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影响超声波流量计测量误差的主要因素分析

来源: 编辑: 发布日期:2020-09-13 10:04:07
       根据超声波流量计时差法测量原理的流速与流量公式可知,超声波流量计测量准确度与仪表几何参数和时间差测量的准确度有关,并且流量修正系数受流场均匀分布情况影响,所以主要影响测量准确度因素可以分为计量管段几何参数、流场因素和信号因素。
 
3.3.1信号因素
       时差法超声波流量计是根据超声波传播时间差来测得流速,超声波信号的采集与处理是获得全部流场流动信息的关键因素,因此如何处理超声波信号是影响传播时间和流量测量准确度的关键所在,超声波信号的质量至少应满足信号处理方法的要求。图3.3为典型的超声波测量系统。
 
       超声波流量计的信号处理方法可以分为时域分析和频域分析两种,传播时间与超声波脉冲周期的关系或声道长度与声波波长之间的关系决定采用哪种处理方法。单脉冲传播时间测量法和相关峰值位移法是应用非常广泛的时域处理方法,确定接收信号的过零电平交点是关键所在。在实际工业应用中,换能器选用较宽的频带方便测量,但是不均匀的流场分布、声学噪声影响、超声波换能器损坏和测量管段处出现密度梯度等因素都会导致超声波信号变形,降低测量准确度。因此高精度测量传播时间和信号处理方法仍需进一步研究。本文将不以超声波信号处理部分做为研究的重点内容。
 
3.3.2流场因素
       超声波流量计的测量条件是流场呈充分发展流动状态,但在实际应用中由于管道走向(平面单弯管、空间双弯管)、管道中的流量调节阀、压力调节装置等因素导致流场出现非理想分布,从而对超声波流量计的测量误差产生一定的影响。
 标准的超声波测量系统
       在实际工业应用环境中由于弯管的存在,流体中存在各种波动,流场很难达到稳定状态。在充分发展直管道流动中,管道截面上的速度分布和流量修正系数都可根据公式获得,因此这种条件下超声波流量计可以达到非常好的计量精度。在现场工业环境中,通常应用整流器克服各种阻流件等因素导致流场分布不均匀,本文将重点研究超声波流量计测量段上游平面弯管、空间弯管和阀门对测量精度的影响,并利用整流器的整流效果,从而提高测量准确度。
 
       时差法测量原理是在管道内流体为理想流动状态下,通过测量换能器对射线上无限多点的流体速度值,再加权求和得到管道截面上的面平均流速,从而得到流量值。研究试验表明,单声道超声波流量计在良好的流场环境中测量精度可达0.5%,如果在单声道超声波流量计测量段上游安装平面90°弯管时,会造成流量测量误差大于4%;可见非理想流场会降低超声波流量计测量准确度。在超声波流量测量段中采用多声道布置方法,可以获取整个流动截面的流速信息,相比单声道测量方法测量精度得到了提高。本文也将多声道测量方法做为研究内容。
 
3.3.3安装效应及计量几何段参数因素
       流量计在生产和应用中,管道直径和管道壁粗糙度也会对测量产生较大的影响。不同管道的质量优劣不一样,并且使用过程中管道的磨损和腐蚀等因素会对管道壁的粗糙度造成十分严重的影响,从而使流场中阻力和速度梯度增大,对流量的测量产生一定的误差。
 
       超声波流量计的不同安装方式和换能器安装角度不同会产生不同的测量结果,所以需要根据现场实际情况选择非常合适的安装方向和角度。超声波流量计是通过时间差来测得管道截面流速,可以利用多声道来更准确的获取流场速度信息,但不同安装方式不可避免的会产生一定的误差,并且换能器安装角度也会造成测量结果与实际真实结果之间的偏差,因此,选取合适的安装方式和角度在一定程度上可以提高测量准确度。
 

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