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超聲波流量計(jì)實(shí)際應(yīng)用過程中誤差大的原因與排查方法
  • 發(fā)布日期:2021-03-26      瀏覽次數(shù):2474
    • 多欽儀表(上海)有限公司專注于流量計(jì)與服務(wù)   技術(shù)之窗


      超聲波流量計(jì)測量誤差大的原因誤差原因:
      根據(jù)超聲波流量計(jì)的計(jì)量原理及計(jì)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(diǎn):
      (1) 超聲傳播時(shí)延估計(jì)使用的時(shí)間基準(zhǔn)誤差。
      (2)超聲的實(shí)際傳播長度誤差。
      (3)安裝效應(yīng)導(dǎo)致面平均流速測量誤差。
      (4)信號失真導(dǎo)致的流場信息獲取不準(zhǔn)確。


      超聲波流量計(jì)減小誤差的方法:
      (1) 測量位置應(yīng)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(diǎn)選擇應(yīng)盡可能遠(yuǎn)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(shí),應(yīng)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(shí)產(chǎn)生的波束干擾[5]。
      (4)避免在雷諾數(shù)過渡區(qū)測量,當(dāng)1000 <Re< 5000可以獲得非常好精度。
      (5) 測量點(diǎn)處應(yīng)無焊縫,無振動及無電磁干擾源等;提供測試管道設(shè)計(jì)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(jìn)行復(fù)核,為減小誤差,管道外徑及壁厚應(yīng)進(jìn)行多點(diǎn)測量后取其平均值。
      (6) 管路管材應(yīng)均勻密實(shí),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(jì)與液體超聲波流量計(jì)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(zhǔn).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(yīng)在管道外壁粘貼氣體耦合劑薄膜,貼時(shí)應(yīng)盡量減少氣泡的產(chǎn)生,防止空氣、沙塵和銹跡進(jìn)入;如產(chǎn)生氣泡應(yīng)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(jìn)行測量。
      (10)夾具應(yīng)固定在換能器的中心部分,使之不易滑動。


      抗噪膜技術(shù)應(yīng)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(yán)重影響測量信噪比,導(dǎo)致計(jì)量誤差大,現(xiàn)場顯示數(shù)據(jù)比實(shí)際產(chǎn)氣量偏低??乖肽?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(jì)量精度的高效方法。
      抗噪膜厚度計(jì)算抗噪膜的厚度以四分之一超聲波波長選擇,對應(yīng)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(dá)式為:
      聲速在抗噪膜的數(shù)值為1838160 mm/s,可以計(jì)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(yīng)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(shí)流量為15.2方/天,信噪比低于10:1 的計(jì)量要求,并且測得流量與實(shí)際不相符。添加3層CC129抗噪膜后信號強(qiáng)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(shí)際,圖3、圖4所示。


      結(jié)論
      超聲波流量計(jì)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(zhǔn)確計(jì)量流量,但由于安裝問題、、工況條件等因素使得信號失真,導(dǎo)致計(jì)量誤差較大。