利用超聲波流量計(jì)進(jìn)行在線水表的校準(zhǔn)

本文介紹了在線水表校準(zhǔn)中應(yīng)用的超聲波流量計(jì)（USF）的工作原理、選型、安裝測(cè)量過(guò)程的選擇原則及在線流量測(cè)量操作步驟，提出了利用超聲波流量計(jì)進(jìn)行在線水表的校準(zhǔn)過(guò)程中因注意的問(wèn)題。

水表是用水計(jì)量的工具，是水資源管理部門征收水費(fèi)和自來(lái)水公司向企事業(yè)單位供水管理的參考依據(jù)。隨著水資源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重，水資源管理費(fèi)和水費(fèi)越調(diào)越高，同時(shí)在水資源日益短缺的今天，用水計(jì)量工作的準(zhǔn)確性也成為企業(yè)節(jié)約能源、降低成本的關(guān)鍵所在。因此水表計(jì)量顯得更為重要。水表檢定一般是從管線卸下送到計(jì)量部門水表檢定裝置上進(jìn)行離線檢定或校準(zhǔn)，然而企業(yè)內(nèi)部的大多數(shù)用于貿(mào)易結(jié)算的水表和對(duì)于醫(yī)藥、化工等企業(yè)的供水管路有用水連續(xù)性的特點(diǎn)難于拆卸或不允許斷流，而且工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中水表計(jì)量精度除受本身特性影響外，還受現(xiàn)場(chǎng)使用條件的影響。這樣必須采用在線校準(zhǔn)的方式對(duì)水表進(jìn)行計(jì)量特性確認(rèn)。超聲波流量計(jì)是利用聲波在流體中的傳播特性來(lái)測(cè)量的流量計(jì)，具有可不停產(chǎn)安裝、不接觸流體及精度較高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于流量在線檢定或校準(zhǔn)系統(tǒng)中，因此利用超聲波流量計(jì)對(duì)水表進(jìn)行在線校準(zhǔn)能反映水表日常使用情況下的誤差水平，對(duì)于判斷水表計(jì)量性能更有現(xiàn)實(shí)意義。本文參照《JJG162-2009 冷水水表計(jì)量檢定規(guī)程》，對(duì)不同口徑的水表的常用流量在線校準(zhǔn)中一些應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行探討。（僅著重介紹目前用得***多的時(shí)間傳播法之時(shí)差法）

1 超聲波流量計(jì)工作原理

封閉管道用超聲波流量計(jì)按測(cè)量原理分類有：時(shí)間傳播法、多普勒效應(yīng)法、波束偏移法、相關(guān)法、噪聲法。其中時(shí)間傳播法又可分為時(shí)差法、相位差法、頻差法。目前應(yīng)用于水系統(tǒng)中的超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理主要有時(shí)差法和多普勒效應(yīng)法。根據(jù)被測(cè)流體水質(zhì)要求不同，時(shí)差式超聲波流量計(jì)適用于比較潔凈的流體測(cè)量，多普勒超聲波流量計(jì)主要用于測(cè)量含有適量能給出強(qiáng)反射信號(hào)的顆粒或氣泡的液體。時(shí)差式超聲波流量計(jì)可以測(cè)量懸浮顆粒較少的液體，多普勒 USF 要比時(shí)差式超聲波流量計(jì)適用懸浮顆料含量上限高得多，而且可以測(cè)量連續(xù)混入氣泡的液體。同時(shí)這兩種流量計(jì)測(cè)量精度也有所不同：時(shí)差式超聲波流量計(jì)測(cè)量精度比多普勒超聲波流量計(jì)高，時(shí)差式超聲波流量計(jì)測(cè)量精度可以達(dá)到±（0.5～1）%，重復(fù)性誤差 0.1%～0.3%；多普勒超聲波流量計(jì)測(cè)量精度一般為±（1～2）%，重復(fù)性誤差 0.5%～1%。而使用***多的是時(shí)差法，時(shí)差法中按反射模式有單次反射、雙重反射、三重反射及對(duì)角模式，單次反射適用于一般口徑管道，三重反射單適用于較小口徑管道，對(duì)角反射適用于比較大口徑管道.

2 超聲波流量計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)表）選擇

在校準(zhǔn)前，作為標(biāo)準(zhǔn)表的超聲波流量計(jì)應(yīng)首先送到法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)或認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室，依據(jù)要校準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)不同管徑、不同常用流量的要求，取得實(shí)流的檢定證書或校準(zhǔn)證書，使得標(biāo)準(zhǔn)表的流量檢定或校準(zhǔn)范圍覆蓋被校準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)的流量范圍，檢定或校準(zhǔn)的流量點(diǎn)盡可能與現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的流量點(diǎn)相符，依據(jù)自備井或供水管道使用的一般口徑，可選擇 50mm、80mm、100mm、150mm、200mm 管徑流量范圍分別選擇相應(yīng)的校準(zhǔn)流量點(diǎn)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，各流量點(diǎn)的基本誤差均應(yīng)優(yōu)于被校準(zhǔn)水表流量點(diǎn)的允許誤差。

3 超聲波流量計(jì)的安裝過(guò)程

校準(zhǔn)時(shí)首先按標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)使用說(shuō)明書要求，安裝標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量傳感器，并使流量信號(hào)符合滿流測(cè)試條件。

3.1 確定系統(tǒng)管道直徑在系統(tǒng)校準(zhǔn)直管道區(qū)域內(nèi)均勻選擇不少于3 個(gè)點(diǎn)（LL1、L2、L3? ? Ln），每個(gè)點(diǎn)用鋼卷尺測(cè)量系統(tǒng)管道周長(zhǎng)并計(jì)算管道直徑，各點(diǎn)直徑誤差小于 0.2%，則各點(diǎn)直徑的平均值為系統(tǒng)管道的直徑。

注：如果各 L 點(diǎn)直徑誤差超過(guò) 0.2%，則重新確定系統(tǒng)管道直徑。

3.2 確定系統(tǒng)管道壁厚對(duì)選擇的各點(diǎn) L（L1、L2、L3? ? Ln）用超聲波測(cè)厚儀進(jìn)

行壁厚測(cè)試，每個(gè)點(diǎn)沿圓周均勻選擇不少于 4 個(gè)點(diǎn) p（p1、p2、p3、p4? ? pn）進(jìn)行管道壁厚測(cè)試，各 p 點(diǎn)的平均值為該圓周 L 點(diǎn)的管道壁厚，L1、L2、L3? ? Ln 各點(diǎn)的管道壁厚誤差≤0.3mm，則各 L 點(diǎn)管道壁厚平均值為系統(tǒng)管道壁厚。

注：如果各 L 點(diǎn)壁厚誤差>0.3mm，則重新確定系統(tǒng)管道壁厚。

3.3 確定標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)傳感器安裝尺寸將實(shí)際測(cè)得的管道直徑、管道壁厚、材質(zhì)等各種參數(shù)輸

入超聲波流量計(jì)，同時(shí)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)處于正常工作狀態(tài)，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)傳感器安裝位置尺寸。

3.4 確定安裝位置

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)傳感器安裝尺寸，用超聲波流量計(jì)自帶的標(biāo)尺確定安裝位置。標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)傳感器安裝點(diǎn)應(yīng)保證在選擇的 L 點(diǎn)上，同時(shí)滿足偏轉(zhuǎn)管道正上方兩側(cè) 45 度角位置，以獲得更高的準(zhǔn)確性。

4 被檢水表的校準(zhǔn)過(guò)程

參照《JJG162-2009 冷水水表計(jì)量檢定規(guī)程》，編制在線水表校準(zhǔn)規(guī)范，通過(guò)內(nèi)部審核確認(rèn)生效后，依據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范計(jì)算水表在用流量的示值誤差，出具校準(zhǔn)證書，對(duì)于超出水表規(guī)定示值誤差規(guī)范的，給出建議更換或維修的提示，并且注明建議下次校準(zhǔn)時(shí)間，以保證計(jì)量?jī)x表的準(zhǔn)確性。

5 校準(zhǔn)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

（1）正確選擇測(cè)量點(diǎn)位置及傳感器安裝方式以保證 USF 正常穩(wěn)定工作。盡量選擇在遠(yuǎn)離閥門、三通等局部阻力構(gòu)件的直管段測(cè)試，測(cè)點(diǎn)的距離應(yīng)滿足儀器使用說(shuō)明書中注明的要求，如果達(dá)不到直管段長(zhǎng)度等具體校準(zhǔn)條件，要先對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行改造，滿足后再進(jìn)行校準(zhǔn).

（2）確保所測(cè)量的水管內(nèi)是滿管流動(dòng)，USF 實(shí)際測(cè)得的是流體的速度，流量是根據(jù)輸入的管徑計(jì)算出流動(dòng)斷面的面積，然后乘以流速得到的，只有滿管流動(dòng)才能保證測(cè)試數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的.

（3）重視測(cè)試前的準(zhǔn)備工作，如保溫層的剝離、管道表面的除銹、除漆等，這樣才能確保管徑、壁厚等測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。安裝傳感器過(guò)程中，千萬(wàn)注意在傳感器和管壁之間不能有空氣泡及沙礫，要均勻的涂抹專用的導(dǎo)電乳液。

（4）正確管道參數(shù)輸入是保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵。 USF 儀器本身的精度是在正確的管道參數(shù)下得到的，但要求操作者能在測(cè)量時(shí)輸入正確的管道參數(shù)，才能得到正確的流量值。管徑誤差、管壁測(cè)厚誤差對(duì) USF 測(cè)量準(zhǔn)確度的影響很大，所以要測(cè)量管道的口徑、壁厚，一定確認(rèn)管道是否有防腐的塑料涂層。

（5）作為標(biāo)準(zhǔn)的超聲波流量計(jì)，長(zhǎng)期使用會(huì)使測(cè)量產(chǎn)生一定誤差，應(yīng)定期送法定計(jì)量單位校準(zhǔn)，如果校準(zhǔn)結(jié)果超出允許誤差，一定要根據(jù)校準(zhǔn)時(shí)提供的修正系數(shù)對(duì)流量計(jì)進(jìn)行修正，同時(shí)也要對(duì)所使用的卷尺、直尺、超聲測(cè)厚儀進(jìn)行定期檢定或校準(zhǔn)，以減少測(cè)量誤差。