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閱讀：19發(fā)布時(shí)間：2026-8-3
對(duì)存儲(chǔ)式超聲流量計(jì)由于系統(tǒng)介質(zhì)、管路內(nèi)徑、模擬井管路長(zhǎng)度，管路彎道角度的影響產(chǎn)生的測(cè)量誤差進(jìn)行分析研究，以實(shí)現(xiàn)提高存儲(chǔ)式超聲流量計(jì)在標(biāo)檢過程中的精度。標(biāo)檢前排空不到位，介質(zhì)中仍存留氣泡，將直接影響超聲流量計(jì)的測(cè)試精度；穩(wěn)流段的長(zhǎng)度不標(biāo)準(zhǔn)，也將影響測(cè)試精度；由于水中含有大量的落物，導(dǎo)致超聲測(cè)試信號(hào)的散射，影響測(cè)試精度，因此要保證水質(zhì)，定期清理水箱，避免有大的懸浮物。
1.工作原理
超聲波在流體中的傳播速度與流體流動(dòng)速度有關(guān)，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。這種方法也不會(huì)造成壓力損失，并且可用于大管徑、非導(dǎo)電性、抗腐蝕性的液體或氣體流量的測(cè)量。超聲波的發(fā)射和接受都要用換能器（傳感器），通常把發(fā)射和接收傳感器做成相同的結(jié)構(gòu)，可以互換使用或進(jìn)行雙向收發(fā)。超聲波流量計(jì)的種類很多，基于時(shí)差法的超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、穩(wěn)定性可靠，故選擇時(shí)差法超聲波流量計(jì)闡明工作原理。
在流體中發(fā)射一定頻率的超聲波，傳播相同距離時(shí)，順流與逆流之間存在相位差，此差值與流體流速成正比，若管徑固定，則通過相位差可測(cè)出流量，如圖1所示。
設(shè)超聲波在流體中的傳播速度為C ，流體的流動(dòng)速度為V ，聲波發(fā)射探頭與接收探頭之間的距離為L(zhǎng) 。
順流時(shí)間
只要能測(cè)量出超聲波在順流和逆流傳播時(shí)產(chǎn)生的時(shí)間差，就可計(jì)算出相應(yīng)的流速，進(jìn)而得到相應(yīng)的流量。
2.誤差來源
（1）介質(zhì)中雜質(zhì)的影響。存儲(chǔ)式超聲流量計(jì)是在檢定室內(nèi)的流量模擬系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱流標(biāo)）中標(biāo)定和檢定的。采用的介質(zhì)是清水，介質(zhì)需要提前儲(chǔ)存到水箱中，以清除介質(zhì)中的氣泡。然后在儀器上、下兩端分別接上、下扶正器，使儀器能夠穩(wěn)定地固定在井筒管道的位置。但是由于長(zhǎng)期多次循環(huán)使用，井筒內(nèi)的介質(zhì)中會(huì)含有大量的油污、泥砂、氣泡等雜質(zhì)。存儲(chǔ)式超聲流量計(jì)的發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波信號(hào)后，信號(hào)經(jīng)過流體傳播到接收傳感器，由于有雜質(zhì)和氣泡的影響，信號(hào)強(qiáng)度不斷減小，并且強(qiáng)度也不穩(wěn)定。這些雜質(zhì)的存在會(huì)對(duì)超聲波的傳播發(fā)生散射，影響超聲波的直線傳播，當(dāng)傳感器表面磨損，以及液體中夾帶泥砂、氣泡、油污、水生物或碎片堆積而引起信號(hào)的過量衰減時(shí)（除正常的擴(kuò)散損失外），也可能產(chǎn)生流速測(cè)量誤差。而且，聲信號(hào)可能由于碎片的多路反射而失真。
（2）井筒半徑測(cè)量誤差。檢定過程中模擬井井筒的半徑測(cè)量誤差在流量中表現(xiàn)出來，因?yàn)榘霃绞菆A管積分中的一項(xiàng)。為了***大限度地減小這一誤差，應(yīng)用高精度的測(cè)量?jī)x器在若干位置測(cè)量其半徑，然后將其平均以補(bǔ)償管的圓度。由于本課題的流量計(jì)是工作在模擬井內(nèi)的，測(cè)量模擬井井筒的內(nèi)徑顯然是不太現(xiàn)實(shí)的，只能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模擬井的內(nèi)徑來計(jì)算（標(biāo)準(zhǔn)模擬井的內(nèi)徑通常為52 mm）。
（3）管路的長(zhǎng)度。模擬井管路長(zhǎng)度的測(cè)量誤差將在流速中表現(xiàn)出來，因?yàn)檫@兩個(gè)參數(shù)是成正比的。如用鋼卷尺、測(cè)徑儀或毫米尺測(cè)量每一聲路上兩傳感器間的距離，這一誤差通?？杀３衷?.1％以下。超聲流量計(jì)在模擬井中進(jìn)行檢定時(shí)，儀器在軟鏈接的作用下被固定在井筒的某一位置，管路的入口長(zhǎng)度和出口長(zhǎng)度均有嚴(yán)格的規(guī)定，入口長(zhǎng)度應(yīng)為管徑的5倍，出口長(zhǎng)度應(yīng)為管徑的10倍。由于儀器長(zhǎng)短不一樣，入口長(zhǎng)度固定不變，但出口長(zhǎng)度會(huì)有變化，因此也會(huì)給儀器測(cè)量帶來誤差。
（4）管路的角度。管路彎道角度的測(cè)量誤差將在流速中表現(xiàn)出來，因?yàn)榱魉倥c聲路角的余弦成反比。聲路角度的測(cè)量誤差可直接轉(zhuǎn)換成流速誤差，為了將這一誤差減小到較低限度，應(yīng)使用高精度的角度測(cè)量?jī)x器，使聲路角的測(cè)量誤差可以很小。
（5）非液體的傳播延時(shí)。聲路上除運(yùn)動(dòng)流體之外，其余部分的傳播時(shí)間會(huì)引起流速誤差。這包括檢測(cè)電路延時(shí)，與傳感器有關(guān)的超聲波的延時(shí)，以及當(dāng)傳感器與運(yùn)動(dòng)流體分離時(shí)的靜態(tài)延時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生流速測(cè)量誤差。檢定中用于控制傳播時(shí)間計(jì)數(shù)器的晶振抖動(dòng)和漂移也會(huì)產(chǎn)生流速測(cè)量誤差。
（6）標(biāo)定系統(tǒng)誤差。對(duì)于一支量程為150 m3/d 的超聲流量計(jì)，其標(biāo)稱誤差是1.5%。如果儀器在檢定時(shí)的結(jié)果超過這個(gè)范圍，就應(yīng)該重新標(biāo)定該儀器。而對(duì)于一支合格的儀器，它的精度在1%~2%的概率是***高的。超聲波的工作原理是時(shí)差法，即時(shí)間差（相位差）越小，流量計(jì)的流量也越小，反之越小的流量測(cè)量誤差也就越大，所以設(shè)置流量點(diǎn)時(shí)***小的點(diǎn)流量應(yīng)不低于5 m3/d。
3.結(jié)論
（1）超聲流量計(jì)的探頭在標(biāo)檢前一定要擦洗干凈，否則會(huì)影響測(cè)試精度。甚至有些污物會(huì)直接附著在超聲傳感器上，使傳感器不能發(fā)射和接收信號(hào)，造成測(cè)試失敗。
（2）標(biāo)檢前排空不到位，介質(zhì)中仍存留氣泡，將直接影響超聲流量計(jì)的測(cè)試精度。
（3）穩(wěn)流段的長(zhǎng)度不標(biāo)準(zhǔn)，也將影響測(cè)試精度。（4）由于水中含有大量的落物，導(dǎo)致超聲測(cè)試信號(hào)的散射，影響測(cè)試精度，因此要保證水質(zhì)，定期清理水箱，避免有大的懸浮物。
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