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摘 要：本文介紹了單路和多路式超聲流量計(jì)在不同安裝條件下的測(cè)試情況，其中包括流量計(jì)內(nèi)管的流速分布測(cè)量和常見上游擾動(dòng)形式對(duì)流量計(jì)性能的影響。測(cè)試的擾動(dòng)源有單彎頭、平面雙彎頭和非平面雙彎頭三種形式，其中有的擾動(dòng)源下游還另配了整流器。被測(cè)的超聲流量計(jì)為單路和多路式各兩臺(tái)兩種品牌。這次測(cè)試工作是由氣體研究學(xué)會(huì)（GRI）資助，并在位于西南研究院（SwRI）的GRI測(cè)量研究裝置MRF上完成的。測(cè)試結(jié)果表明：在天然氣計(jì)量站中，氣體流量計(jì)上游的典型管路配置所產(chǎn)生的流速擾動(dòng)，至少需要100倍管徑長(zhǎng)度的直管段才能*予以消除。超聲流量計(jì)對(duì)流速分布發(fā)展情況的敏感程度隨其類型的不同而不同。整流器雖能減小流速擾動(dòng)，但并不總是有益于流量計(jì)的性能。測(cè)試結(jié)果還表明：流速擾動(dòng)引起的流量計(jì)性能漂移可以通過(guò)實(shí)測(cè)的流速分布圖計(jì)算出來(lái)。
 

一、序　　 言
 

　　 自從超聲流量計(jì)一誕生，人們就知道流體的流速分布形態(tài)直接影響超聲波束穿過(guò)流體的時(shí)間差，而波束穿越時(shí)間則是推算流量所必需的測(cè)量參數(shù)，將它的測(cè)量值與流量計(jì)的幾何參數(shù)結(jié)合起來(lái)，就可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)單次波束測(cè)得的線平均流速。但流量測(cè)量需要流量計(jì)處的體平均速度。從線速度到體速度的換算方法有兩種選擇，一種是切實(shí)掌握流速的實(shí)際分布形態(tài)，一種是選用一路或多路通道使流速分布形態(tài)不影響流量計(jì)量。這些流速分布形態(tài)可以是事先假定的，也可以由多聲路測(cè)量法實(shí)際測(cè)定。單路式超聲流量計(jì)一般都是基于一種假定的流速分布形態(tài)，結(jié)果它對(duì)實(shí)際形態(tài)上的偏離很敏感；對(duì)于典型配管布置所產(chǎn)生的速度分布，多路式超聲流量計(jì)的敏感程度較單路式要小。
　　 經(jīng)常與其它流量計(jì)配合使用的整流器，也可以提高超聲流量計(jì)的性能。整流器能夠提供與流量計(jì)的要求相一致的流速分布形式和／或消除可能降低流量計(jì)性能的流速擾動(dòng)（如旋渦）。
　　 本文闡述了常見管配件（經(jīng)簡(jiǎn)化的，整流器可有可無(wú)）對(duì)流速分布產(chǎn)生的影響與單路和多路式超聲流量計(jì)計(jì)量性能之間的關(guān)系，并通過(guò)測(cè)定流量計(jì)內(nèi)管流速分布圖和上游管配件對(duì)流量計(jì)測(cè)量誤差的貢獻(xiàn)大小說(shuō)明了這一關(guān)系。另外，本文還提供了利用計(jì)算流體力學(xué)方法（CFD）預(yù)測(cè)超聲流量計(jì)計(jì)量／工藝性能的驗(yàn)證資料。這種CFD模型的驗(yàn)證結(jié)果提高了事先預(yù)測(cè)很多管配件對(duì)超聲流量計(jì)性能影響的準(zhǔn)確性，而這些管配件在流量計(jì)的安裝過(guò)程中是有可能經(jīng)常遇到的。
 

二、測(cè)試方法
 

　　 這些測(cè)試試驗(yàn)是在位于西南研究院的氣體研究學(xué)會(huì)所屬測(cè)量研究裝置上進(jìn)行的。測(cè)試的管件配置形式有多種，測(cè)試樣機(jī)有4臺(tái)，單路和多路式超聲流量計(jì)各2臺(tái)，它們均是可以直接用于貿(mào)易交接的8 in超聲流量計(jì)，而且均由制造商無(wú)償提供給本次試驗(yàn)。具體的測(cè)試工作是在以經(jīng)過(guò)稱重罐標(biāo)定的臨界流噴嘴為基準(zhǔn)的GRI-MRF高壓回路（HPL）上進(jìn)行的。測(cè)試方法在過(guò)去已做過(guò)介紹（參見Grimley和Bowles的1997年文獻(xiàn)）。另外在這些測(cè)試試驗(yàn)中，有的管配組件還包括了整流器。
　　 流速分布圖是采用專為流速分布測(cè)量而設(shè)計(jì)的直筒測(cè)量管測(cè)定的，它取代被測(cè)流量計(jì)，并經(jīng)過(guò)精心安裝和調(diào)試，以確保流速測(cè)量點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。安裝在測(cè)量管外的探頭自動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可以在測(cè)量管圓周方向的四個(gè)測(cè)量位置上使用，因此可以探測(cè)到測(cè)量管直徑方向上的任意一點(diǎn)上的流速。
　　 對(duì)于各速度分布截面，動(dòng)壓測(cè)量采用45 o 增量，沿管徑7.981 in方向上采用0.25 in的步長(zhǎng)。測(cè)量用的壓力傳感器是聯(lián)合傳感器（United Sensor）制造的3孔"W-探頭"。"W-探頭"配置的中心孔可以測(cè)定綜合動(dòng)壓，并用于計(jì)算局部流速。旋轉(zhuǎn)探頭直至兩端開口上的壓力平衡，探頭的旋轉(zhuǎn)角度則可用于測(cè)量周向流動(dòng)的角度。通過(guò)基于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和基于PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以測(cè)量并控制探頭的位移量、旋轉(zhuǎn)量和壓力值。
　　 為保證流速分布測(cè)量點(diǎn)上的流速測(cè)量與MRF臨界流噴嘴的基準(zhǔn)流速的測(cè)量同步，流速分布測(cè)量的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也由MRF數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制。同基準(zhǔn)流速的計(jì)算方法一樣，平均流速也用于每個(gè)流速分布點(diǎn)的測(cè)量值的修正。