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超声波流量计测量误差分析

时间:2017-03-14 12:47 来源:http://www.shslgs.com 点击数:

导致超声波流量计测量产生误差的原因较多,在实际测量中,我们发现管道、探头是否清洁,测量温度、测量范围、标况压力与工作条件都是测量误差产生的原因。为了提高超声波流量计测量的精度,使测量结果达到国家相关要求,本文对超声波流量测量误差原因进行了分析。

1 超声波的组成与测量原理

 

超声波流量计主要由三个部分组成,包括超声波换能器,流量显示及电子线路,累积系统。超声波发射换能器能够将电能转换为超声波能量,并发射到被测的流体中,再由接收器接进行超声波信号的接受,接收到的超声波信号精电子线路放大,然后并转换为电信号(代表流量)进行显示,最后通过积算仪表进行显示和积算,最终实现流量的检测和显示。超声波流量计是基于超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息,通过接收到的超声波来进行流体流速的检测的,进而换算成流量(图 1)。

 原理1.jpg

2 超声波流量计测量误差分析

 

在本研究中,以按照国家标准 GB/T18604-2001 设计的 CL-1 型多声道气体超声波流量计为例,进行测量误差分析。某天然气场站天然气管网引进并投用了国产 CL-1 型气体超声波流量计,其设计精度等级为 0.5 级,并经检验满足准确度等级为 1.0 级的超声波流量计要求(国家石油天然气大流量计站检验)与国家计量检定规程,能够用于贸易交易。而其下游用户公司则采用 Daniel4 声道流量计进行对接,其设计精度为 0.5 级,并经检验符合设计要求。为方便对比,均以 Daniel4 声道流量计为基准表。

 

贸易交接中,投用当天,Daniel4 声道流量计累计流量高于 CL-1 超声流量计输差率-1.4%,不仅超过 1.0 精度要求,并远高于 0.5 级等级,其具体数据见表 1。针对流量计误差较高的现象对可能引起测量误差的因素进行了逐项调查分析。

2.1 换能器探头、管道污物影响分析

当超声换能器的表面存在水、水合物、冷凝液、凝析油等堆积物时,可能造成装置在不经过流体的情况下进行超声波脉冲的传送,造成超声波路径发生脱落现象,产生较大的

测量误差。当管壁上结垢时,探头上有污物就会造成声程的变短,而测量的声时 t 也就会变小,由于声程 L 属于定值,因此在换能器探头有污物、管道结垢的情况下就会导致实际测量中流量的变大。在检查中,采用污水酒精对超声探头进行擦拭,以便清除污物,但在检查中并未发现很脏,因此排除换能器探头、管道污物的影响。

2.2 温度变送器测量值影响分析

 

超声波流量计中温度变送器是用于对气体温度检测的,温度测量值则用于标况流量计算。一对换能器间的距离、换能器与管道轴向间的夹角、管道的直径在工作状态下均应为真实值,但是在实际工作中,当温度较高或者较低就会造成材料的热胀冷缩,使其尺寸与真实值之间相差较大,为此流量计在进行计算时需要进行实时的修正,避免较大测量误差的产生。

 

投用的流量计温度变送器标准信号输出为 4-20mA,量程为-20~80℃,经计算-20℃50℃80℃时,基本误差分别

 

0.02mA0.04 mA0.05 mA,均在误差范围类,检定合格。为判断是否为温度变送器的输出问题,现则输出信号 12.37 mA,经计算实际温度 T 32.32℃,而温度变送器显示温度

 

32.33℃,以此判断输出正常。

工况流量范围影响分析

 

工况流量范围内存在临界流量,通常为最大流量的 10%CL-1 作为高压大流量超声流量计,一般在大流量区间准确度较高。当超声流量计在临界流量以下工作时,准确度将降低。该流量计的计量范围为 38-1900m3/h(临界流量 190 m3/h),根据表 1 最低瞬时流量 8418m3/h,及其对应温度与压力进行计算,其工况流量为 398 m3/h。由于工况流量大于临界流量,因此不存在临界流量计量对误差的影响。

原理2.jpg

2.4 压力变送器测量值影响分析

 

超声波流量计的压力变送器用于进行气体标况压力的检测,计算结果则用于标况流量的计算。压力变送器标准信号输出为 4-20mA,量程为 0-50Mpa,经检定符合等级 0.5 级标准。通过对上游阀门与下游阀门两条支路的压力实时数据的对比发现 CL-1 超声波流量计压变数值高于 Daniel4 声道流量计压变显示值月 0.1Mpa,因此 CL-1 超声波流量计压变肯呢过为绝压表。为此,在检查中采用手操器来获得压变量程 100-512Kpa,但是 CL-1 超声波流量计设定参与标况计算的压力值为表压值,因此检查判定误差产生的一个原因为压力变送器上传的压力值。为此,采用手操器对压力变送器的量程进行修正,为 0-5000Kpa,经检验修改后压力变送器输出正常。

2.5 工作条件影响分析

 

对超声波流量计的工作条件进行分析,经检查,流量计的工作温度均处于合理的范围(-25~55℃),但实际工作压力大于 2.1Mpa(标准工作压力为 1~1.2Mpa),与厂家沟通了解到试验标定压力上限为 2.0Mpa,由此判断实际工作压力超过设计值是误差产生的一个直接原因。

 

压力与温度的变化对流量计测量管段与附件的尺寸有着直接的影响,并导致换能器间距离、流量计算中管道截面积、超声波传播路径、以及管道轴线间角度的变化,若不进行修正,就会导致流量测量误差的产生。