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隨著現(xiàn)代化工業(yè)及電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波流量計越來越多的應(yīng)用到石油、化工、冶金、電力、給排水等多方面，其方便攜帶和安裝的特性使其得到普遍青睞。但受現(xiàn)場環(huán)境、安裝方式、測量準(zhǔn)確度等方面的影響，其計量準(zhǔn)確度有待進(jìn)一步的提高。特別是作為標(biāo)準(zhǔn)表校準(zhǔn)或檢定其他流量計時，其計量準(zhǔn)確性顯得尤為重要和關(guān)鍵。影響超聲波流量計計量準(zhǔn)確度的因素有多方面，包括現(xiàn)場環(huán)境、流體介質(zhì)、安裝管道、安裝方式等。所以，理清它們與計量準(zhǔn)確度之間的定量關(guān)系，成為提高超聲波流量計計量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵所在。
本文主要研究安裝管道對超聲波流量計計量準(zhǔn)確度的影響。安裝管道包括管道的材質(zhì)、內(nèi)徑、壁厚等。由于管道材質(zhì)比較容易確定，不存在爭議，所以本文重點研究管道內(nèi)徑和壁厚兩個因素。在實驗室環(huán)境下，利用實驗室的標(biāo)準(zhǔn)裝置和計量器具進(jìn)行多組實驗，從管道內(nèi)徑和壁厚兩個方面分別研究與超聲波流量計瞬時流量之間的關(guān)系，以期從大量數(shù)據(jù)中分析他們之間的定量關(guān)系。進(jìn)而綜合兩個方面的因素，建立管道與超聲波流量計計量準(zhǔn)確度的數(shù)學(xué)模型，從而定量研究兩者之間的相關(guān)關(guān)系。
1、實驗條件
實驗室環(huán)境溫度：28.2℃，相對濕度35%RH。研究采用PT878 液體超聲波流量計，準(zhǔn)確度等級為0.5 級，是在用的標(biāo)準(zhǔn)計量器具。實驗使用的標(biāo)準(zhǔn)裝置是靜態(tài)水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，準(zhǔn)確度等級為0.05 級。
流量計安裝在DN200 mm 的標(biāo)準(zhǔn)直管道上，管道長度為6000mm，內(nèi)徑為200.00mm，壁厚為4.60mm，材質(zhì)為碳鋼，無襯里，標(biāo)準(zhǔn)安裝距離：184.29mm，V法安裝，介質(zhì)為循環(huán)水，介質(zhì)溫度為29.2℃，信號強(qiáng)度63.2，瞬時流量設(shè)為200.00m3/h。
2、管道內(nèi)徑與瞬時流量的關(guān)系
眾多研究表明，在用超聲波流量計進(jìn)行流量計量時，管道內(nèi)徑的準(zhǔn)確輸入對流量的度影響很大[8]。但兩者之間究竟是怎樣的定量關(guān)系卻沒有一個明確答案。有人提出管道內(nèi)徑誤差±1%會相應(yīng)引起±2%的流量誤差，但這一概念比較模糊；也有人針對這一問題做過一些實驗，但也只是證明了流量受內(nèi)徑的影響很大。
本實驗的標(biāo)準(zhǔn)管道內(nèi)徑是200.00mm，超聲波流量計瞬時流量為200.07 m3/h。在實驗環(huán)境、操作方法和其他參數(shù)保持不變的前提下，分別設(shè)定相對誤差為±1%、±3%、±5%、±10%的內(nèi)徑，觀察瞬時流量的變化。分別輸入設(shè)定的管道內(nèi)徑，等待瞬時流量穩(wěn)定5 min，采用多次讀數(shù)取平均值的方法（n=10）讀取瞬時流量的值。
對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計算，得到表1。從表中的數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：（1）超聲波流量計的瞬時流量隨內(nèi)徑的增大而增大，反之亦然，即瞬時流量與內(nèi)徑成正比關(guān)系；（2）瞬時流量的誤差隨內(nèi)徑誤差的增大而增大，誤差比在1.5～2.5 之間；（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合瞬時流量誤差與內(nèi)徑誤差的數(shù)學(xué)關(guān)系模型為（見圖1）。
y=1.999 7x1+0.117
式中：y———瞬時流量相對誤差，%；
x1———內(nèi)徑相對誤差，%。
r2=0.992 5。
道內(nèi)徑之間的關(guān)系。只要知道了內(nèi)徑的相對誤差，即可代入模型，得出瞬時流量的相對誤差，從而實現(xiàn)對超聲波流量計瞬時流量地有效修正。
在實際使用中，由于污垢、介質(zhì)的沉淀，管道內(nèi)徑逐漸變小，內(nèi)徑實際值逐漸減小，即其輸入值偏離實際值越來越大，測得的瞬時流量也就偏離實際流量越來越遠(yuǎn)。可見，管道內(nèi)徑值的正確輸入對超聲波流量計的計量至關(guān)重要。所以，有必要針對管道內(nèi)徑作定期的測量，在不方便改變流量計參數(shù)設(shè)置和安裝現(xiàn)狀的情況下，可以根據(jù)數(shù)學(xué)模型對測得的
瞬時流量進(jìn)行有效修正，從而避免內(nèi)徑誤差對流量計計量準(zhǔn)確度的影響。
3、管道壁厚與瞬時流量的關(guān)系
本實驗的標(biāo)準(zhǔn)管道壁厚是4.60mm，超聲波流量計瞬時流量為200.10m3/h。在實驗環(huán)境、操作方法和其他參數(shù)保持不變的前提下，改變壁厚的設(shè)定值，觀察瞬時流量的變化，如表2 所示。根據(jù)兩者的相對誤差可以分析得出：瞬時流量的變化與壁厚成反比關(guān)系，即壁厚減小時瞬時流量增大，反之亦然；瞬時流量誤差隨壁厚誤差增大而增大，兩者基本成線性關(guān)系；擬合瞬時流量誤差和壁厚誤差的關(guān)系曲線（見圖2），得到數(shù)學(xué)關(guān)系模型：
y=-0.047 7x2-0.565 1
式中：y———瞬時流量相對誤差，%；
x2———壁厚相對誤差，%。
r2=0.965 7。
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