1 前言
目(mù)前，工業領域(yù)面臨着能源(yuán)過度的問題(ti)，節能減排已(yǐ)成👨‍❤️‍👨爲大型🌈生(sheng)産企業急需(xu)解決的課題(tí)。 流量計 作爲(wei)生産線的重(zhong)要計量器具(jù)，不僅是直接(jiē)反映生産能(neng)耗的🙇‍♀️基礎設(shè)備，也是控制(zhi)能耗的首要(yao)環節。由于生(sheng)産計劃，許多(duō)企🎯業的🥵流量(liang)計無法被卸(xiè)下而需🍉要在(zai)線♻️校準。 超聲(shēng)波流量計 作(zuò)爲一種精度(du)高、非接觸式(shi)、易攜帶安裝(zhuang)的計量器具(jù)，廣泛被應用(yong)于流量計的(de)在線校準。因(yin)此，本文介紹(shào)如何應用超(chāo)聲波流量計(ji)在線校準浮(fú)子流量計 并(bìng)對其過程進(jin)行測量不确(què)定度的評定(dìng)。
2 超聲波流量(liàng)計工作原理(li)
超聲波在流(liu)體中的傳播(bo)速度與流體(ti)的流速有關(guān)。沿流體的♈順(shun)流方向，超聲(sheng)波的傳播速(su)度增大；逆流(liu)方向的傳播(bō)速👉度減🏃‍♀️小。同(tóng)一超聲波沿(yán)流體不同流(liú)向産生了時(shi)間差，該差值(zhi)與流體的流(liu)速存在一定(dìng)的關系。假設(shè)直段管道内(nèi)有2個超聲波(bo)傳感器，傳感(gǎn)器1位于流體(ti)上遊，傳感器(qi)2位于流體下(xia)♋遊，則傳感器(qì)之間存在如(rú)下關系：
 （1）
（2）
式中(zhong)：L—兩個超聲波(bō)傳感器之間(jian)的直線距離(li)；
T12—沿流體逆向(xiàng)，超聲波從傳(chuán)感器1傳播至(zhi)傳感器2所用(yòng)的時間；
T21—沿流(liu)體順向，超聲(sheng)波從傳感器(qi)2傳播至傳感(gan)器1所用的時(shí)間♈；
C—超聲波在(zài)靜止流體中(zhōng)的傳播速度(du)；
x—L在管道中沿(yan)管道軸向的(de)分量。
根據上(shàng)式可知：當傳(chuan)感器的位置(zhi)和管道幾何(hé)參數爲已知(zhī)量，則流體的(de)流速正比于(yú)時間項。
3 浮子(zi)流量計在線(xian)測量
3.1 校準環(huán)境與安裝條(tiáo)件
超聲波流(liú)量計是根據(ju)超聲波在管(guǎn)道内傳播時(shí)間差反映流(liú)體流速的，所(suo)以被測段的(de)流體狀态對(dui)測量結果影(yǐng)響很⭕大。測量(liàng)時，應避免被(bèi)測段的流體(tǐ)處于湍流狀(zhuang)态。一般應注(zhu)意以下幾點(diǎn)：
（1）計量現場應(ying)無明顯振動(dong)，周圍無電磁(ci)幹擾。
（2）探測器(qì)安裝位置的(de)上遊直管段(duàn)長度至少爲(wei)管徑的10倍以(yǐ)上，下遊的直(zhí)管段長度至(zhi)少爲管徑的(de)5倍以上；上遊(yóu)30倍管徑的沿(yán)😄程内✔️應沒有(yǒu)擾流因素，比(bi)如泵、閥引起(qǐ)的流速分布(bu)不均勻。
（3）管道(dào)始終充滿流(liu)體，流體内不(bu)能含有大量(liàng)的氣泡或異(yi)物。
（4）對于水瓶(ping)管道，爲了避(bi)免滞留空氣(qi)或沉積物影(yǐng)響測量結果(guo)，在水平面的(de)±45°内安裝探測(ce)器。避免将探(tan)測✏️器安裝在(zài)管道變形、凸(tū)起或焊接部(bu)分。
（5）如管道表(biao)面有塗層、腐(fǔ)蝕班或是不(bu)平整，用油漆(qi)稀釋劑和砂(shā)紙清除。
（6）查看(kan)被檢的浮子(zi)流量計是否(fou)有洩漏、振動(dòng)的情況，刻度(dù)是否㊙️清晰，便(biàn)于觀察。
（7）對于(yu)1.0和1.5級的浮子(zi)流量計，安裝(zhuang)傾斜角度不(bú)應超過2°；2.5級及(ji)❓以下的浮子(zi)流量計不應(yīng)超過5°。
3.2 探測法(fa)的選擇
根據(jù)探測器的分(fen)布位置，探測(ce)法分爲V法和(he)Z法。V法：兩探測(ce)器均處于管(guǎn)道外同側，探(tan)測器之間連(lián)線與管道軸(zhóu)線平㊙️行。Z法：兩(liǎng)探測器處于(yú)管道外兩側(ce)，兩探測器之(zhī)間連線與管(guǎn)道軸線交叉(chā)。在下列情況(kuang)下使用🌐Z法：
（1）需(xū)要節省安裝(zhuang)空間（Z法的安(an)裝空間約爲(wèi)V法的一半🏃）。
（2）需(xū)要測量污水(shui)等渾濁的流(liú)體。
（3）管道内有(you)砂漿襯裏或(huo)是較厚水垢(gou)。
3.3 測量步驟
（1）确(que)認管道的内(nèi)、外徑；對于非(fei)标準的管道(dào)，用遊标卡尺(chǐ)💔和測厚儀等(deng)工具測量管(guan)道的外徑與(yu)壁厚。
（2）在儀表(biao)中輸入相關(guān)參數：管道内(nei)、外徑；管道材(cai)料；流體介質(zhi)；探測法類型(xing)等。
（3）待儀表調(diao)零後确定探(tan)測器安裝距(ju)離。
（4）在探測器(qi)表面塗上适(shì)量矽脂，根據(ju)“安裝條件”安(an)裝🔞探㊙️測器，查(cha)💋看超聲波信(xin)号接受是否(fǒu)正常。
（5）待被檢(jiǎn)流量計與超(chao)聲波流量計(ji)讀數穩定後(hou)，讀取兩儀🆚表(biǎo)🌈的流量值，計(ji)算示值誤差(chà)。
3.4 注意事項
（1）當(dāng)超聲波流量(liang)計信号異常(cháng)或是無信号(hào)時，查看管道(dào)表💯面是否👈有(you)塗層、探測器(qi)是否緊貼管(guan)道表面。在♉排(pai)除上述🔞問題(ti)💯但仍信号異(yi)常的情況下(xia)，查看現場周(zhou)圍是否有電(diàn)磁幹擾，比如(rú)：大功率水泵(beng)、變頻器、變壓(yā)器等。
（2）當測量(liang)值與被檢示(shi)值存在明顯(xiǎn)偏差時，查看(kan)探測器安裝(zhuang)位置🈲是否合(hé)理。在滿足安(ān)裝條件的情(qing)況下，盡可能(néng)對安裝位置(zhì)做調整：同一(yi)條管道布置(zhi)有高低時，探(tan)測器安裝在(zai)較低的管📞路(lu)上；探測器盡(jin)量不要靠近(jin)管路的終端(duān)；盡量選擇流(liu)體向上流動(dong)的管路安裝(zhuāng)探測器；管路(lu)内結垢嚴重(zhòng)，更換管路。
（3）當(dāng)測量值存在(zai)明顯波動時(shí)，适當設置阻(zu)尼參數，延長(zhǎng)響應時間。
（4）當(dāng)流量發生變(bian)化但測量值(zhi)保持不變時(shi)，檢查管道規(guī)🔞格是否❄️正确(què)；探測器是否(fou)安裝在焊接(jie)部分；探測器(qì)安裝尺寸是(shì)否正确；探🍓測(ce)器表面是否(fǒu)塗有足夠的(de)潤滑脂；嘗試(shì)更換探🤞測法(fǎ)類🚶型；避免使(shi)用加長電🈲纜(lan)。
4 不确定度評(ping)定實例
本文(wen)利用超聲波(bo)流量計在線(xiàn)校準浮子流(liu)量計，流量範(fan)圍：（16～160）L/min，流體介質(zhì)爲水。
4.1 測量模(mó)型
利用超聲(shēng)波流量計在(zai)線計量浮子(zi)流量計，相當(dāng)于采用标準(zhǔn)表法進行計(ji)量。标準流量(liang)計和被檢流(liu)量計串聯在(zài)現有🚶的流量(liàng)管道上，刻度(du)狀态相同，流(liu)量無需經過(guò)修正。示值誤(wù)差根據下式(shi)：
（3）
式中：qm—被檢浮(fu)子流量計的(de)流量顯示值(zhí)，L/min；
qv—标準超聲波(bo)流量計的流(liú)量實際值，L/min；
qmax—被(bei)校流量計的(de)上限刻度值(zhí)，L/min。
标準不确定(ding)度：
 
靈敏系數(shù)：c1=1/qmax；c2=-1/qmax
4.2 不确定度的(de)來源：
（1）輸入量(liàng)qm的不确定度(dù)
測量的重複(fú)性引入的不(bú)确定度：u（qm）
浮子(zǐ)流量計在80L/min時(shi)，對被檢流量(liàng)計測量10次，結(jie)果如表1。
表1
 
測(cè)量平均值 ，标(biao)準方差S=0.13L/min，u（qm）= 。
（2）輸入(rù)量qv的不确定(ding)度：
①測量重複(fu)性或儀表分(fen)辨力引入的(de)不确定度：u1（qv）
超(chao)聲波流量計(jì)在80L/min時，對被檢(jiǎn)流量計測量(liàng)10次，結果如🔴表(biǎo)2。
表2
 
測量平均(jun1)值 ，标準方差(chà)S=0.022L/min，u1（qv）=
超聲波流量(liang)計分辨力引(yǐn)入的不确定(dìng)度：
儀表的分(fen)辨力爲0.001L/min；按均(jun)勻分布計算(suan)k= ，則u1（qv）=0.00058L/min
在兩者中(zhong)去較大者，0.007L/min＞0.00058L/min，則(zé)u1（qv）=0.007L/min
②超聲波流量(liang)計示值誤差(chà)引入的不确(què)定度：
示值誤(wu)差爲流量讀(du)數的0.26%，按均勻(yún)分布計算k=
則(ze)u1（qv）=83.007×0.26/ =0.125L/min
 
由以上數據(ju)合成标準不(bú)确定度爲：
 ，其(qí)擴展不确定(dìng)度爲：U=k×uc=0.2%（k=2）
5 結果分(fèn)析
由以上不(bu)确定度的結(jié)果可以得出(chū)：測量不确定(dìng)度的來源主(zhǔ)要是超聲波(bō)流量計的示(shi)值誤差，其次(ci)是浮子流量(liàng)計的測量重(zhòng)複性，最小的(de)是超聲波流(liú)量⭕計的測量(liàng)重複性。
雖然(ran)不确定度的(de)來源主要是(shì)标準器的精(jīng)度，但是測量(liang)前✏️期的😍準備(bèi)工作，包括：現(xian)場環境與校(xiao)準條件的确(què)認，探測器安(an)裝位置與探(tan)測法的選擇(zé)等。這些💁因素(sù)也🐇很大程度(dù)影響了測量(liang)結果。

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