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1 超聲波流量計(jì)原理

常用的超聲波流量計(jì)有2種原理：時(shí)差法和多普勒法。

1.1 時(shí)差法原理

超聲波信號(hào)在流體中，順流時(shí)信號(hào)傳播速度快，傳播時(shí)間短；逆流時(shí)信號(hào)傳播速度慢，傳播時(shí)間長(zhǎng)，利用超聲波信號(hào)在流體中順逆流方向聲波信號(hào)傳播時(shí)間存 在差值，即時(shí)差，可以計(jì)算出流體流量。時(shí)差法較適于測(cè)量純凈液體，有較多氣泡的液體或懸浮物會(huì)阻礙聲脈沖正常傳播，導(dǎo)致不能正常測(cè)量。

1.2 多普勒法原理

超聲波信號(hào)在傳播路徑上遇到微小浮游物（懸浮物質(zhì)或微小氣泡）而被散射，超聲接收器能夠接收散射后的超聲波信號(hào)。發(fā)射信 號(hào)頻率受多普勒效應(yīng)的影響后變?yōu)椴煌慕邮招盘?hào)頻率，2個(gè)頻率之差與流體流速有確定的數(shù)量關(guān)系，由此可以計(jì)算出流體流量。多普勒法流量計(jì)不能測(cè)量清潔的流 體，僅能測(cè)量約50mg/L以上濁度的流體。同時(shí)多普勒法測(cè)量精度低于時(shí)差法，一般為2.0級(jí)，即2%滿量程誤差（2%F.S.）。

2 超聲波流量計(jì)使用注意事項(xiàng)

近幾年，隨著超聲波流量計(jì)在污水流量計(jì)在線校準(zhǔn)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，流量計(jì)準(zhǔn)確性不高的問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái)，原因主要是操作不規(guī)范和流量計(jì)自身問(wèn)題。

2.1 操作不規(guī)范

管道方面，技術(shù)人員經(jīng)常不按照標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程進(jìn)行操作，例如未準(zhǔn)確測(cè)量管道外徑、周長(zhǎng)、壁厚、接觸溫度等，這些參數(shù)都會(huì)對(duì)超聲流量計(jì)的原始數(shù)據(jù)修正產(chǎn)生重要影響。

安裝方式方面，技術(shù)人員經(jīng)常不按照管道大小和信號(hào)強(qiáng)度選擇安裝方式，往往選擇流量計(jì)的默認(rèn)雙聲程模式。正確的安裝方式為：在大管道和復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)采用單聲程；在小管道和信號(hào)特強(qiáng)的情況下選擇多聲程。

安裝位置方面，技術(shù)人員往往隨意放置超聲探頭，且不確認(rèn)管道污水是否滿管這一重要的測(cè)量條件。正確的安裝位置為：應(yīng)選擇管道的水平中間位置放置探頭；只有在管道滿管的條件下才能進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，流體向上流的垂直管道能保證滿管流。

除此以外，現(xiàn)場(chǎng)的管道內(nèi)襯的種類和厚度等重要參數(shù)往往很難獲得，這些也嚴(yán)重影響了流量計(jì)的準(zhǔn)確性。

2.2 超聲波流量計(jì)自身問(wèn)題

首先是時(shí)差法和多普勒法流量計(jì)的選用。時(shí)差法流量計(jì)適用于純凈液體的計(jì)量，準(zhǔn)確度優(yōu)于±1.0%；多普勒法流量計(jì)適用于濁度50mg/L以上的流 體。因此，2種原理的流量計(jì)在污水流量計(jì)校準(zhǔn)時(shí)的選用非常重要。一般情況下，管道中污水較干凈時(shí)，可選用時(shí)差法；當(dāng)污水較渾濁時(shí)，應(yīng)選用多普勒法。但是污 水干凈還是渾濁在現(xiàn)場(chǎng)很難被定量界定，因此選用這2種原理的流量計(jì)沒(méi)有通用方法可遵循，導(dǎo)致流量計(jì)自身計(jì)量不準(zhǔn)確，更談不上校準(zhǔn)污水流量計(jì)了。

其次超聲波接收也存在缺陷。超聲波由于是通過(guò)在管道中發(fā)射和接收超聲信號(hào)來(lái)測(cè)量流體流量的，所以管道材質(zhì)對(duì)超聲的折射、流體中雜質(zhì)對(duì)超聲的反射和散 射、流體中隨機(jī)存在的氣泡和雜質(zhì)的含量高低都會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生不穩(wěn)定的影響。油田污水中含有不少的原油、砂礫、氣泡、化學(xué)藥劑等，管道內(nèi)環(huán)境十分復(fù)雜和多變， 嚴(yán)重影響了測(cè)量的精度。

針對(duì)超聲波流量計(jì)在污水流量計(jì)在線校準(zhǔn)中準(zhǔn)確性不高的問(wèn)題。在近一年的的時(shí)間里，使用26臺(tái)檢定合格的污水流量計(jì)作為參考流量計(jì)，對(duì)4臺(tái)超聲波流量計(jì)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)在線校準(zhǔn)，通過(guò)大量的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，討論超聲波流量計(jì)在污水流量計(jì)校準(zhǔn)中的作用。

3.1 流量計(jì)的選擇

為了使試驗(yàn)具有代表性，便攜式超聲波流量計(jì)選用某國(guó)外廠商的時(shí)差式A型、多普勒B型，國(guó)內(nèi)廠商的時(shí)差式C型、多普勒D型各1臺(tái)，均檢定合格且在檢定周期內(nèi)。26臺(tái)污水流量計(jì)為檢定合格后第1次使用的，且在檢定周期內(nèi)。

3.2 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

本試驗(yàn)嚴(yán)格遵循超聲波流量計(jì)附帶的使用說(shuō)明及本文中第3章提到的注意事項(xiàng)。

試驗(yàn)中流量計(jì)安裝的管道的直管段符合“*后五”的規(guī)定。試驗(yàn)中所選安裝流量計(jì)的管道為近1年內(nèi)的新管道，盡量避免因管道內(nèi)壁腐蝕導(dǎo)致超聲信號(hào)接收質(zhì)量不高的問(wèn)題。