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管道对超声波流量计计量准确度的影响分析
点击次数:528 发布时间:2014-09-22

随着现代化工业及电子技术的发展,超声波流量计越来越多的应用到石油、化工、冶金、电力、给排水等多方面,其方便携带和安装的特性使其得到普遍青睐。但受现场环境、安装方式、测量准确度等方面的影响,其计量准确度有待进一步的提高。特别是作为标准表校准或检定其他流量计时,其计量准确性显得尤为重要和关键。影响超声波流量计计量准确度的因素有多方面,包括现场环境、流体介质、安装管道、安装方式等。所以,理清它们与计量准确度之间的定量关系,成为提高超声波流量计计量准确度的关键所在。
本文主要研究安装管道对超声波流量计计量准确度的影响。安装管道包括管道的材质、内径、壁厚等。由于管道材质比较容易确定,不存在争议,所以本文重点研究管道内径和壁厚两个因素。在实验室环境下,利用实验室的标准装置和计量器具进行多组实验,从管道内径和壁厚两个方面分别研究与超声波流量计瞬时流量之间的关系,以期从大量数据中分析他们之间的定量关系。进而综合两个方面的因素,建立管道与超声波流量计计量准确度的数学模型,从而定量研究两者之间的相关关系。
1、实验条件
实验室环境温度:28.2℃,相对湿度35%RH。研究采用PT878 液体超声波流量计,准确度等级为0.5 级,是在用的标准计量器具。实验使用的标准装置是静态水流量标准装置,准确度等级为0.05 级。
流量计安装在DN200 mm 的标准直管道上,管道长度为6000mm,内径为200.00mm,壁厚为4.60mm,材质为碳钢,无衬里,标准安装距离:184.29mm,V法安装,介质为循环水,介质温度为29.2℃,信号强度63.2,瞬时流量设为200.00m3/h。
2、管道内径与瞬时流量的关系
众多研究表明,在用超声波流量计进行流量计量时,管道内径的准确输入对流量的度影响很大[8]。但两者之间究竟是怎样的定量关系却没有一个明确答案。有人提出管道内径误差±1%会相应引起±2%的流量误差,但这一概念比较模糊;也有人针对这一问题做过一些实验,但也只是证明了流量受内径的影响很大。
本实验的标准管道内径是200.00mm,超声波流量计瞬时流量为200.07 m3/h。在实验环境、操作方法和其他参数保持不变的前提下,分别设定相对误差为±1%、±3%、±5%、±10%的内径,观察瞬时流量的变化。分别输入设定的管道内径,等待瞬时流量稳定5 min,采用多次读数取平均值的方法(n=10)读取瞬时流量的值。
对实验数据进行分析和计算,得到表1。从表中的数据可以得出如下结论:(1)超声波流量计的瞬时流量随内径的增大而增大,反之亦然,即瞬时流量与内径成正比关系;(2)瞬时流量的误差随内径误差的增大而增大,误差比在1.5~2.5 之间;(3)根据实验数据拟合瞬时流量误差与内径误差的数学关系模型为(见图1)。
y=1.999 7x1+0.117
式中:y———瞬时流量相对误差,%;
x1———内径相对误差,%。
r2=0.992 5。

道内径之间的关系。只要知道了内径的相对误差,即可代入模型,得出瞬时流量的相对误差,从而实现对超声波流量计瞬时流量地有效修正。

在实际使用中,由于污垢、介质的沉淀,管道内径逐渐变小,内径实际值逐渐减小,即其输入值偏离实际值越来越大,测得的瞬时流量也就偏离实际流量越来越远。可见,管道内径值的正确输入对超声波流量计的计量至关重要。所以,有必要针对管道内径作定期的测量,在不方便改变流量计参数设置和安装现状的情况下,可以根据数学模型对测得的
瞬时流量进行有效修正,从而避免内径误差对流量计计量准确度的影响。
3、管道壁厚与瞬时流量的关系
本实验的标准管道壁厚是4.60mm,超声波流量计瞬时流量为200.10m3/h。在实验环境、操作方法和其他参数保持不变的前提下,改变壁厚的设定值,观察瞬时流量的变化,如表2 所示。根据两者的相对误差可以分析得出:瞬时流量的变化与壁厚成反比关系,即壁厚减小时瞬时流量增大,反之亦然;瞬时流量误差随壁厚误差增大而增大,两者基本成线性关系;拟合瞬时流量误差和壁厚误差的关系曲线(见图2),得到数学关系模型:
y=-0.047 7x2-0.565 1
式中:y———瞬时流量相对误差,%;

x2———壁厚相对误差,%。
r2=0.965 7。

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