浅淡超声波流量计气体计量和误差

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摘 要：近些年来，随着经济的快速发展，科学技术领域也获得更大进步，对流量计的技术更新也起到了巨大的推动作用。尤其是在电子技术不断发展的背景下，流量计的种类也不断增加，以此满足各种不同介质的测量要求。本文以超声波流量计为例，对气体超声波流量计计量误差的相关问题进行简单的分析。

关键词：超声波流量计 气体超声波 计量误差

超声波流量计在我国气体计量领域中的应用，始于20世纪末，随着天然气工业的不断发展，已经有越来越多的超声波流量计应用在天然气的计量工作中。超声波流量计在进行气体测量时，能够满足高压、大流量的气体计量要求，并且具有较高的测量精确性。由于气体介质本身的特殊性以及计量现场环境等多种因素的影响，在气体计量中仍然会受到各种因素的影响，使得计量结果的准确性产生一定的误差。因此，对于超声波流量计气体计量误差进行分析是十分必要的。

一、超声波流量计气体测量

超声波流量计进行气体测量的过程，就是通过对超声波沿着气流顺向和逆向传播的生速差、压力和温度等因素的测量，对气体的流速和标准状态下的流量进行测量的过程。常见的气体超声波流量计结构如图1所示。

二、超声波流量计气体计量误差的因素

1.信号因素

利用超声波流量计进行气体计量时，其主要的参数就是气体的传播时间，通过传播时间的获得和计量，才能实现对不同超声波信号的有效处理。因此也可以说，信号的质量是影响超声波流量计气体计量准确性的主要因素。如果超声波的信号质量不高，则对气体传播时间的测量和流量的确定都无法保证其准确性。

2.流场因素

超声波流量计计量过程中，由于管道弯曲所引起的气体二次流动也会对超声波计量的准确性产生影响。当气体流动在弯曲的管道中，二次流动会由于弯管内部和外部的曲率不同而形成不同方向的流动，加之离心力的作用，就会在管道的截面位置形成一个力场，推动管内气体的流动。

3.噪声因素

在超声波流量计气体计量系统中，阀门、整流器等设备都会产生定的噪声，而且在计量现场不断变化的温度和压力条件下，也会对噪声的形成产生一定的影响，而噪声的产生源，主要有流经管道的气流、整流器的运转、调节阀的运转等等，当噪声产生的频率与超声波流量计的工作频率范围一致时，就会对超声波流量计的正常工作产生影响，因为噪声会影响超声波脉冲的探测，进而对测量结果产生影响。另外，有些元件对于噪声较为敏感，当其受到噪声影响时，对元件本身也会产生较大的破坏。

4.脏污堆积

应用超声波流量计进行气体计量时，气体中含有的水分和其他杂质就会在流量计的管道系统内和超声波探头上形成不同程度的堆积，当脏污堆积到一定程度时，就会对计量的结果产生不同的影响。一方面，可能会导致计量表管径的缩小，进而导致计量的数据结果偏高；另一方面，超声波探头上堆积的脏污，对降低探头对超声波测量的敏感性，无法准确的判断气体的压力和流速，在这种情况下就会导致计量的数值偏低。另外，在管壁内侧大量堆积脏污，会导致管壁发生腐蚀现象，而超声波对于管壁内部的堆积物有着不同的敏感程度，这就会影响探头探测的准确性，进而造成计量结果失真。

三、减小超声波流量计气体计量误差的措施

1.加强信号质量的控制

对气体进行计量时，超声波形成的脉冲信号本身就有一定的不稳定性，这与以往的液体超声波流量计有着较大的不同，气体在输送的过程中必须要通过多次的声压和降压过程才能对检测点进行确定。即使是在同一个输送区间，气体的流动也会对超声波产生不同的影响。因此，在实际的工作中，要尽量降低气体流动所带来的压力波动，当气体在不同的压力条件下，要对其密度的变化进行控制，使气体在传播的过程中不会由于受到压力的波动而产生较大的发射和接收声能，避免由于幅值的变化而对信号产生影响。

2.降低噪声的影响

一方面，在应用超声波流量计进行气体计量时，要对计量管路系统进行科学的设计，对管路系统内部各种阻流件所产生噪声进行评估，才能在实际的计量过程中进行有针对性的降低噪声；另一方面，对超声波流量计和调节阀进行串联时，需要在专业的人员或者是生产厂家的指导下完成，必须要对调节阀产生的噪声进行全面评估，才能降低调节阀对流量计计量结果准确性所产生的影响。另外，有些调节阀在压力大、流速高的情况下所产生的噪声会超过超声波频率范围，可能会对流量计的正常工作产生影响，所以也需要加以重视。

3.减少污染物的堆积

首先要加强计量气体质量的监控，使用合理的管段布局，并且定期对管线进行清理。如果在管壁内存在较多的杂质残留，则会对气体的密度产生影响，这时就需要对管壁进行清理，清理之后的管壁直径会增加，所以需要进行重新校准之后才能再次使用。其次，不同的超

声波流量计生产厂家都有针对超声波流量计现场计量性能的测试软件，在实际的计量工作中，要充分重视测试软件的作用，并且根据测试的结果对计量现场可能存在的问题进行判断，从而保证计量的有效性。另外，当气体质量较差时，一般可以采用较大口径的超声波流量计进行测量，能降低测量结果的不稳定性。

结束语：

综上所述，应用超声波流量计进行气体测量时，受到不同因素的影响会使测量结果产生误差，对气体计量的稳定性和精度都会产生一定影响，因此必须要对这些影响因素进行全面的分析，才有利于通过合理的规避措施减少或者避免误差的产生，提高气体计量的精确性。

参考文献：

[1] 李国政，康兰昆.气体超声波流量计[J].油气田地面工程，2009（04）

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