超声波流量计具体应用过程中的误差分析

刘乾

摘 要： 超声波流量计的应用范围越来越广，逐渐成为了生产与生活中非常重要的一种流量测量手段。首先，分析了超声波流量计测量流量的原理，指出了超声波流量计的特点，对超声波流量计测量时存在的误差加以探讨，最后阐述了减少超声波流量计误差的措施，希望能够有效控制超声波流量计的测量精度，确保测量结果的精准性。

关键词： 超声波流量计；应用；误差

1 前言

现阶段，由于科学技术不断的得以革新与发展，工业化进程进一步加快，流量测量技术在工业生产之中的应用范围逐渐拓宽，并且在生活之中的应用也越来越广泛。进行流量测量的过程中，可以采取的方法非常多，而超声波流量计在对流量进行测量时，无需接触被测物质，因此得到了非常广泛的应用。现阶段，国内以及国外对于超声波流量计的研究均取得了显著成果，所研制的超声波流量计基本上都是通过测量超声波在流体之中所拥有的传播速率，从而测量出流体真实的流速，进一步计算出流体的流量。特别是在计算机技术得到快速发展以后，在应用超声波流量计的过程中更加便捷，同时还拥有的自检功能，可以有效的对流量计测量过程中各种误差加以修订。

2 超声波流量计测量流量的原理

超声波流量计测量流量的原理图如图1所示。

上图之中的A传感器以及B传感器均可以发射超声波，也能够接受超声波。超声波由其中一个传感器而达到另一个传感器形成的通路被称作是声波通路。超声波处于流被测量的流体之中，是以声速进行传输的。若是超声波发射方向和被测流体的流动方向一致时，此时超声波所拥有的传输速率便会相应增加，而若是超声波发射方向和被测流体的流动方向相反时，此时超声波所拥有的传输速率会相应减小。所以，依照依照超声波同时由A传感器与B传感器发射与抵达的时间差值，便能够计算出被测量流体的流速值，计算公式如（1）-（3）所示。

在上式之中：vm代表的是管道之中流体所拥有的流速值；

L代表的是超声波传输的通道长度值；

α代表的是超声波的传输通道和流体流向之间夹角值；

t逆代表的是超声波和流体流动方向相反情况下的传输时长；

t顺代表的是超声波和流体流动方向相同情况下的传输时长；

c代表的是超声波在该流体之中所拥有的传输速率值。

虽然超声波在不同的流体之中所拥有的传输速率和流体自身组成存在关联性，不过，我们通过流体流速计算公式能够得出，流体所拥有的速率，和超声波在流体之中的传输速率之间并不存在关联性，即在通过应用超声波流量计进行流体流速的测量过程中，流体流速值和测量过程中流体的压力、流体温度以及流体组成并不存在关联性。

要是流体输送管道同一截面上不同位置出的流速相同，那么，流体的流量计算便非常简单，即将流速与截面面积相乘便可得出。但是，现实情况确是同一截面位置处的流体流速呈现出抛物线状，也就是流体在截面中心位置出的流速最大，向管壁方向流速逐渐降低。所以，我们测量计算出的流体流速只是通道长度区域内的流体平均流速。此时，流体真实流速便需要使用和燃气流雷诺数相关联的调整因子K进行表示，得出燃气流量的计算公式如（4）所示。

（4）

在上式之中：Q代表的是流体的流量值；

A代表的是流体管道的截面积；

K代表的是调整因子。

3 超声波流量计的特点

3.1 便于安装与维修

和其他一些流量计对比而言，超声波流量计进行安装以及维护时更加的便捷，不需要在流体输送的管道之上打孔，也不需将流体切断，装置的安装较为便捷，尤其是用于测量大口径管道的过程中，超声波流量计的安装便捷性更能发挥出优势，可以有效节约人力、物力以及财力的消耗。

3.2 测量管径范围大

在采用超声波流量计进行检测的过程中，被检测件之中无需安装阻碍物，也无需安装可动部件，能够有效的防止堵塞流体流动的问题出现，更加适宜测量相对不易测量的流体，对于大管径的流体流量测量同样具有较大优势，最高可达10m以上，这比传统的流量计测量管径范围大出很多。

3.3 测量可靠性较高

采用超声波流量计进行流量测量的过程中，不管是通过湿工安装的方式，还是通过外夹安装的方式，在测量时均对于流体没有任何影响，不需要外接移动部件，也不会导致流体出现压力损失。并且，超声波流量计所使用的传感装置和计算相连接，通过锁相环路连接的方法，确保信息数据在传输过程中的稳定性，能够有效避免噪音带来的干扰，确保了测量过程中所得到数据具有较高的可靠性。

4 超声波流量计测量时存在的误差分析

（1）通过公式（4）我们能够得出，对于流体流量的计算，和通道具有的长度值、通道方向和流体流动方向之间的夹角值、输送流体的管径截面积以及输送流体管道的流速分布情况等均存在关联。其中，L、A以及α的值，会严重影响到超声波流量计对流量测量的精准性。L值大小和装置之中石英晶体与传感器发射面位置存在关联性，传感器的位置又和焊接与流体即之中的接口位置存在关联性。我们以￠400为例进行研究发现，因为尺寸因素而引起误差大概在±0.19%的范围之中。

（2）因为在流体输送管道之中， 流体的流速分布呈现出不规律性，所以，需要通过调整因子K加以修订，不过，这样也无法彻底的避免误差出现。经过实验得出，单超声波通道、三超声波通道以及五超声波通道的流量计，计算误差通常在±1.1%、±0.5%与±0.4%范围之中。

（3）由于超声波在流体中的传输时间计算精度为10-8s，因此，要是因为传感器自身的问题，使得超声波传输时间在计量上出现非常微小的误差，便会造成较大的测量误差。所以，进行超声波流量计的标定作业时，应当首先对流量计加以校核。零流量校核即检验超声波流量计测量管道中未通过流体的情况下，有无流量值的显示。要是因为传感器等原件出现误差，此时超声波流量计便存在一定的“虚假流量”，也就是虽然没有流体流动，不过超声波流量计依旧显示一定的流量数值。因为超声波流量计具有较高的灵敏性，房间之中一些空气流动同样会导致流量计测量过程中存在误差。所以，在进行零流量校核过程中，应当事先安装好盲板，再向其中充入氮气，将其放置在温度恒定的环境之中。

（4）测量管道内径存在误差，也会导致测量过程中出现误差，若是管道内径的误差值为1%左右，则因此而导致的测量误差约为2%。管道的壁厚存在误差同樣也会引起测量误差。

5 减少超声波流量计误差的措施

5.1 选用适宜的流量计型号

不同型号超声波流量计测量流量范围存在一定的差异，超声波流量计的测量范围很大程度上受制于流体流速的影响，在超声波流量计型号选择时，应当依照流体具体的流速，要确保流体流速位于超声波流量计的测量范围之中。

5.2 确保超声波流量计安装的精确性

在超声波流量计安装的过程中，要防止出现振动以及噪音，也不能在有相对强电磁波干扰的环境中进行安装。调压计量站应用超声波流量计，通常是将超声波流量计安装于调节阀门前方位置。要保证整个安装过程的精确性，确保各个部件的安装误差控制在较小的范围内，从而提升超声波流量计的测量精度。

5.3 做好维护工作

在超声波流量计的使用阶段，应当做好维护工作，要定期、及时的对超声波流量计进行全面检查，检查各种仪表之中有无沉积物存在，检查信号处理装置的运行是否正常，检查声道传输是否存在故障等，尤其要检查超声波流量计零流量校核的准确性。

6 结语

在超声波流量计的具体应用过程中，应当结合流体流量测量现场条件和具体工艺参数加以调节，如此，才可以更好确保超声波流量计可以达到流量准确测量的要求，尽可能避免误差的出现。由于导致超声波流量计测量误差出现的原因非常多，为了尽可能避免误差的出现，除了采取上述提到了一些措施以外，还能够通过清理探头、排查温度、修订压力等手段，有效控制超声波流量计的测量精度，确保测量结果的精准性。■

参考文献

[1] 李定川. 气体超声波流量计的工作原理及应用[J]. 智慧工厂. 2017（04）：67-39，73.

[2] 聂文. 影响超声波流量计计量准确性的因素与对策[J]. 石油化工自动化. 2017（02）：57-59.

[3] 马龙博； 陈果夫； 张宁宁. 便携式超声波流量计的量值溯源方法及流量测量研究[J]. 自动化与仪表. 2017（01）：30-33.endprint