[導讀] 目前，便攜式超聲波流量計使用較多的場合有：各地水務部門地下水資源計量儀表的在線檢測，環(huán)保部門排污計量儀表的在線檢測，供水部門的貿(mào)易結(jié)算計量儀表的在線檢測，熱力公司收費用熱水表的在線檢測以及工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)工藝中計量儀表的在線檢測等。為使大家合理地使用超聲波流量計，本文就超聲波流量計現(xiàn)場使用中的方法及注意事項進行論述。
目前，便攜式超聲波流量計使用較多的場合有：各地水務部門地下水資源計量儀表的在線檢測，環(huán)保部門排污計量儀表的在線檢測，供水部門的貿(mào)易結(jié)算計量儀表的在線檢測，熱力公司收費用熱水表的在線檢測以及工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)工藝中計量儀表的在線檢測等。為使大家合理地使用超聲波流量計，本文就超聲波流量計現(xiàn)場使用中的方法及注意事項進行論述。
一、對測量結(jié)果有影響的主要因素
1.溫度
超聲波流量計的探頭由于材質(zhì)不同價格差異很大，生產(chǎn)者會因用戶的實際需求不同而采用不同的材料。同時，由于介質(zhì)溫度較高，介質(zhì)的有關(guān)性質(zhì)、性能也會發(fā)生變化，設(shè)計者會根據(jù)實際情況采用相關(guān)的設(shè)計或修正來避免溫度差異帶來的影響。因此，在工作中要考慮所使用探頭的溫度適應范圍，盡量不要超過標牌或說明書上的規(guī)定，否則會使測量結(jié)果失準，或者根本測量不了。有些超聲波流量計在程序中有不同溫度的選擇項，這些選擇項也會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，所以使用者應按操作手冊的方法進行。另外，由于溫度過高可能短時間內(nèi)就使耦合劑變稀而降低或失去作用，造成測量結(jié)果失準或不能進行測量。
2.直徑
由于超聲波流量計的測量原理，使得測量結(jié)果是被測量管道內(nèi)的平均流速，流量是由流速和面積計算得到的，因此，面積的準確測量也是至關(guān)重要的。在測量中一般是通過測量管道的外周長計算出外直徑，用超聲波測厚儀測量出壁厚，然后計算出內(nèi)直徑，最后得到面積。但是在實際測量中，我們的被測管線基本上都是舊管線，由于長時間使用，管線內(nèi)部或多或少都會結(jié)垢，而且結(jié)垢的厚度有時超過了10mm。這些結(jié)垢的厚度目前還沒有儀器能夠在管線外部準確測量，因此，我們對在線流量計進行測量時經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，流量計顯示的流量要比超聲波流量計顯示的流量小。那是因為流量計是新安裝的，內(nèi)部沒有結(jié)垢，而測量的管線有結(jié)垢，我們沒有考慮結(jié)垢的厚度。
所以，在測量時要根據(jù)具體情況，盡量獲取管壁厚度的真實值，比如管線是新的，就可以直接使用壁厚測量值；如果管線是舊的，就要考慮結(jié)垢的厚度。一般有以下幾種方法：一是對于有條件能停止工作的管線，可以把管線拆開進行結(jié)垢厚度測量；二是對于沒有條件拆卸的管線，可以找與此管線相同的可拆卸管線的結(jié)垢厚度來代替；三是如可能可先估計一個結(jié)垢厚度進行計算，等以后可以進行拆卸時再測量結(jié)垢的真實厚度進行修正；四是針對口徑較大、管線較長的情況，可以建議企業(yè)設(shè)置專門的試驗管線，即設(shè)置一段專門用來測量的管線，到停產(chǎn)時進行污垢清理，使試驗段沒有結(jié)垢，根據(jù)連續(xù)方程，在試驗段得到的流量可以看作整個管線的實際流量。
3.電磁場影響
在測量時有時會發(fā)現(xiàn)，無論怎樣調(diào)整探頭的位置，都沒有信號或信號時有時無，根本無法進行測量。這時就要仔細檢查周邊環(huán)境，看一看是否受到強磁場的干擾。比如在測量點附近是否有大功率水泵、變頻器、啟動器、開關(guān)柜、變壓器等電器設(shè)備，另外還要注意在測量管線附近是否有較大的電纜、成組的電線排等。根據(jù)我們的經(jīng)驗，在距測量間屋頂4m高處的高壓電線就能對測量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。而在現(xiàn)實工作中，由于歷史原因或?qū)Τ暡髁坑嫾夹g(shù)性能的不甚了解，很多都是把被測流量計安裝在泵房，除泵房外其他地方根本沒有裸露的管線，供電線、控制線、信號線都與被測管線在同一通道內(nèi)，測量間正好建在高壓線下面等。這種場合下大功率電器設(shè)備會產(chǎn)生很大的磁場，這些磁場對超聲波流量計換能器的接收功能有極大的影響，使換能器不能接收信號或不能正常接收信號。
我們在測量時遇到以上情況，只能改變測量點，選擇在確保沒有流體流進流出的被測管線上的其他位置，這個位置與原來位置的管徑可以不同。條件達不到時也可以考慮使用有多支分管線，其他管線可以關(guān)閉的支管線進行測量（這種方法只能用于對流量儀表的測量）。
4．測量位置的選擇
按JJG1030-2007《超聲流量計》檢定規(guī)程的規(guī)定，速度式儀表的安裝要有足夠長的直管段，安裝點上游直管段必須要大于10D（注：D為直徑），下游要大于5D。我們在現(xiàn)場檢測時也應盡量選擇滿足要求的測量點，但實際上有很多場合是無法滿足這些要求的。有的即使直管段滿足要求了，也不一定是理想的測量位置。根據(jù)我們的工作經(jīng)驗，一般應考慮以下幾方面的因素：（1）在可能的情況下盡量滿足JJG1030-2007關(guān)于直管段的規(guī)定；（2）如果不能滿足直管段要求，應盡量選擇測量點上游管線對流動干擾小的位置（如盡量避免上游有立體彎頭、碟形閥、差壓式流量計或壓損較大的流量計、插入式流量計等）；（3）同一管線有高有低，盡可能選擇較低的管線，因為這樣流體會充滿管線；（4）選擇水平管線時盡量不要在管線頂部測量，因為頂部可能有存氣現(xiàn)象；（5）如果選擇垂直管線進行測量，應盡量選擇向上流動的管線，因為這樣管線一般是充滿的。
5．超聲波流量計探頭安裝方式
超聲波流量計一般有兩種探頭安裝方式，即Z法和V法。通常情況下：管徑D>200mm時選用Z法；管徑D<200mm時選用V法。
V法安裝：先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點。
Z法安裝：先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點，然后測出此點在管道另一側(cè)的對稱點。
二、時差法超聲波流量計不確定度分析
使用超聲波流量計進行測量大體可以分為兩種情況：一種是利用超聲波流量計對管線上安裝的流量儀表進行測量，比較超聲波流量計和被測量儀表的示值，從而確定流量計是否符合相關(guān)的規(guī)定；另一種就是管線上沒有安裝流量儀表，只是用超聲波流量計測量管線中的實際流量。
這兩種情況下測量結(jié)果的不確定度評定并不完全一致，主要是因為我們對測量結(jié)果的用途不同。比如：對于管線上裝有儀表的，我們有時是為了確定流量計是否合格，有時是為了把流量計調(diào)整合格；對于管線上沒有安裝儀表的，我們只是給出管線當時的實際流量。這幾種情況下采用的數(shù)學模型是不同的，不確定度評定也不完全一致。下面分別進行討論：
1.管線上裝有流量計的情況
（1）概述
在管線上裝有流量計的情況下，一般是用超聲波流量計（也稱標準流量計）對管線進行多次測量，將得出的測量結(jié)果與被測流量計的示值進行比較，最后確定流量計的誤差或流量計系數(shù)。
（2）數(shù)學模型
由一般相對誤差的表達式可得：
式中：δ——流量計的相對誤差，%；q——被測流量計的瞬時流量平均值，m3/h；q0——標準流量計的瞬時流量平均值，m3/h。
考慮到現(xiàn)場實際流量的不穩(wěn)定性，不論是標準流量計還是被測流量計，都很難讀取到穩(wěn)定的瞬時流量值，一般可采用多次測量的平均值，即從某一時刻開始同時讀取標準流量計和被測流量計的示值，連續(xù)測量10~20次。那么，給出結(jié)果的測量不確定度就應考慮兩個流量計的測量重復性，這時數(shù)學模型為
式中：δr——被測流量計的測量重復性，%；δ0——標準流量計的測量重復性，%。
（3）不確定度
2.管線上沒有流量計的情況
這種情況下的流量大多相對穩(wěn)定，我們給出的是在測量條件下的瞬時流量，即經(jīng)過多次測量得到的平均流量，則
式中：——平均瞬時流量值，m3/h；qi——第i次的瞬時流量值，m3/h。
這時測量結(jié)果的不確定度與標準流量計的準確度 及測量的重復性有關(guān)，即
當然，這個不確定度是在保證了面積測量準確性前 提下的，即周長測量準確和結(jié)垢狀態(tài)清楚。