超聲流量計(jì)使用中的檢驗(yàn)是通過聲速比對(duì)實(shí)現(xiàn)的。超聲流量計(jì)的檢定周期一般不超過 2 年，通過對(duì)超聲流量計(jì)進(jìn)行使用中的檢驗(yàn)，可以將其檢定周期從 2 年延長(zhǎng)至 6 年；同時(shí)也可以通過聲速比對(duì)，隨機(jī)抽檢其計(jì)量的準(zhǔn)確性。

1 .前言

《超聲流量計(jì)檢定規(guī)程》（JJG 1030—2007）7.4“檢定周期”規(guī)定超聲流量計(jì)的檢定周期一般不超過 2 年。對(duì)于插入式流量計(jì)，如流量計(jì)具有自診斷功能，且能夠保留報(bào)警記錄，也可每 6 年檢定一次并每年在使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行使用中的檢驗(yàn)。該規(guī)程附錄 C 對(duì)超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)的相關(guān)技術(shù)要求作了詳細(xì)規(guī)定。

分公司目前使用的燃?xì)獬暳髁坑?jì)均具有進(jìn)行計(jì)算聲速和測(cè)量聲速比對(duì)的自診斷功能。現(xiàn)就超聲流量計(jì)使用中以聲速比較為基礎(chǔ)對(duì)流量計(jì)進(jìn)行在線檢驗(yàn)進(jìn)行淺析。

2 .超聲計(jì)量系統(tǒng)組成及原理

分公司長(zhǎng)壽站、旱土站的超聲計(jì)量系統(tǒng)組成均為：流量計(jì)算機(jī)、色譜儀（分析小屋內(nèi)）、超聲流量計(jì)、溫度變送器、壓力變送器。其工作原理為：流量計(jì)算機(jī)匯集溫度、壓力變送器上傳的溫度、壓力信號(hào)、色譜儀上傳的被計(jì)量燃?xì)獾慕M分?jǐn)?shù)據(jù)、超聲流量計(jì)上傳的超聲波順流、逆流時(shí)間差信號(hào)，通過內(nèi)置的符合相關(guān)要求和報(bào)告的計(jì)算軟件計(jì)算并顯示燃?xì)獾膲嚎s因子、流量（工況、標(biāo)況）、計(jì)算聲速、測(cè)量聲速等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3 .超聲流量計(jì)工作原理（得到燃?xì)饬髁康耐瑫r(shí)也得到：測(cè)量聲速）

超聲波在流動(dòng)的流體中傳播，無(wú)形中就帶上了流體流速的信息。由于流體流速的影響，超聲波順流和逆流的傳播速度是不一樣的；通過同樣管段的距離，超聲波順流和逆流傳播所需時(shí)間也就不同。超聲波通過一定長(zhǎng)度的管段，順流傳播時(shí)間等于超聲波經(jīng)過的管道長(zhǎng)度（聲道長(zhǎng)度）除以超聲波在此燃?xì)夤r下的聲速與燃?xì)饬魉傺芈暤婪较虻姆至恐?；逆流傳播時(shí)間等于超聲波經(jīng)過的管道長(zhǎng)度（聲道長(zhǎng)度）除以超聲波在此燃?xì)夤r下的聲速與燃?xì)饬魉傺芈暤婪较虻姆至恐?。超聲流量?jì)就是利用這個(gè)原理設(shè)計(jì)制造的。其實(shí)現(xiàn)工藝為：超聲流量計(jì)通過 1 對(duì)或多對(duì)超聲換能器交替發(fā)射和接收超聲波，通過信號(hào)處理單元（SPU）處理，得到超聲波順流和逆流傳播的時(shí)間及差值，從而計(jì)算得出流體的流速、流量等數(shù)據(jù)。

超聲流量計(jì)工作原理如下圖所示：

t1  =L/（c＋v（x/L）） （1）物理意義：超聲波順流傳播時(shí)間等于超聲波經(jīng)過的管道長(zhǎng)度（聲道長(zhǎng)度）除以超聲波在此燃?xì)夤r下的聲速與燃?xì)饬魉傺芈暤婪较虻姆至恐汀?/p>

t2   =L/（c－v（x/L）） （2）

物理意義：超聲波逆流傳播時(shí)間等于超聲波經(jīng)過的管道長(zhǎng)度（聲道長(zhǎng)度）除以超聲波在此燃?xì)夤r下的聲速與燃?xì)饬魉傺芈暤婪较虻姆至恐睢?/p>

t1：超聲波順流傳播時(shí)間，s，可以通過超聲測(cè)量技術(shù)得到；

t2：超聲波逆流傳播時(shí)間，s，可以通過超聲測(cè)量技術(shù)得到；

L：聲道長(zhǎng)度，m，常數(shù)

c：聲速，m/s

v：燃?xì)夤r流速，m/s

根據(jù)公式（1）、（2），可以計(jì)算得出燃?xì)夤r流速及聲：

v=L2（t2－t1）/2t1t2x（3）

c  =L（t1＋t2）/2t1t2   （4）

說明：1、公式（1）、（2）中的聲速 c，是在一定燃?xì)夤r條件下的理論聲速，即聲速的真實(shí)值；公式（4）的聲速 c，則是通過超聲技術(shù)手段測(cè)量超聲波傳播時(shí)間而計(jì)算得到的聲速，稱之為測(cè)量聲速。

2、通過公式（1）-（4）可以得出：超聲流量計(jì)采用時(shí)間差法檢測(cè)得到燃?xì)夤r流速的同時(shí)也檢測(cè)得到了相應(yīng)燃?xì)夤r條件下的聲速（測(cè)量聲速）。也就是說，對(duì)于超聲流量計(jì)來說，計(jì)算并顯示的燃?xì)饬髁亢蜏y(cè)量聲速兩者 2 為一體，那么就可以通過超聲流量計(jì)日常使用中的聲速比對(duì)間接檢驗(yàn)其流量（計(jì)量）的準(zhǔn)確性。

4 .計(jì)算聲速（超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)器）

超聲波在一定燃?xì)夤r下的理論聲速除了可以通過超聲技術(shù)手段測(cè)量得到，稱為測(cè)量聲速；還可以通過相應(yīng)燃?xì)夤r下燃?xì)獾慕M分、溫度、壓力通過符合相關(guān)報(bào)告的計(jì)算軟件計(jì)算得出，稱為計(jì)算聲速。、

燃?xì)饴曀偈侨細(xì)鉄崃W(xué)參數(shù)之一，美國(guó)氣體協(xié)會(huì)輸送計(jì)量委員會(huì) 10 號(hào)報(bào)告（簡(jiǎn)稱 AGA.10 號(hào)報(bào)告）提供的計(jì)算方法是目前***準(zhǔn)確的計(jì)算燃?xì)鉄崃W(xué)參數(shù)的方法。當(dāng)燃?xì)鉁囟确秶鸀?8℃—62℃，壓力低于 12Mpa 時(shí)，通過 AGA.10 號(hào)報(bào)告計(jì)算出的燃?xì)饴曀俨淮_定度可優(yōu)于 0.1％。分公司目前使用的超聲計(jì)量系統(tǒng)正是采用符合 AGA.10 號(hào)報(bào)告的計(jì)算方法通過燃?xì)夤r下的組分、溫度、壓力數(shù)據(jù)求得的計(jì)算聲速。故較之測(cè)量聲速，計(jì)算聲速更接近于理論聲速即聲速的真實(shí)值。

前述聲速比對(duì)，就是指測(cè)量聲速與計(jì)算聲速的比較。從這個(gè)意義上說，計(jì)算聲速就成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器，一個(gè)在超聲流量計(jì)使用中間接檢驗(yàn)其計(jì)量準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn)器。

影響計(jì)算聲速可靠性的因素有燃?xì)夤r條件下的溫度、壓力、組分?jǐn)?shù)據(jù)及相關(guān)聲速計(jì)算方法。

5 .超聲流量計(jì)使用中的檢驗(yàn)

根據(jù)《超聲流量計(jì)檢定規(guī)程》（JJG 1030—2007）及其附錄 C 的技術(shù)要求，結(jié)合分公司目前使用的德國(guó)埃爾斯特公司（Elster）生產(chǎn)的 Q.Sonic-4 型超聲流量計(jì)，簡(jiǎn)述超聲流量計(jì)使用中的檢驗(yàn)。

（一）超聲流量計(jì)使用中的檢驗(yàn)是通過聲速比對(duì)實(shí)現(xiàn)的。聲速比對(duì)之前應(yīng)對(duì)超聲計(jì)量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)診斷，以保證超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)器—計(jì)算聲速的可靠性。超聲計(jì)量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備包括在線色譜分析儀（得到燃?xì)夤r實(shí)時(shí)組分?jǐn)?shù)據(jù)）、溫度變送器、壓力變送器、計(jì)算軟件。

（1）色譜分析儀狀態(tài)診斷

色譜分析儀的技術(shù)性能應(yīng)滿足 GB/T 13610-2003，其測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到 0.05％。持有有效的檢定合格證書，各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置正確，無(wú)報(bào)警產(chǎn)生。

（2）溫度變送器狀態(tài)診斷

溫度變送器的準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于 0.1℃，持有有效的檢定合格證書，其量程應(yīng)能滿足被檢驗(yàn)流量計(jì)全量程檢驗(yàn)要求。

（3）壓力變送器狀態(tài)診斷

壓力變送器的準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于 0.1％，持有有效的檢定合格證書，其量程應(yīng)能滿足被檢流量計(jì)全量程檢驗(yàn)要求。

（4）計(jì)算軟件狀態(tài)診斷

計(jì)算軟件應(yīng)符合 AGA10 號(hào)報(bào)告，并經(jīng)計(jì)量部門認(rèn)可。

（二）為保證測(cè)量聲速的可靠性，聲速比對(duì)之前應(yīng)對(duì)流量計(jì)算機(jī)、超聲流量計(jì)進(jìn)行狀態(tài)檢查。

（1）流量計(jì)算機(jī)狀態(tài)檢查

檢查報(bào)警記錄，確認(rèn)無(wú)流量計(jì)自身原因產(chǎn)生的，能夠引起計(jì)量錯(cuò)誤的報(bào)警情況。

（2）超聲流量計(jì)狀態(tài)檢查

1）采樣率：每秒鐘對(duì)所有聲道進(jìn)行超聲波傳播的次數(shù)。，Q.Sonic 超聲流量計(jì)一般其值穩(wěn)定在 14-15 之間。

2）效率因子：脈沖信號(hào)接收率，以百分比的形式顯示，每秒更新一次。某個(gè)聲道的效率因子一般不會(huì)持續(xù)小于 40％。在管線停輸?shù)臓顟B(tài)下，效率因子必須接近 100％（一般不能低于 90％）。

3）電壓增益：信號(hào)放大器電壓根據(jù)所測(cè)超聲波脈沖信號(hào)強(qiáng)度作出的調(diào)整。其值應(yīng)小于 65535。在管線停輸時(shí)，各個(gè)聲道的增益值應(yīng)該相近。增益會(huì)隨著流量的增加而升高。使用過的流量計(jì)可能會(huì)稍微高于初次安裝時(shí)的讀數(shù)。Q.Sonic-4 的 1、4 聲道為單反射聲道，2、3 聲道為雙反射聲道，雙反射聲道的增益值會(huì)略微高于單反射聲道增益值。當(dāng)增益值明顯升高時(shí)，表示信號(hào)的接收強(qiáng)度開始減弱，這種情況多因?yàn)樘筋^表面被污染、管道內(nèi)壁被臟污、信號(hào)處理電路板故障或者信號(hào)線纜存在干擾。

4）渦流角度：Q.Sonic 超聲流量計(jì)測(cè)到的氣體在軸向的旋轉(zhuǎn)角度。渦流角度在-20 到+20 度之間 Q.Sonic 超聲流量計(jì)可以可靠工作。

（三）聲速比對(duì)

在診斷、檢查了前述設(shè)備的狀態(tài)正常之后，即可進(jìn)行超聲流量計(jì)的聲速比對(duì)。

（1）檢驗(yàn)流量點(diǎn)的確定

一般情況下，聲速比對(duì)檢驗(yàn)流量點(diǎn)應(yīng)選擇為流量計(jì)***小流量或系統(tǒng)能達(dá)到的***小流量 qmin，分界流量 qt，系統(tǒng)能達(dá)到的***大流量 qmax，及在 qt 和 qmax 中間等分的 1-2 個(gè)流量點(diǎn)。

（2）流量點(diǎn)的檢驗(yàn)次數(shù)

對(duì)于 Q.Sonic-4 型超聲流量計(jì)每個(gè)流量點(diǎn)的檢驗(yàn)次數(shù)應(yīng)不少于 6 次。

（3）測(cè)量聲速與計(jì)算聲速的偏差要求

根據(jù)《超聲流量計(jì)檢定規(guī)程》（JJG 1030—2007）的要求，被檢流量計(jì)平均測(cè)量聲速值與計(jì)算聲速值偏差不大于流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)規(guī)定的***大允許誤差值的 1/2。超聲流量計(jì)檢定報(bào)告上準(zhǔn)確度等級(jí)標(biāo)注為 1 級(jí)，則平均測(cè)量聲速與計(jì)算聲速的偏差不大于 0.5％即可。（Q.Sonic-4 型超聲流量計(jì)的準(zhǔn)確度可以達(dá)到 0.5 級(jí)，因國(guó)內(nèi)檢定機(jī)構(gòu)目前不能檢定0.5 級(jí)的流量計(jì)，故其檢定報(bào)告上準(zhǔn)確度標(biāo)注為 1 級(jí)；在實(shí)際應(yīng)用中，平均測(cè)量聲速與計(jì)算聲速的偏差可以小于0.25％。）

（4）測(cè)量聲速與計(jì)算聲速的重復(fù)性要求

根據(jù)《超聲流量計(jì)檢定規(guī)程》（JJG 1030—2007）的要求，被檢流量計(jì)的重復(fù)性不得超過其準(zhǔn)確度等級(jí)規(guī)定的***大允許誤差值的 1/5。Q.Sonic-4 型超聲流量計(jì)檢定報(bào)告上準(zhǔn)確度等級(jí)標(biāo)注為 1 級(jí)，故測(cè)量聲速與計(jì)算聲速的重復(fù)性不大于 0.2％即可。在實(shí)際應(yīng)用中，Q.Sonic-4 型超聲流量計(jì)測(cè)量聲速與計(jì)算聲速的重復(fù)性可以通過 2 種方法獲得。方法 1 為通過每個(gè)檢驗(yàn)流量點(diǎn) 4 個(gè)聲道的測(cè)量聲速、計(jì)算聲速計(jì)算得到；方法 2 為通過所有檢驗(yàn)流量點(diǎn)的平均測(cè)量聲速、計(jì)算聲速計(jì)算得到。

6 .結(jié)束語(yǔ)

以上就是分公司燃?xì)獬暳髁坑?jì)使用中檢驗(yàn)的淺析。隨著集團(tuán)外環(huán)高壓燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，超聲流量計(jì)將會(huì)得到較為廣泛的應(yīng)用。通過對(duì)超聲流量計(jì)進(jìn)行使用中的檢驗(yàn)，可以將其檢定周期從 2 年延長(zhǎng)至 6 年；同時(shí)也可以通過聲速比對(duì)，隨機(jī)抽檢其計(jì)量的準(zhǔn)確性，保證貿(mào)易結(jié)算的公平公正。