超聲波流量計實際應用過程中誤差大的原因與排查方法

多欽儀表（上海）有限公司專注于流量計與服務(wù)   技術(shù)之窗

超聲波流量計測量誤差大的原因誤差原因：
根據(jù)超聲波流量計的計量原理及計算公式以及測量不確定度分析，從誤差源的性質(zhì)和發(fā)生原因[2- 3]可以歸結(jié)為以下幾
點:
(1) 超聲傳播時延估計使用的時間基準誤差。
(2)超聲的實際傳播長度誤差。
(3)安裝效應導致面平均流速測量誤差。
(4)信號失真導致的流場信息獲取不準確。

超聲波流量計減小誤差的方法：
(1) 測量位置應選在探頭上游大于10D和下游大于5D,充滿液體的直管段處;雙彎管和半開閥需要更多直管段;對于外夾式氣體系統(tǒng)，建議非常小采用20倍的上游直管段[4]。
(2)測量點選擇應盡可能遠離泵、閥門等設(shè)備，避免干擾。因要盡可能測量平直流體,避免素流帶來的測量誤差。
(3) 傳感器在水平管線上安裝時，應與垂直線有非常小20°的夾角。以避免氣體在管道頂部聚集時產(chǎn)生的波束干擾[5]。
(4)避免在雷諾數(shù)過渡區(qū)測量，當1000 <Re< 5000可以獲得非常好精度。
(5) 測量點處應無焊縫，無振動及無電磁干擾源等;提供測試管道設(shè)計參數(shù)，現(xiàn)場用卡尺或鋼卷尺和超聲波測厚儀對管道外徑及壁厚進行復核，為減小誤差，管道外徑及壁厚應進行多點測量后取其平均值。
(6) 管路管材應均勻密實,易于超聲波傳播。
(7)必須把待安裝換能器的金 屬管道表面打磨3倍探頭面積，去掉銹跡油漆，使管壁表面光滑平整，露出管道金屬的原有表面并保持原有弧度。
(8)氣體超聲波流量計與液體超聲波流量計相比，測量信號更容易受到噪音信號干擾，如果信噪比在10:1 以下，就無法準.確測量[6]。因此在將換能器固定在管道上前，為減小管道噪音信號對測量結(jié)果的影響，應在管道外壁粘貼氣體耦合劑薄膜,貼時應盡量減少氣泡的產(chǎn)生，防止空氣、沙塵和銹跡進入;如產(chǎn)生氣泡應將氣泡弄破，釋放出氣體。
(9)充分考慮管內(nèi)硫沉積，結(jié)垢和腐蝕等狀況，盡可能選擇管內(nèi)無沉積物，無腐蝕的管段進行測量。
(10)夾具應固定在換能器的中心部分，使之不易滑動。

抗噪膜技術(shù)應用：
由于四川某氣田X集氣站管道材質(zhì)不均勻，造成超聲波反射和散射形成雜波而產(chǎn)生噪音，嚴重影響測量信噪比，導致計量誤差大，現(xiàn)場顯示數(shù)據(jù)比實際產(chǎn)氣量偏低。抗噪膜(或稱阻尼膜)技術(shù)能過濾反射波,保留透射波,有效去除噪音，提高信噪比，并且對管壁無影響，是一種提高計量精度的高效方法。
抗噪膜厚度計算抗噪膜的厚度以四分之一超聲波波長選擇，對應頻率采用探頭的中間頻率為144，諧振頻率32/144 =0.222 MHZ,波長λ表達式為:
聲速在抗噪膜的數(shù)值為1838160 mm/s，可以計算的得到超聲波波長為8.28mm那么抗噪膜的厚度按1/4波長來選擇,則抗噪膜的厚度為2.07mm。以CC129參數(shù)規(guī)范，每張抗噪膜的厚度是0.027inches, 換算單位后約為0.69mm，因此在該工況條件下需要使用3張抗噪膜，能夠?qū)崿F(xiàn)有效降低噪音影響。
4.2應用效果
以四川某氣田X集氣站外輸流量為例，安裝抗噪膜前信噪比為5:1,瞬時流量為15.2方/天，信噪比低于10:1 的計量要求，并且測得流量與實際不相符。添加3層CC129抗噪膜后信號強度得到增加，信噪比提高至43，外輸流量顯示為29.5方/天,該氣量符合生產(chǎn)實際，圖3、圖4所示。

結(jié)論
超聲波流量計利用聲波傳播速度與流體流速存在矢疊加關(guān)系，通過檢測聲波信號的變化來獲取流量信息，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準確計量流量，但由于安裝問題、、工況條件等因素使得信號失真，導致計量誤差較大。