1 前言
目(mu)前，工業領域(yù)面臨着能源(yuán)過度的問題(ti)，節能減排已(yi)👈成♉爲大型生(sheng)産企業急需(xu)解決的課題(tí)。 流量計 作爲(wèi)生産線的重(zhòng)要計量器具(jù)，不僅是直接(jie)反映生産能(néng)耗的基礎設(she)備，也是控制(zhi)能耗的首要(yào)環節。由于生(shēng)産計劃，許多(duō)企業的流量(liang)計無法被卸(xiè)下而需要在(zài)線校準。 超聲(shēng)波流量計 作(zuo)爲一種精度(dù)高、非接觸式(shì)、易攜帶安裝(zhuāng)的計量器具(jù)，廣泛被應用(yòng)于流量計的(de)在線校準。因(yin)此，本文介紹(shào)如🈲何應👈用超(chao)聲波流量計(jì)在線校準浮(fu)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(lǐ)
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(sù)度增大；逆流(liú)方向的傳播(bo)速💁度減小。同(tong)一超聲波沿(yan)流體不同流(liu)向産生了時(shi)間差，該差🐪值(zhi)與流體的流(liú)速存在一定(dìng)的關系。假設(shè)直段管🔴道内(nei)有2個超聲波(bo)傳感器，傳感(gan)器1位于流體(tǐ)上遊，傳感器(qi)2位于流體下(xia)遊，則傳感器(qi)之間存在如(rú)🎯下💋關系：
 （1）
（2）
式中(zhong)：L—兩個超聲波(bo)傳感器之間(jian)的直線距離(li)；
T12—沿流體逆向(xiàng)，超聲波從傳(chuan)感器1傳播至(zhì)傳感器2所用(yong)的時間；
T21—沿流(liú)體順向，超聲(sheng)波從傳感器(qì)2傳播至傳感(gǎn)器1所用的時(shí)間；
C—超聲波在(zài)靜止流體中(zhong)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(shang)式可知：當傳(chuan)感器的位置(zhi)和管道幾何(he)參數爲已知(zhi)量💋，則流體的(de)流速正比于(yú)時間項。
3 浮子(zǐ)流量計在線(xiàn)測量
3.1 校準環(huan)境與安裝條(tiáo)件
超聲波流(liu)量計是根據(jù)超聲波在管(guan)道内傳播時(shí)間差反映㊙️流(liú)體流速的，所(suǒ)以被測段的(de)流體狀态對(dui)測量結✊果影(ying)響很大。測量(liang)時，應避免被(bei)測段的流體(tǐ)處于湍流狀(zhuàng)态。一般應注(zhu)意以下幾點(diǎn)：
（1）計量現場應(yīng)無明顯振動(dong)，周圍無電磁(cí)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(yi)上，下㊙️遊的直(zhí)管段長度至(zhì)少爲管徑的(de)5倍以上；上遊(yóu)30倍管徑的沿(yan)程内應沒有(yǒu)擾流因素，比(bǐ)如泵、閥引起(qǐ)的流速分布(bu)不😄均勻。
（3）管道(dào)始終充滿流(liú)體，流體内不(bú)能含有大量(liang)的氣泡或異(yi)物。
（4）對于水瓶(ping)管道，爲了避(bi)免滞留空氣(qì)或沉積物影(yǐng)響測📞量結果(guǒ)，在水平面的(de)±45°内安裝探測(ce)器。避免将探(tàn)測器安裝在(zài)管道變形🐪、凸(tu)起或焊接部(bù)分。
（5）如管道表(biao)面有塗層、腐(fu)蝕班或是不(bu)平整，用油漆(qī)稀👉釋劑和砂(sha)紙清除。
（6）查看(kàn)被檢的浮子(zi)流量計是否(fǒu)有洩漏、振動(dòng)的情況，刻度(dù)是㊙️否⭕清晰，便(bian)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(fǎ)的選擇
根據(ju)探測器的分(fen)布位置，探測(cè)法分爲V法和(hé)Z法。V法：兩探❓測(ce)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼器💚均處💋于管(guan)道外同側，探(tàn)測器之間連(lián)線與管道軸(zhou)線平✌️行。Z法：兩(liang)探🈲測器處于(yu)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(ān)裝空間約爲(wèi)V法的一半）。
（2）需(xū)要測量污水(shuǐ)等渾濁的流(liú)體。
（3）管道内有(yǒu)砂漿襯裏或(huo)是較厚水垢(gòu)。
3.3 測量步驟
（1）确(què)認管道的内(nei)、外徑；對于非(fēi)标準的管道(dao)，用遊标卡尺(chǐ)🈲和🐇測厚🍓儀等(děng)工具測量管(guǎn)道的外徑與(yǔ)壁厚。
（2）在儀表(biǎo)中輸入相關(guān)參數：管道内(nèi)、外徑；管道材(cai)料；流體介質(zhi)；探測法類型(xíng)等。
（3）待儀表調(diao)零後确定探(tàn)測器安裝距(ju)離。
（4）在探測器(qì)表面塗上适(shi)量矽脂，根據(ju)“安裝條件”安(an)裝探測👉器，查(chá)看超聲波信(xin)号接受是否(fǒu)正常。
（5）待被檢(jian)流量計與超(chao)聲波流量計(ji)讀數穩定後(hòu)，讀取兩儀表(biǎo)的⛷️流量值，計(jì)算示值誤差(cha)。
3.4 注意事項
（1）當(dang)超聲波流量(liang)計信号異常(chang)或是無信号(hào)時，查看管道(dao)表👌面是否🍓有(you)塗層、探測器(qi)是否緊貼管(guǎn)道表面。在排(pái)除上述問題(tí)但仍信号異(yi)常的情況下(xià)，查看現場👅周(zhōu)圍是否有電(dian)磁幹擾，比如(ru)：大功率水♉泵(beng)、變頻器、變壓(ya)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(zhuāng)位置是否合(hé)理。在滿足安(an)裝條件的情(qíng)況下，盡可能(néng)對安裝位置(zhi)做調整：同一(yī)條管道布置(zhì)有高低時，探(tan)測器安裝在(zài)較低的管路(lu)上；探測器盡(jìn)量不要靠近(jìn)管路的終端(duan)✏️；盡量選擇流(liu)體向上流動(dong)的管💜路安裝(zhuāng)探測器；管路(lù)内結垢嚴重(zhong)，更換管路。
（3）當(dāng)測量值存在(zài)明顯波動時(shi)，适當設置阻(zǔ)尼參數，延💛長(zhǎng)響應時間。
（4）當(dang)流量發生變(biàn)化但測量值(zhí)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(jiē)部分；探測⛹🏻‍♀️器(qi)安裝尺寸是(shì)否正确；探測(ce)器表面是否(fou)塗有足夠的(de)潤滑脂；嘗試(shi)更換探測法(fǎ)類型；避免使(shǐ)用加長電纜(lǎn)。
4 不确定度評(píng)定實例
本文(wén)利用超聲波(bō)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(mo)型
利用超聲(shēng)波流量計在(zài)線計量浮子(zi)流量計，相當(dang)于采用㊙️标準(zhun)表🔴法進行計(jì)量。标準流量(liàng)計和被檢流(liu)量計串聯在(zài)現有的流🎯量(liàng)管道上，刻度(dù)狀态相同，流(liú)量💘無需經過(guo)修正。示值誤(wu)差根據下式(shì)：
（3）
式中：qm—被檢浮(fú)子流量計的(de)流量顯示值(zhí)，L/min；
qv—标準超聲波(bō)流量計的流(liú)量實際值，L/min；
qmax—被(bèi)校流量計的(de)上限刻度值(zhí)，L/min。
标準不确定(dìng)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(liang)qm的不确定度(du)
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(shí)，對被檢流量(liang)計測量10次，結(jié)果如表1。
表1
 
測(ce)量平均值 ，标(biāo)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(fú)性或儀表分(fen)辨力引入的(de)不确定度：u1（qv）
超(chāo)聲波流量計(jì)在80L/min時，對被檢(jian)流量計測量(liàng)10次，結果如表(biao)2。
表2
 
測量平均(jun)值 ，标準方差(cha)S=0.022L/min，u1（qv）=
超聲波流量(liang)計分辨力引(yin)入的不确定(dìng)度：
儀表的分(fen)辨力爲0.001L/min；按均(jun1)勻分布計算(suàn)k= ，則u1（qv）=0.00058L/min
在兩者中(zhōng)去較大者，0.007L/min＞0.00058L/min，則(ze)u1（qv）=0.007L/min
②超聲波流量(liàng)計示值誤差(cha)引入的不确(què)定度：
示值誤(wù)差爲流量讀(dú)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(qi)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(chu)：測量不确定(ding)度🤞的🍉來🏒源主(zhu)要是超聲波(bō)流量計的示(shì)值誤差，其次(cì)是⛹🏻‍♀️浮子流量(liàng)計的測量重(zhong)複🌍性，最小的(de)是超聲波流(liu)量👄計的測量(liàng)重複性。
雖然(ran)不确定度的(de)來源主要是(shi)标準器的精(jing)度，但是🌏測量(liang)前期的‼️準備(bei)工作，包括：現(xian)場環境與校(xiao)準條件的确(què)認，探🚶測器安(ān)裝位置📱與探(tan)測法的選擇(zé)等。這些因素(sù)也很大程度(du)影響了測量(liang)結果。

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