人提出管道內(nèi)徑誤差±1%會(huì)相應(yīng)引起±2%的流量誤差，但這一概念比較模糊網(wǎng)；也有人針對(duì)這一問題做過一些實(shí)驗(yàn)，但也只是證明了流量受內(nèi)徑的影響很大。
        本實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)管道內(nèi)徑是200.00mm，超聲波流量計(jì)瞬時(shí)流量為200.07h。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境、操作方法和其他參數(shù)保持不變的前提下，分別設(shè)定相對(duì)誤差為±1%、±3%、±5%、±10%的內(nèi)徑，觀察瞬時(shí)流量的變化。分別輸入設(shè)定的管道內(nèi)徑，等待瞬時(shí)流量穩(wěn)定5min，采用多次讀數(shù)取平均值的方法（n=l0）讀取瞬時(shí)流量的值。
        對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，得到表1。從表中的數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：（1）超聲波流量計(jì)的瞬時(shí)流量隨內(nèi)徑的增大而增大，反之亦然，即瞬時(shí)流量與內(nèi)徑成正比關(guān)系；（2）瞬時(shí)流量的誤差隨內(nèi)徑誤差的增大而增大，誤差比在1.5~2.5之間；（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合瞬時(shí)流量誤差與內(nèi)徑誤差的數(shù)學(xué)關(guān)系模型為（見圖1）

        根據(jù)這一數(shù)學(xué)模型可以定量描述瞬時(shí)流量與管道內(nèi)徑之間的關(guān)系。只要知道了內(nèi)徑的相對(duì)誤差，即可代入模型，得出瞬時(shí)流量的相對(duì)誤差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波流量計(jì)瞬時(shí)流量地有效修正。
        在實(shí)際使用中，由于污垢、介質(zhì)的沉淀，管道內(nèi)徑逐漸變小，內(nèi)徑實(shí)際值逐漸減小，即其輸入值偏離實(shí)際值越來越大，測(cè)得的瞬時(shí)流量也就偏離實(shí)際流量越來越遠(yuǎn)?？梢姡艿纼?nèi)徑值的正確輸入對(duì)超聲波流量計(jì)的精確計(jì)量至關(guān)重要。所以，有必要針對(duì)管道內(nèi)徑作定期的測(cè)量，在不方便改變流量計(jì)參數(shù)設(shè)置和安裝現(xiàn)狀的情況下，可以根據(jù)數(shù)學(xué)模型對(duì)測(cè)得的瞬時(shí)流量進(jìn)行有效修正，從而避免內(nèi)徑誤差對(duì)流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的影響。
        3管道壁厚與瞬時(shí)流量的關(guān)系
        本實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)管道壁厚是4.60mm，超聲波流量計(jì)瞬時(shí)流量為200.10m³/h。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境、操作方法和其他參數(shù)保持不變的前提下，改變壁厚的設(shè)定值，觀察瞬時(shí)流量的變化，如表2所示。根據(jù)兩者的相對(duì)誤差可以分析得出：瞬時(shí)流量的變化與壁厚成反比關(guān)系，即壁厚減小時(shí)瞬時(shí)流量增大，反之亦然：瞬時(shí)流量誤差隨壁厚誤差增大而增大，兩者基本成線性關(guān)系：擬合瞬時(shí)流量誤差和壁厚誤差的關(guān)系曲線（見圖2），得到數(shù)學(xué)關(guān)系模型：

研究表明，管道對(duì)超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的影響很大，本文針對(duì)這一問題從管道內(nèi)徑和壁厚兩個(gè)方面分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出他們與流量誤差之間的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)根據(jù)兩者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系得到管道與流量誤差的數(shù)學(xué)模型，很好地表達(dá)了管道變化與流量誤差之間的定量關(guān)系。
已知改變了管道參數(shù)，則超聲波流量計(jì)安裝位置就會(huì)發(fā)生改變。而在實(shí)際使用中，流量計(jì)一旦安裝就不方便輕易移動(dòng)，特別是插入式的流量計(jì)。本文的研究成果可以很好地避免這一難題，通過數(shù)學(xué)模型有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)流量誤差的修正，從而提高流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度。
本文運(yùn)用數(shù)學(xué)模型表達(dá)出管道與超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的關(guān)系，對(duì)于超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度影響因素的定量研究起到了一定的引導(dǎo)作用。同時(shí)，計(jì)量準(zhǔn)確度的影響因素還有介質(zhì)參數(shù)、安裝方式等方面，有待進(jìn)一步完善。

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