1 前言
目(mu)前，工業領域面(miàn)臨着能源過度(du)的問題，節能減(jian)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(chan)線的重要計量(liang)器具，不僅是直(zhi)接反映生🍓産能(néng)耗的基礎設備(bei)，也是控制能耗(hào)的首要環節。由(you)于生🐪産計劃，許(xu)🌈多企業的流量(liàng)計無法被卸下(xià)而需要在線🙇🏻校(xiao)準。 超聲波流量(liang)計 作爲一種精(jīng)度高、非接觸式(shì)、易攜帶安裝的(de)計量器具，廣🍉泛(fàn)被應✊用于流量(liang)計的在線校準(zhun)。因此，本文介紹(shao)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(cheng)進行測量不确(què)定度的評定。
2 超(chāo)聲波流量計工(gong)作原理
超聲波(bo)在流體中的傳(chuan)播速度與流體(tǐ)的流速有關🐆。沿(yán)流☀️體的順流方(fang)向，超聲波的傳(chuán)播速度增大；逆(ni)流方向的傳播(bo)速度減小。同一(yi)超聲波沿流體(tǐ)不同流向産生(sheng)✂️了時間差，該差(chà)值與流體的流(liú)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(wei)于流體下遊，則(ze)傳感器之間存(cun)在如下關系：
 （1）
（2）
式(shi)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(yong)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(zài)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(ju)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(liú)體的流速正比(bi)于時間項。
3 浮子(zǐ)流量計在線測(ce)量
3.1 校準環境與(yu)安裝條件
超聲(shēng)波流量計是根(gēn)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(tài)對測量結果影(ying)響很大。測✊量時(shi)😘，應避免被測段(duàn)的流體處于湍(tuan)流狀态。一般應(yīng)注☀️意以下幾點(dian)：
（1）計量現場應無(wú)明顯振動，周圍(wei)無電磁幹擾。
（2）探(tàn)測器安裝位置(zhi)的上遊直管段(duàn)長度至少爲管(guǎn)徑的🐆10倍以⭐上🤩，下(xià)遊的直管段長(zhang)度至少爲管徑(jìng)的5倍以上；上遊(you)30倍管徑的沿🛀程(chéng)内應沒有擾流(liu)因素，比如泵🈲、閥(fa)引起的流速分(fèn)布不均勻。
（3）管道(dào)始終充滿流體(ti)，流體内不能含(hán)有大量的氣泡(pào)👨‍❤️‍👨或異物。
（4）對于水(shuǐ)瓶管道，爲了避(bi)免滞留空氣或(huò)沉積物影響測(cè)👅量結果，在水平(píng)面的±45°内安裝探(tàn)測器。避免将探(tàn)測器安裝在管(guan)道🌐變形、凸起🆚或(huo)焊接部分。
（5）如管(guan)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(qing)除。
（6）查看被檢的(de)浮子流量計是(shi)否有洩漏、振動(dong)的情況，刻度是(shì)否清晰，便于觀(guān)察。
（7）對于1.0和1.5級的(de)浮子流量計，安(an)裝傾斜角度不(bu)應超過2°；2.5級及以(yi)下的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻浮子流量(liang)計不應超過5°。
3.2 探(tàn)測法的選擇
根(gen)據探測器的分(fen)布位置，探測法(fa)分爲V法和Z法。V法(fa)：兩👅探測器均㊙️處(chù)于管道外同側(cè)，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(wai)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(shěng)安裝空間（Z法的(de)安裝空間約爲(wei)V法的一半）。
（2）需要(yao)測量污水等渾(hun)濁的流體。
（3）管道(dào)内有砂漿襯裏(li)或是較厚水垢(gòu)。
3.3 測量步驟
（1）确認(ren)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(děng)工具測量管道(dào)的外徑與壁厚(hòu)。
（2）在儀表中輸入(ru)相關參數：管道(dào)内、外徑；管道材(cai)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(zhuang)距離。
（4）在探測器(qi)表面塗上适量(liang)矽脂，根據“安裝(zhuāng)條件”安裝探測(ce)器，查看🆚超聲波(bo)信号接受是否(fou)正常。
（5）待被檢流(liú)量計與超聲波(bō)流量計讀數穩(wěn)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(shēng)波流量計信号(hào)異常或是無信(xin)号時，查看管道(dao)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(wèn)題但仍信号異(yì)常的情況下，查(cha)看現場周圍是(shì)否有電磁幹擾(rǎo)，比如：大功率水(shuǐ)泵、變頻器、變🌈壓(ya)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(zhuang)條件的情況下(xià)，盡可能對安裝(zhuang)位置做調💞整：同(tóng)一條管道布置(zhì)有高⚽低時，探測(ce)器安裝在較低(di)的管路上；探㊙️測(ce)器盡量不要靠(kào)近管路的終端(duan)；盡量選擇✨流體(tǐ)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(dāng)測量值存在明(míng)顯波動時，适當(dang)設置阻尼參數(shu)，延長響👅應時間(jian)。
（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(shì)否安裝在焊接(jiē)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(gòu)的潤滑脂；嘗試(shi)更換探測法類(lèi)型；避免使用加(jiā)長電纜。
4 不确定(dìng)度評定實例
本(běn)文利用超聲波(bō)流量計在線校(xiao)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(liang)模型
利用超聲(shēng)波流量計在線(xian)計量浮子流量(liang)計，相當于📞采用(yong)标準表♻️法進行(hang)計量。标準流量(liàng)計和被檢流量(liang)計串聯在現有(yǒu)的流量管道上(shàng)，刻度狀态相同(tong)，流量無需經🤟過(guò)修正。示值誤☎️差(cha)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(bo)流量計的流量(liang)實際值，L/min；
qmax—被校流(liu)量計的上限刻(ke)度值，L/min。
标準不确(què)定度：
 
靈敏系數(shù)：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(zhi) ，标準方差S=0.13L/min，u（qm）= 。
（2）輸入(ru)量qv的不确定度(dù)：
①測量重複性或(huò)儀表分辨力引(yin)入的不确定度(du)：u1（qv）
超聲波流量計(jì)在80L/min時，對被檢流(liú)量計測量10次，結(jie)果如表2。
表2
 
測量(liang)平均值 ，标準方(fang)差S=0.022L/min，u1（qv）=
超聲波流量(liang)計分辨力引入(ru)的不确定度：
儀(yi)表的分辨力爲(wei)0.001L/min；按均勻分布計(jì)算k= ，則u1（qv）=0.00058L/min
在兩者中(zhong)去較大者，0.007L/min＞0.00058L/min，則u1（qv）=0.007L/min
②超(chāo)聲波流量計示(shi)值誤差引入的(de)不确定度：
示值(zhi)誤差爲流量讀(du)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(yǐ)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(xi)
由以上不确定(ding)度的結果可以(yi)得出：測量不确(què)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(zi)🥵流量計的測量(liang)重複性，最小的(de)是超聲波流量(liang)計的測量重複(fu)性。
雖然不确定(ding)度的來源主要(yao)是标準器的精(jing)度，但是測量前(qian)期🈲的準備工作(zuo)，包括：現場環境(jìng)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(zhe)些🌈因素也很大(da)程度影響了測(cè)量結果。

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