超声波流量计在水计量中的应用

为解决液体物料计量的问题, 我石化公司先后采用了孔板流量计、涡街流量计、容积流量计、质量流量计、超声波流量计等进行计量, 这些技术的推广应用, 解决了计量问题, 同时也带来了如何正确使用和维护、如何确保计量的长期准确性的难题。我们开发利用超声波流量计在线比对水流量的方法, 解决了长期困扰的水计量问题, 为更好地服务于生产和加强计量管理工作发挥了重要作用。

1 流量计要准确

我公司近几年来在物料和公用工程计量中,对水的计量问题的处理越来越多, 水资源短缺、水价上涨, 直接影响到产品成本, 节约水就是降低成本。另外, 除生产用水外, 公司还负责生活区、厂区附近许多小企业的物料及水、电、气等, 水线的分布非常复杂, 涉及面广, 计量管理难度大。虽然公司近几年在主要装置生产线上安装了流量计, 但由于企业的连续生产的特点, 其准确性难于确认。一些计量仪表在大修期间拆卸下来待检定, 因国内目前只有少数几个单位有国家授权的大流量检定装置, 异地标定困难大、费用高、浪费人力物力。

2 使用超声波流量计

国家在 1985 年 6 月正式颁布了《中华人民共和国计量法》, 涉及到企业强检计量器需按检定周期及时送到政府计量行政部门指定的法定技术机构进行检定。

国家技术监督局于 1995 年 5 月 1 日颁布实施国家标准 GB/T19022.1- 1994- ISO10012- 1《测量设备的质量保证要求: 测量设备的计量确认体系》, 内容是: 校准方法和校准用标准器的选择,可根据本单位的实际情况, 参考有关检定系统图选取。在不能按检定系统图选取时, 应保证校准设备 (含有保准) 的合成不确定度不超过被确认器具的最大允许误差的 1/3～1/5。没有合适的标准器时, 可采用比对的方法。如果比对的结果稳定性、复现性均好, 而系统误差不大时, 则比对的结果可作为确认的依据。国家的这一规定, 使无法检定的测量设备可以采用校准或比对的方法进行确认。而超声波流量计在线使用中具有独特的优点: 它不接触被测介质, 不干扰流场, 在外侧测量管内流动液体的流速, 无压力损失, 使用安全方便快捷, 是理想的在线测试设备。

3 测量原理

超声波按测量原理分类有: 传播时间法、多普勒效应法、波束偏移法、相关法和噪声法等,我们用得最多的是传播时间法和多普勒效应法。这里我介绍一下传播时间法, 见图 1。

声波在流体中传播, 顺流方向声波传播速度增大, 逆流方向减小, 同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速有关求取流速, 称之传播时间法。又按测量具体参数不同, 分为时差法、相位差法和频差法。超声波从换能器 1 到换能器 2 之间顺逆流关系式为