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摘 要：对超声波流量计在大口径气体流量中的应用介绍。本文对超声波流量计测量误差原因进行了分析。告诉我们如何正确使用，减少误差，提高超声波流量计测量的精度，以便测量结果达到国家的相应要求。
关键词：超声波流量计、噪声、差压式流量计
英国著名的流量专家F.C.Kinghom说的好“流量计是使用比制造要艰难得多的少数仪表之一，在实验室它可以得到极高的准确度，但是在使用现场，一旦条件变化，一切全部白废”。所以说正确选用流量计是流量计量准确与否的决定因素，特别是在大口径气体流量测量中更加重要。我们先谈一谈测量大口径气体流量的难度：
1、大管径流量测量，标准最大管径只达到1米，但又无法进行标定。
2、脏污：煤气中的泥灰等脏污节流装置（相当于改变了其结构尺寸）和在管道造成堆积（相当于管径改变）并堵塞引压管和取压口造成差压传递的畸形。
3、气体物理参数的准确度低，气体密度和湿度目前还没有合适的在线检测仪器。
4、很多大管径测量点前后直管段不能满足要求，造成流场畸变和旋转流。
5、流量为动态量，一般是间接测量，本身就难以获得高准确度。
6、由于拆卸不便，无法获得及时维护，也无法按期进行标定。
一、大口径流量计现状
大口径气体（煤气、空气、烟道气以及蒸汽）流量测量一直是能源计量中的一个难点。在实际中多以孔板作为检测元件，主要存在：1、阻力损失大；2、测量范围小；3、测量脏污介质（如煤气）孔板取压孔经常堵塞，孔板上游易造成粉尘埋积并在孔板上結垢；4、孔板必须在断流的情况下安装拆卸，对长年运行的工业管线维护或更换节流件困难；5、管径大于1.0米孔板不在国家标准（GB/T2624-93）支持范围内，孔板的设计缺乏严格的科学依据；6、对于高流速介质孔板易变性且入口边缘处磨损严重等问题。
近年来各种非标准差压式流量计如：匀速管流量计，环形孔板流量计，V型锥流量计，内置式文丘里管流量计，弯管流量计等，依其各自的特点在大口径流量计测量方面做了有益的探索。但是非标准差压式流量计由于不能像孔板等标准节流件一样，有成熟通行的国际标准支持，所以其仪表系数必须通过实流标定获得，目前我国还没有口径大于400mm，满足圆管流的气体标准装置，即使标定采用风洞，由于在风洞均匀流场下游，不能提供多种规格足够长（一般为几十倍）的直管段，即在被校表前管道内的流体不能形成充分发展管流，也难以实施准确的比对，因此在推广和使用中遇到了很大的困难。
二、超声波流量计在大管径气体流量测量的应用
我国在进入21世纪开始，在气体流量计领域中引入了超声波流量计，特别是在大管径天然气贸易结算中应用。
超声波流量计具有以下几点基本性能：
1、实现了非接触在线测量（外夹式传感器）。
2、无阻力无压力损失，无深度插入部件，无可动部件，不影响介质流动参数和状态。
3、安装位置灵活，直管段要求上游10D，下游5D。
4、测量范围宽广，即可测量小管径100mm以下，又可测量大管径（最大到6000mm），性价比高。仪表对介质流速的高灵敏度使得测量极慢或快速流动介质时，均可满足精度要求。
5、可以不断流拆装，维修，在线维修极为方便。
6、适用于各种工作环境，可在高低温，潮湿，粉尘，震动等环境下长期稳定工作，一次安装，长期使用，维修量极少。
三、超声波流量计的误差来源及解决方法
超声波流量计在高压，大管径大流量的天然气流量计量中虽然具有其他流量计所不可比拟的优势，但是由于实际使用条件差异较大，因此为确保其计量性能，仍然需注意以下几个方面的问题：
1.噪声
产生噪声的原因主要有（1）流过管道的高速气流，（2）压力或流量调节阀等。根据超声波流量计的工作原理可以知道，如果噪声的频率与超声波流量计的工作频率范围一致，就会干扰到超声波脉冲的探测。影响到对传输时间的准确测量。实验表明，噪声带来的计量误差可高达2%，下面我们介绍几点消除降低噪声的方法：（1）在超声波流量计与调节阀串联安装时，应咨询厂家，对调节阀产生的噪声进行评估，并了解流量计对噪声的敏感程度。建议超声波流量计不宜安装在调节阀下游。（2）一些流量控制阀和调压阀在大压差、高流速的情况下会产生达到超声波频率范围的噪声，这些可能会使流量计不能正常工作。可采取干扰噪声的传播通道的方式达到降噪的目的，即可在流量计与调节阀之间安装弯头、三通式安装消声器。
2.电磁场影响
我们在测量时，有时会发现无论怎么调整探头的位置，都没有信号或信号时有时无。这时就要检查一下周边环境，是否受到强磁场干扰。比如大功率水泵、变频器、启动器、开关柜变压器等电器设备，另外还要注意在测量管线附件是否有较大的电缆，成组的电线排等。在距测量点4m高处的高压线就能对测量结果造成影响。遇到以上情况只能改变测量点来消除影响。
3.测量位置的影响
速度式仪表的安装要有足够长的直管段，安装点上游直管段必须大于10D，下游大于5D，我们在线检测时应该尽量选择满足要求的测量点来减少所带来的附加误差。但实际上在大管径测量上很多情况不能满足要求，如果不能满足直管段要求，应尽量选择测量点上游管线对流动干扰小的位置。避免上游有立体弯头，蝶形阀、插入式测量元件等，将附件误差降到最低。
4.温度
超声波流量计的探头由于材质不同，价格也差异较大，高温测量用的探头材质价格要比常温探头成本高，生产者会因用户的实际需求不同而采用不同的材料。同时由于介质温度较高，介质的有关性质，性能也会发生变化，设计者会根据实际情况采用相关的设计或修正来避免温度差异带来的影响。因此我们在工作时要考虑所使用探头的温度适应范围，尽量不要超过标牌或说明书上的规定。另外，由于温度过高可能短时间内使耦合剂变稀而降低或失去作用，造成测量结果失准或不能进行测量。
在大管径流量测量过程中，需要综合考虑环境因素与显示数据对测量结果的影响。计量人员需要对各个检测因素进行缜密考虑，认真选型。安装使用流量计要定期检查与校准，从而将测量误差减小到最低，提高计量的准确度。
参考文献：
《影响超声波流量计测量准确度的因素探讨》 衣海英 山东省优秀计量学术论文选编（2011度）
《新型流量检测仪表》 蔡武昌主编 化学工业出版社
《流量测量方法和仪表的选用》 孙淮清 化学工业出版社
关键词：超声波流量计、噪声、差压式流量计
英国著名的流量专家F.C.Kinghom说的好“流量计是使用比制造要艰难得多的少数仪表之一，在实验室它可以得到极高的准确度，但是在使用现场，一旦条件变化，一切全部白废”。所以说正确选用流量计是流量计量准确与否的决定因素，特别是在大口径气体流量测量中更加重要。我们先谈一谈测量大口径气体流量的难度：
1、大管径流量测量，标准最大管径只达到1米，但又无法进行标定。
2、脏污：煤气中的泥灰等脏污节流装置（相当于改变了其结构尺寸）和在管道造成堆积（相当于管径改变）并堵塞引压管和取压口造成差压传递的畸形。
3、气体物理参数的准确度低，气体密度和湿度目前还没有合适的在线检测仪器。
4、很多大管径测量点前后直管段不能满足要求，造成流场畸变和旋转流。
5、流量为动态量，一般是间接测量，本身就难以获得高准确度。
6、由于拆卸不便，无法获得及时维护，也无法按期进行标定。
一、大口径流量计现状
大口径气体（煤气、空气、烟道气以及蒸汽）流量测量一直是能源计量中的一个难点。在实际中多以孔板作为检测元件，主要存在：1、阻力损失大；2、测量范围小；3、测量脏污介质（如煤气）孔板取压孔经常堵塞，孔板上游易造成粉尘埋积并在孔板上結垢；4、孔板必须在断流的情况下安装拆卸，对长年运行的工业管线维护或更换节流件困难；5、管径大于1.0米孔板不在国家标准（GB/T2624-93）支持范围内，孔板的设计缺乏严格的科学依据；6、对于高流速介质孔板易变性且入口边缘处磨损严重等问题。
近年来各种非标准差压式流量计如：匀速管流量计，环形孔板流量计，V型锥流量计，内置式文丘里管流量计，弯管流量计等，依其各自的特点在大口径流量计测量方面做了有益的探索。但是非标准差压式流量计由于不能像孔板等标准节流件一样，有成熟通行的国际标准支持，所以其仪表系数必须通过实流标定获得，目前我国还没有口径大于400mm，满足圆管流的气体标准装置，即使标定采用风洞，由于在风洞均匀流场下游，不能提供多种规格足够长（一般为几十倍）的直管段，即在被校表前管道内的流体不能形成充分发展管流，也难以实施准确的比对，因此在推广和使用中遇到了很大的困难。
二、超声波流量计在大管径气体流量测量的应用
我国在进入21世纪开始，在气体流量计领域中引入了超声波流量计，特别是在大管径天然气贸易结算中应用。
超声波流量计具有以下几点基本性能：
1、实现了非接触在线测量（外夹式传感器）。
2、无阻力无压力损失，无深度插入部件，无可动部件，不影响介质流动参数和状态。
3、安装位置灵活，直管段要求上游10D，下游5D。
4、测量范围宽广，即可测量小管径100mm以下，又可测量大管径（最大到6000mm），性价比高。仪表对介质流速的高灵敏度使得测量极慢或快速流动介质时，均可满足精度要求。
5、可以不断流拆装，维修，在线维修极为方便。
6、适用于各种工作环境，可在高低温，潮湿，粉尘，震动等环境下长期稳定工作，一次安装，长期使用，维修量极少。
三、超声波流量计的误差来源及解决方法
超声波流量计在高压，大管径大流量的天然气流量计量中虽然具有其他流量计所不可比拟的优势，但是由于实际使用条件差异较大，因此为确保其计量性能，仍然需注意以下几个方面的问题：
1.噪声
产生噪声的原因主要有（1）流过管道的高速气流，（2）压力或流量调节阀等。根据超声波流量计的工作原理可以知道，如果噪声的频率与超声波流量计的工作频率范围一致，就会干扰到超声波脉冲的探测。影响到对传输时间的准确测量。实验表明，噪声带来的计量误差可高达2%，下面我们介绍几点消除降低噪声的方法：（1）在超声波流量计与调节阀串联安装时，应咨询厂家，对调节阀产生的噪声进行评估，并了解流量计对噪声的敏感程度。建议超声波流量计不宜安装在调节阀下游。（2）一些流量控制阀和调压阀在大压差、高流速的情况下会产生达到超声波频率范围的噪声，这些可能会使流量计不能正常工作。可采取干扰噪声的传播通道的方式达到降噪的目的，即可在流量计与调节阀之间安装弯头、三通式安装消声器。
2.电磁场影响
我们在测量时，有时会发现无论怎么调整探头的位置，都没有信号或信号时有时无。这时就要检查一下周边环境，是否受到强磁场干扰。比如大功率水泵、变频器、启动器、开关柜变压器等电器设备，另外还要注意在测量管线附件是否有较大的电缆，成组的电线排等。在距测量点4m高处的高压线就能对测量结果造成影响。遇到以上情况只能改变测量点来消除影响。
3.测量位置的影响
速度式仪表的安装要有足够长的直管段，安装点上游直管段必须大于10D，下游大于5D，我们在线检测时应该尽量选择满足要求的测量点来减少所带来的附加误差。但实际上在大管径测量上很多情况不能满足要求，如果不能满足直管段要求，应尽量选择测量点上游管线对流动干扰小的位置。避免上游有立体弯头，蝶形阀、插入式测量元件等，将附件误差降到最低。
4.温度
超声波流量计的探头由于材质不同，价格也差异较大，高温测量用的探头材质价格要比常温探头成本高，生产者会因用户的实际需求不同而采用不同的材料。同时由于介质温度较高，介质的有关性质，性能也会发生变化，设计者会根据实际情况采用相关的设计或修正来避免温度差异带来的影响。因此我们在工作时要考虑所使用探头的温度适应范围，尽量不要超过标牌或说明书上的规定。另外，由于温度过高可能短时间内使耦合剂变稀而降低或失去作用，造成测量结果失准或不能进行测量。
在大管径流量测量过程中，需要综合考虑环境因素与显示数据对测量结果的影响。计量人员需要对各个检测因素进行缜密考虑，认真选型。安装使用流量计要定期检查与校准，从而将测量误差减小到最低，提高计量的准确度。
参考文献：
《影响超声波流量计测量准确度的因素探讨》 衣海英 山东省优秀计量学术论文选编（2011度）
《新型流量检测仪表》 蔡武昌主编 化学工业出版社
《流量测量方法和仪表的选用》 孙淮清 化学工业出版社