超聲波流量計測量誤差分析

導致超聲波流量計測量產生誤差的原因較多，在實際測量中，我們發現管道、探頭是否清潔，測量溫度、測量范圍、標況壓力與工作條件都是測量誤差產生的原因。為了提高超聲波流量計測量的精度，使測量結果達到相關要求，本文對超聲波流量測量誤差原因進行了分析。

1 超聲波的組成與測量原理

超聲波流量計主要由三個部分組成，包括超聲波換能器，流量顯示及電子線路，累積系統。超聲波發射換能器能夠將電能轉換為超聲波能量，并發射到被測的流體中，再由接收器接進行超聲波信號的接受，接收到的超聲波信號精電子線路放大，然后并轉換為電信號（代表流量）進行顯示，***后通過積算儀表進行顯示和積算，***終實現流量的檢測和顯示。超聲波流量計是基于超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息，通過接收到的超聲波來進行流體流速的檢測的，進而換算成流量（圖 1）。

2 超聲波流量計測量誤差分析

在本研究中，以按照標準 GB/T18604-2001 設計的 CL-1 型多聲道氣體超聲波流量計為例，進行測量誤差分析。某天然氣場站天然氣管網引進并投用了國產 CL-1 型氣體超聲波流量計，其設計精度等級為 0.5 級，并經檢驗滿足準確度等級為 1.0 級的超聲波流量計要求（石油天然氣大流量計站檢驗）與計量檢定規程，能夠用于貿易交易。而其下游用戶公司則采用 Daniel4 聲道流量計進行對接，其設計精度為 0.5 級，并經檢驗符合設計要求。為方便對比，均以 Daniel4 聲道流量計為基準表。

貿易交接中，投用當天，Daniel4 聲道流量計累計流量高于 CL-1 超聲流量計輸差率-1.4%，不僅超過 1.0 精度要求，并遠高于 0.5 級等級，其具體數據見表 1。針對流量計誤差較高的現象對可能引起測量誤差的因素進行了逐項調查分析。

2.1 換能器探頭、管道污物影響分析

當的表面存在水、水合物、冷凝液、凝析油等堆積物時，可能造成裝置在不經過流體的情況下進行超聲波脈沖的傳送，造成超聲波路徑發生脫落現象，產生較大的

測量誤差。當管壁上結垢時，探頭上有污物就會造成聲程的變短，而測量的聲時 t 也就會變小，由于聲程 L 屬于定值，因此在換能器探頭有污物、管道結垢的情況下就會導致實際測量中流量的變大。在檢查中，采用污水酒精對超聲探頭進行擦拭，以便清除污物，但在檢查中并未發現很臟，因此排除換能器探頭、管道污物的影響。

2.2 溫度變送器測量值影響分析

超聲波流量計中溫度變送器是用于對氣體溫度檢測的，溫度測量值則用于標況流量計算。一對換能器間的距離、換能器與管道軸向間的夾角、管道的直徑在工作狀態下均應為真實值，但是在實際工作中，當溫度較高或者較低就會造成材料的熱脹冷縮，使其尺寸與真實值之間相差較大，為此流量計在進行計算時需要進行實時的修正，避免較大測量誤差的產生。

投用的流量計溫度變送器標準信號輸出為 4-20mA，量程為-20~80℃，經計算-20℃、50℃、80℃時，基本誤差分別

0.02mA、0.04 mA、0.05 mA，均在誤差范圍類，檢定合格。為判斷是否為溫度變送器的輸出問題，現則輸出信號 12.37 mA，經計算實際溫度 T 為 32.32℃，而溫度變送器顯示溫度

32.33℃，以此判斷輸出正常。

工況流量范圍影響分析

工況流量范圍內存在臨界流量，通常為***大流量的 10%， CL-1 作為高壓大流量超聲流量計，一般在大流量區間準確度較高。當超聲流量計在臨界流量以下工作時，準確度將降低。該流量計的計量范圍為 38-1900m3/h（臨界流量 190 m3/h），根據表 1 較低瞬時流量 8418m3/h，及其對應溫度與壓力進行計算，其工況流量為 398 m3/h。由于工況流量大于臨界流量，因此不存在臨界流量計量對誤差的影響。

2.4 壓力變送器測量值影響分析

超聲波流量計的壓力變送器用于進行氣體標況壓力的檢測，計算結果則用于標況流量的計算。壓力變送器標準信號輸出為 4-20mA，量程為 0-50Mpa，經檢定符合等級 0.5 級標準。通過對上游閥門與下游閥門兩條支路的壓力實時數據的對比發現 CL-1 超聲波流量計壓變數值高于 Daniel4 聲道流量計壓變顯示值月 0.1Mpa，因此 CL-1 超聲波流量計壓變肯呢過為絕壓表。為此，在檢查中采用手操器來獲得壓變量程 100-512Kpa，但是 CL-1 超聲波流量計設定參與標況計算的壓力值為表壓值，因此檢查判定誤差產生的一個原因為壓力變送器上傳的壓力值。為此，采用手操器對壓力變送器的量程進行修正，為 0-5000Kpa，經檢驗修改后壓力變送器輸出正常。

2.5 工作條件影響分析

對超聲波流量計的工作條件進行分析，經檢查，流量計的工作溫度均處于合理的范圍（-25~55℃），但實際工作壓力大于 2.1Mpa（標準工作壓力為 1~1.2Mpa），與廠家溝通了解到試驗標定壓力上限為 2.0Mpa，由此判斷實際工作壓力超過設計值是誤差產生的一個直接原因。

壓力與溫度的變化對流量計測量管段與附件的尺寸有著直接的影響，并導致換能器間距離、流量計算中管道截面積、超聲波傳播路徑、以及管道軸線間角度的變化，若不進行修正，就會導致流量測量誤差的產生。