传感器安装距离对超声波流量计计量精度的影响分析

　　众所周知，传感器的安装距离影响着超声波流量计的流量示值[1]。但两者之间到底是怎样的定量关系却没有一个统一的观点。有人提出: 流量与安装距离的误差成反比关系，比值为 1，即安装距离增加 1% ，瞬时流量减少 1% ，反之亦然[2]; 又有人提出: 流量与安装距离的误差成正比关系，且比值接近 2[3，4]。同时，在实际使用中，现场环境并不一定能够满足理想的安装条件，那么在这种情况下确定安装距离对计量精度的影响显得十分重要。针对以上两个方面的问题，本文尝试建立安装距离与流量示值之间的数学模型，确定两者之间的定量关系;同时，在已知安装距离误差的情况下能够确定流量示值的误差，从而避免了安装距离对流量示值的影响，提高了流量计的计量精度，体现出重要的实用价值。

　　1 实验条件

　　实验室环境温度: 28. 2℃，相对湿度: 35% RH。采用的液体超声波流量计，生产商: GE Panametrics，型号: PT878，计量精度: 0. 5 级，是在用的标准计量器具。

　　流量计安装在 DN200mm 的标准直管道上，管道长度: 6000mm，壁厚: 4. 60mm，内径: 200. 00mm，材质: 碳钢，无衬里。介质: 循环水，介质温度:29. 2℃ ，信号强度: 56. 2，通过控制阀设定管道瞬时流量为 200. 00m3/ h。传感器采用 V 法安装，标准安装距离: 184. 29mm。

　　2 实验方法

　　在实验室环境下，设置好以上的参数，把传感器安装在管道上，安装距离为 184. 29mm。等待瞬时流量稳定 5min，采用多次读数取平均值的方法 ( n =10) 读取瞬时流量的值。在不改变其他参数的前提下，逐步改变安装距离，使得其误差分别为: ±1%、± 2% 、 ± 5% 、 ± 10% ，分别记录瞬时流量的值。计算得到 9 组数据见表 1。

　　3 实验结果

　　根据表 1 的数据可以看出，瞬时流量随安装距离的变化成正比关系，且流量误差与安装距离误差也成正比关系，两者误差的比值为 1 ～2。建立两者的数学关系并拟合数学关系模型 ( 见图 1) :

　　式中: y 为流量误差，%; x 为安装距离误差，%;R2= 0. 9974，R 为相关系数，表征数学关系模型与原始数据的相关程度。

　　4 实验结论

　　根据以上的实验结果，得出如下结论:

　　( 1) 超声波流量计流量与安装距离的误差成正比关系，即安装距离增加时，流量误差增大，安装距离减小时，流量误差也减小。

　　( 2) 超声波流量计流量误差与安装距离误差的比值为 1 ～2，是一个范围值，而不是一个确定的值。

　　( 3) 超声波流量计流量误差与安装距离误差的数学关系模型为: y = 0. 0042x3+ 0. 016x2+ 1. 112x -0. 1872，流量误差与安装距离误差的三次方成正比关系，并非简单的线性关系。