摘要(yào):本文介紹了使(shǐ)用 外夾式超聲(shēng)波流量計 作爲(wèi)标準表對 電磁(cí)流量計 進行在(zai)線檢測的方法(fa).分析了使用該(gai)方法過程中對(dui)測量結果的影(ying)響量，設計并制(zhì)作了一種基于(yu)磁阻掃🔱描技術(shù)的流量在線🌈測(ce)量系統,通過實(shí)驗及調❗試結果(guo),該系統可大幅(fu)度提升📱大口徑(jing)流體測量的測(ce)量精度。
1流量在(zai)線檢測的意義(yi)
　　電磁流量計在(zai)線檢測是近年(nián)來流量儀表計(jì)量檢測♉技術📱發(fa)🐅展的一個重要(yao)方向。電磁流量(liang)計一般被💔安裝(zhuāng)在自來水輸水(shui)、地表水取水、污(wū)水排放等管線(xiàn)👣上，以實現管線(xian)流量的實時計(jì)量。安裝在這-類(lèi)管線上的電磁(cí)流量計,其口徑(jing)從(DN500~DN2000)mm不等。這類流(liu)量計不僅體積(ji)龐大,安裝處還(hái)往往沒有設置(zhi)旁通管線。如要(yao)🌈将該電磁流量(liàng)計拆卸并送至(zhi)🏃‍♂️實驗室進行檢(jiǎn)測，就需要關閉(bì)儀表前段閥門(mén)。而關閉閥門就(jiù)會造成管線停(tíng)水，嚴重影響居(jū)💰民生活和企業(ye)生産☁️。例如,安裝(zhuāng)一台公稱直徑(jing)爲DN500mm的電磁流量(liang)計的自來水管(guǎn)線,需要供給一(yī)個鄉鎮的生活(huó)用水,如因流量(liang)💘計送檢關🌐閉管(guǎn)道若幹🥰天,造成(cheng)幾萬💞名居民無(wu)法正常用水,勢(shi)必産生較大的(de)社會影響。
　　除此(ci)之外,自來水、污(wu)水、地表水輸水(shuǐ)管線大都埋入(rù)⭐地下,計🛀量💘儀表(biǎo)一-般安裝在1m見(jiàn)方的設備井中(zhōng),設計時未考慮(lü)流量儀表拆卸(xiè)送檢的需求，拆(chai)卸空間嚴重受(shou)限,從而導緻此(cǐ)類儀表無🐅法拆(chāi)卸送檢。因此,實(shí)踐中存在💁較多(duō)流量👉計自安裝(zhuāng)後就未再檢定(ding)或校準,其計量(liang)性能也難以得(de)到保證。在貿易(yi)交接中，雙方在(zài)交易量出現較(jiào)大分歧時,由于(yu)沒有可靠🔞的測(ce)量數據做依據(ju),因此損害了雙(shuang)方的經濟利益(yi)。近幾年，随着相(xiang)關企業精🏒細化(hua)管理要求的提(tí)高,其對大❌口徑(jìng)流量計儀表在(zài)線♻️檢定、檢測的(de)需求也變🐉得愈(yu)✂️發強烈。
　　目前,對(dui)電磁流量計的(de)在線測量主要(yao)有三種方式，即(ji):使用外夾式超(chao)聲波流量計作(zuo)爲标準表;使用(yòng)串📧聯移🌐動式校(xiao)準🌂裝置🏃作爲标(biāo)準表稱重法。其(qi)中,使用 便攜式(shi)時差法超聲波(bō)流量計 作爲标(biāo)準表時,測量的(de)管徑範圍較大(da),使用範圍較廣(guang)。本文重點研究(jiu)該方法在現場(chang)在線檢測中的(de)影❄️響因素和解(jiě)決方案。
2外夾式(shì)超聲波流量計(ji)作爲标準表對(dui)測量的影響🚶量(liang)
　　 外夾式超聲波(bō)流量計因其攜(xié)帶和使用方便(biàn),廣泛應用于🙇🏻純(chun)淨水、污水、油品(pǐn)等其他液體介(jiè)質和天然氣、空(kong)氣等氣體介質(zhi)☎️的測⭕量。”外夾式(shì)超聲波流量計(jì)在實際檢測過(guò)程中應用了時(shi)差法原理,實現(xiàn)對流量的測量(liàng)。時差法在實際(jì)應用時，對時差(chà)💜分辨力的要求(qiú)較高。随着檢測(cè)技術的發展,特(te)别是時間測量(liàng)技術的不斷更(gèng)新升級,外夾式(shì)超聲波流量計(jì)流量的測量誤(wù)差越來越小。電(dian)磁流量計的誤(wù)差一般在3%~5%之✔️間(jiān),而外夾式超聲(shēng)☔波流量計的最(zuì)大允許誤差可(ke)以達到1%,甚至更(gèng)小。因此,采用外(wai)夾式超聲波流(liú)量計對其進行(hang)校準滿足三分(fen)之一原則，是切(qie)實可行的👄。
　　根據(ju)平時工作中使(shi)用經驗以及對(dui)相關專業資料(liào)的研究,總結分(fèn)析得出,選用外(wai)夾式超聲波流(liu)量計💚作爲标準(zhǔn)表時,若超聲波(bō)流量計安裝現(xian)場所需的直管(guǎn)段滿足不🏃同條(tiao)件下對直♊管長(zhǎng)度的要求,那麽(me)對測量的影響(xiang)量主要有:外夾(jia)式超聲波流量(liang)計的最大允許(xǔ)誤差外夾式超(chāo)❗聲波流量計換(huan)能器安裝🐉、管道(dao)直徑測🌏量。
2.1外夾(jia)式超聲波流量(liàng)計的最大允許(xu)誤差
　　外夾式超(chao)聲波流量計因(yīn)其安裝簡便、測(ce)量方便的特點(dian),已成🐕爲最常用(yong)的在線檢測設(shè)備。它是将一對(duì)🐇換能⛹🏻‍♀️器外夾在(zai)測量管道上,互(hù)相發射接收超(chāo)聲波.信号,聲波(bō)在檢🔅定介質中(zhōng)順流、逆流行進(jìn)--段距離，通💁過兩(liǎng)次行進時間的(de)比較,确定被測(ce)介質的流速。根(gen)👉據JJG1030-2007《超聲流量計(jì)檢定規程》可知(zhi)，最大允許誤差(chà)分爲:±0.2%、±0.5%、±1.0%、±1.5%、±2.5%。而用于電(dian)磁流量計的在(zài)線測量,則需選(xuǎn)用最大允✂️許誤(wu)差小于等于±1.0%的(de)外夾式超聲波(bō)流量計。
2.2外夾式(shì)超聲波流量計(ji)換能器安裝
2.2.1換(huàn)能器安裝方式(shì)
　　換能器安裝方(fāng)式通常有Z法、V法(fǎ)、X法、W法等,應根據(jù)使用說♌明書并(bìng)結合現場條件(jiàn)選擇最恰當的(de)安裝方式🙇🏻,換能(néng)器安裝方式示(shi)意圖如圖1所示(shi)。例如,當流體平(píng)行于管軸流動(dong)時,通常可采用(yong)Z法;當流體流動(dong)方向與管軸不(bú)平行時,可🌈采用(yòng)V法或者X法;當管(guan)⭐道長度有💃限時(shi)，使用X法可獲得(de)較好🈲的精度等(deng)。目前，可測的最(zuì)小管徑爲φ25mm,采用(yòng)V法或W法以擴大(da)聲程長度,增加(jia)順逆向聲傳播(bō)時間。而🤩乙法一(yi)🍓般用于φ50mm以上管(guan)道。
 
2.2.2換能器安裝(zhuang)位置
　　換能器安(ān)裝的測量管軸(zhóu)線應盡可能與(yǔ)管道軸線一緻(zhì),并🏃🏻且需保證管(guan)内充滿液體，兩(liǎng)換能器之間的(de)測量管軸線方(fang)向距離L需❌通過(guò)計算确定,并通(tōng)過鋼直尺在被(bei)測管道上測🔴量(liàng)出測量管軸線(xian)方向的距🏒離,将(jiang)兩換能器安裝(zhuāng)到位。同時,需注(zhu)意耦🐉合劑的用(yòng)量,确保換能❓器(qi)與測量管㊙️道要(yào)耦合好。并且保(bǎo)證換👅能器表面(miàn)的清潔,若表面(mian)污物較多，則會(hui)影響💋正常的測(cè)量。大🍉口徑管道(dào)測量時一般選(xuǎn)擇Z法安裝,安裝(zhuang)時一對換能器(qi)管道軸向安裝(zhuang)距離和管道圓(yuán)周方向安裝角(jiǎo)🐉度是否正确,直(zhi)接關系到超聲(sheng)波流量計📧流量(liang)計量正确與🔴否(fou)。目前，超聲波流(liú)量計換能器在(zai)軸向方向安裝(zhuang)誤差給流量測(ce)量結果帶來的(de)誤差已通過大(dà)量實驗數據得(dé)出,如日🧑🏽‍🤝‍🧑🏻本富士(shì)公司稱,超聲波(bo)流量計軸向安(an)裝偏差1mm,會給流(liu)量測量結果帶(dai)來0.3%的測量誤差(cha)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。同時📐,圓周方向(xiang)的安裝誤差會(hui)影響--對換能器(qi)的超聲波接受(shòu)強度,從而影響(xiang)流量測量結果(guo)(但現尚無直接(jiē)數據引用)。在超(chāo)聲波✌️實際測量(liang)過程中，被測管(guǎn)線外部塗層、管(guǎn)道鏽蝕以及測(cè)試地點狹小等(deng)問題，,給換能器(qì)的正确安裝造(zao)成很大的困難(nán)。一條DN800mm的輸水管(guan)線Z法安裝爲例(lì)，其換能器安裝(zhuāng)标準距離爲365mm,而(er)實際安裝過程(chéng)中,軸線方向安(ān)裝偏差甚至達(da)到10mm(若管道外側(cè)鏽蝕💛嚴重,安裝(zhuāng)誤差甚至🐪更大(dà)),根據經驗用公(gōng)式推算,由安裝(zhuāng)誤差引起的流(liu)㊙️量偏🐪差達到3.0%,遠(yuan)超過超聲波流(liu)量計儀表本身(shen)最大允許誤❄️差(cha)1.0%。
2.3管道直徑測量(liang)
2.3.1管道外徑測量(liang)
　　管道直徑可采(cǎi)用現場測量結(jie)合現場資料确(que)認的方法,按照(zhao)JJF(蘇)228-2019《電磁流量計(ji)在線校準規範(fàn)》的規定,可以采(cai)用不低于1級鋼(gāng)卷尺進行現場(chǎng).測量,1級鋼卷尺(chǐ)的最大允許誤(wù)差爲±0.1mm±10-4L,但現場采(cǎi)用的是鋼卷尺(chi)測量⛹🏻‍♀️管道周長(zhang)後計算得出管(guan)道的🛀直徑,因此(ci)🈚,所引入的誤差(chà)至少在0.1%~0.2%。對于1m的(de)管徑直徑,引入(ru)的誤差可達到(dào)‼️(1~2)mm。對于管道直徑(jìng)比較小的測量(liàng),建議測量時可(kě)采用π尺等更精(jīng)✌️确的測量儀器(qì)♉來進行測量。
2.3.2管(guan)道内徑測量
　　管(guǎn)道内徑的數值(zhi)是通過管道外(wài)徑測量值減去(qù)管徑壁厚獲得(de)。管徑壁厚是采(cǎi)用超聲波測厚(hou)儀在換能器5個(gè)不同位置進📐行(hang)測量後取平均(jun1)值。超聲波測厚(hou)儀是根據超聲(sheng)波在已知固體(ti)材料中傳播的(de)速度和傳播❓的(de)時間來測量出(chū)試🎯件的厚度。因(yin)此管道的材質(zhì)必須正确,同時(shi),測❗量時應保證(zhèng)測量表面的光(guāng)滑性,當被測🔞表(biǎo)面的粗糙度較(jiào)大時,則會影響(xiǎng)耦👈合效果,從而(ér)造成測量數據(jù)的偏差。
3解決方(fang)案
　　本文介紹一(yī)種基于磁阻掃(sǎo)描技術的流量(liàng)在線測量系統(tǒng)。通過⁉️機械自動(dòng)化、傳感器技術(shu),結合幾何算法(fa)對數據進行采(cǎi)集與處理,獲得(dé)管道參數、控制(zhì)超聲換能器的(de)自動定位安裝(zhuāng),并🌈采用标準表(biǎo)法實現對流量(liang)計的在線校準(zhun)。
　　該系統主要由(you)外徑測量單元(yuan)、測量管軸線運(yun)動單元🌂、測量管(guan)❄️圓☎️周運動單元(yuan)和軟件系統組(zu)成,如圖2所㊙️示。由(you)外徑💋測量單元(yuán)結合超聲波測(cè)厚儀的測量數(shù)據,可以确定管(guan)道内外徑的數(shu)據,通過🛀在智能(néng)行走單.元上安(an)💚裝超聲換能器(qi),使用自主開發(fā)軟件控制超聲(sheng)換能器♻️自動運(yùn)行至☂️指定位置(zhì),實💚現超聲換能(neng)器自動定位、運(yùn)💞行和安裝,以減(jian)少由探頭安裝(zhuang)誤差引起的流(liu)🏒量測量🐪誤差。其(qí)主要應用于對(dui) 大口徑電磁流(liu)量計 的現場校(xiao)準,能較大提升(sheng)在線檢測精度(dù),爲流量計的🌐正(zhèng)😘确計量提供技(ji)術保障。
 
3.1便攜式(shì)時差法超聲波(bo)流量計
　　本項目(mù)中的便攜式時(shí)差法超聲波流(liú)量計可測量流(liú)速範圍(0.01~25)m/s,精度等(deng)級1.0級。
3.2内1外徑測(cè)量單元
3.2.1外徑測(ce)量
　　外徑測量采(cǎi)用弓高弦長法(fa),根據設計量程(chéng)的需要,可測量(liàng)管徑♻️爲DN(500~2900)mm。.
　　外徑測(cè)量設計原理如(rú)圖3所示，圖中R爲(wei)目标測量對象(xiàng),A、B兩點爲設備觸(chu)點,A和B的主體支(zhi)架采用固定支(zhī)架,其中AB之間的(de)距離爲固定值(zhi)D,Y1爲伸縮量尺,Y2爲(wei)縮進距離。
 
　　其中(zhong)測量活動軸采(cai)用機械式活動(dòng)原理,隻要通過(guò)測量伸縮量尺(chǐ)Y1縮進距離Y2即可(ke)得出最終目标(biāo)R的實際數值。Y1爲(wèi)活動量尺，具有(yǒu)彈性結構,可通(tōng)過容栅位移傳(chuán)感器實現對Y2的(de)精☀️準測量,保證(zhèng)精度≥0.lmm以上測量(liàng)誤差。該部⁉️分通(tōng)過位💛移傳感器(qi)⭐進行模拟數據(jù)獲取🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,進而通過(guò)AD數據轉換最終(zhōng)😍獲得數字信号(hào)數據,并傳遞到(dao)軟件中顯示。
3.2.2内(nèi)徑數據
　　管道内(nei)徑的數值是通(tong)過管道外徑測(cè)量值減去管徑(jìng)壁厚獲🙇‍♀️得。管徑(jing)壁厚仍然采用(yòng)超聲波測厚儀(yi)進行測量,将所(suo)測數據輸人軟(ruǎn)件中，顯示内徑(jing)的數據♋值。
3.3測量(liang)管軸線運動單(dan)元
　　測量管軸線(xiàn)運動單元主要(yào)實現對兩個換(huàn)能器測🍓量管軸(zhou)線方🧡向上運動(dòng)距離的控制和(hé)定位,主要由運(yun).動驅動部分和(he)定位部分組成(cheng)。驅動部分使用(yòng)步進電.機控制(zhi)精密絲杆,帶動(dong)兩個換能器運(yùn)動,實現測量管(guan)軸線方向運💃🏻動(dòng),保證運動精度(du)士1mm;測量管軸🐕線(xiàn)方向運動定位(wei)部分采♊用鋁合(he)金運動滑軌上(shàng)安裝磁栅，通過(guò)傳感器讀取兩(liǎng)個換能器之間(jian)的🎯相對♻️距離,确(que)保定位的正确(què)率。
3.4測量管圓周(zhōu)運動單元
　　測量(liàng)管圓周運動單(dān)元主要是實現(xiàn)對兩個換能器(qi)在圓🈲周方向上(shàng)運動的控制和(he)定位。換能器在(zai)圓周方向🌐上的(de)運動是采🐇用機(ji)械手臂來控制(zhì)。V法、W法的換能器(qì)安裝是不需要(yào)進🌏行圓周運動(dong)的。Z法的換能器(qi)🈲安裝,若圓♍周_上(shang)的圓心角是180°,則(ze)在機械手臂上(shang)安裝📞角度傳感(gan)器,确保兩換能(neng)🔱器各運動的角(jiao)度爲90°,即到♈達指(zhǐ)定的位置。
3.5軟件(jian)系統
　　軟件系統(tong)可以顯示外徑(jing)測量值.内徑測(ce)量值、X軸運動坐(zuo)标、圓周🏃運動角(jiǎo)度、流量測量值(zhi)。同時,通過軟件(jiàn)的調☔節可以控(kong)制換能器在X軸(zhóu)方向的運動和(hé)圓周方向的運(yun)動。
4結束語
　　該系(xi)統設計了一組(zǔ)精度高的機械(xiè)化運動結構和(hé)✌️一💃🏻套高效的綜(zōng)合軟件系統,實(shí)現了流量的自(zì)動化測量。利用(yòng)磁阻㊙️感應技術(shù)對管線進行立(li)體式定位分析(xī),建立三維模型(xíng)。通過三維建模(mo)實現了雙換能(néng)器.自動可視化(huà)立體三維定位(wèi)♌,對超聲波流量(liàng)計換能器進行(háng)正🔅确定位傳送(sòng)🍓,流量計進行測(cè)量後,傳輸各類(lèi)數據至綜合軟(ruan)件系統,并自動(dong)測得流量數值(zhí)。該系統改變了(le)以往測量中隻(zhī)能人爲手工測(ce)算和安裝的現(xiàn)狀,不再隻💚依靠(kao)技術人員的經(jing)⭐驗,而是通過數(shù)字化的自動控(kòng)制系統操🌈控，完(wán)成了流量計的(de)定位、安裝、檢測(cè)、計算,降低了對(duì)技術人員操作(zuo)經驗和能力的(de)要求,提升了檢(jian)✊測效率。作爲一(yi)種自動在線測(ce)🌍量的計量器具(ju),其發揮的效⁉️果(guo)将是帶動整個(gè)🈲相關行業的發(fā)展,爲流體計量(liàng)在線測量☁️的應(ying)用發展提供更(geng)加标準科🤟學的(de)應用參考,既爲(wèi)社會帶來較好(hao)的效益,又極大(da)地推動了整個(gè)社會相關行業(ye)的進步和發展(zhǎn)。

本文來源于網(wang)絡,如有侵權聯(lián)系即删除！