為解決液體物料計量的問題，我石化公司先后采用了孔板流量計、渦街流量計、容積流量計、質(zhì)量流量計、超聲波流量計等進行計量。這些技術(shù)的推廣應(yīng)用，解決了計量問題，同時也帶來了如何正確使用和維護、如何確保計量的長期準確性的難題。我們開發(fā)利用超聲波流量計在線比對水流量的方法，解決了長期困擾的水計量問題，為更好地服務(wù)于生產(chǎn)和加強計量管理工作發(fā)揮了重要作用。

      1 流量計要準確

      我公司近幾年來在物料和公用工程計量中，對水的計量問題的處理越來越多，水資源短缺、水價上漲，直接影響到產(chǎn)品成本。節(jié)約水就是降低成本。另外，除生產(chǎn)用水外，公司還負責(zé)生活區(qū)、廠區(qū)附近許多小企業(yè)的物料及水、電、氣等，水線的分布非常復(fù)雜，涉及面廣，計量管理難度大。雖然公司近幾年在主要裝置生產(chǎn)線上安裝了流量計，但由于企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)的特點，其準確性難于確認。一些計量儀表在大修期間拆卸下來待檢定，因國內(nèi)目前只有少數(shù)幾個單位有國家授權(quán)的大流量檢定裝置，異地標定困難大、費用高、浪費人力物力。

      2 使用超聲波流量計

      國家在1985年6月正式頒布了《中華人民共和國計量法》，涉及到企業(yè)強檢計量器需按檢定周期及時送到政府計量行政部門指定的法定技術(shù)機構(gòu)進行檢定。

      國家技術(shù)監(jiān)督局于1995年5月1日頒布實施國家標準 GB/T19022.1-1994-ISO10012-1 《測量設(shè)備的質(zhì)量保證要求：測量設(shè)備的計量確認體系》，內(nèi)容是：校準方法和校準用標準器的選擇，可根據(jù)本單位的實際情況，參考有關(guān)檢定系統(tǒng)圖選取。在不能按檢定系統(tǒng)圖選取時，應(yīng)保證校準設(shè)備（含有保準）的合成不確定度不超過被確認器具的最大允許誤差的1/3~1/5。沒有合適的標準器時，可采用比對的方法。如果比對的結(jié)果穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性均好，而系統(tǒng)誤差不大時，則比對的結(jié)果可作為確認的依據(jù)。國家的這一規(guī)定，使無法檢定的測量設(shè)備可以采用校準或比對的方法進行確認。而超聲波流量計在線使用中具有獨特的優(yōu)點：它不接觸被測介質(zhì)，不干擾流場，在外側(cè)測量管內(nèi)流動液體的流速，無壓力損失，使用安全方便快捷，是理想的在線測試設(shè)備。

      3 測量原理

      超聲波按測量原理分類有：傳播時間法、多普勒效應(yīng)法、波束偏移法、相關(guān)法和噪聲法等，我們用得最多的是傳播時間法和多普勒效應(yīng)法。這里我介紹一下傳播時間法，見圖1。

      聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度增大，逆流方向減小，同一傳播距離就有不同的傳播時間。利用傳播速度之差與被測流體流速有關(guān)求取流速，稱之傳播時間法。又按測量具體參數(shù)不同分為時差法、相位差法和頻差法。

      超聲波從換能器1到換能器2之間順逆流關(guān)系式為

      則流速

      式中，L ――超聲波在換能器之間傳播路徑的長度（m）；
               c ――超聲波在靜止流體中的傳播速度（m/s）。

      時差法與頻差法和相位差法之間原理方程式的基本關(guān)系為

      式中，△f――頻率差；
               △Φ――相位差；
               f₁₂，f₁₂――超聲波在流體中的順流和逆流的傳播頻率；
               f――產(chǎn)超聲波的頻率。

      從上式中可以看出，相位差法本質(zhì)上和時差法是相同的，而頻率與時間又是互為倒數(shù)關(guān)系，三種方法沒有本質(zhì)差別。

      如果知道了L、c 通過測量時間差即可求得流速v_mo超聲波流量計正是運用這個原理經(jīng)過電子技術(shù)的處理后，成為一種被廣泛應(yīng)用的測試儀器。

      4 比對方法

      采用經(jīng)國家授權(quán)部門檢定合格的超聲波流量計作為比對設(shè)備，根據(jù)被測流量管徑的大小，采取大傳感器（300 mm < DN < 1000 mm）和小傳感器（80 mm < DN < 300 mm）兩種類型的傳感器進行安裝。安裝方法有三種，分別為X、V、Z法。如圖2所示。在管道充滿的情況下，一般采用V法安裝。在工況條件惡劣或管道不全充滿時，可采取側(cè)位或Z法安裝。比對流量計應(yīng)安裝在被比對流量計的上游處，一般L≥10D即可。如圖3。

      5 比對數(shù)據(jù)的處理

      在現(xiàn)場安裝完全符合要求的前提下，同時起動比對流量計和被比對流量計，選取管道流量范圍內(nèi)5個測量點，重復(fù)性測量選二個均勻分布的點，每個比對點測量6次，不記重復(fù)性的點測量3次，記錄比對流量計的流量值Q_sij的測量值和被比對流量計的讀數(shù)Q_ij。

      被比對流量計的基本誤差

      式中，Q_ij――第i比對點第j次的被比對流量計讀數(shù)值；
               Q_sij――第i比對點第j次比對流量計讀數(shù)值。

      流量計重復(fù)性E_r的計算：

      第i檢定點基本誤差

      流量計基本誤差E 的計算：

      E=（E_i）_max

      被比對流量計系數(shù)值由下式計算

      流量計重復(fù)性E_r，第i檢定點的重復(fù)性E_ri 按下式計算

      （E_ri）_max是檢定點中最大一個重復(fù)性。E_r 應(yīng)符合表1的要求。

      被比對流量計修正斜率K₀值由下式計算

      根據(jù)K₀值的大小，調(diào)整被比對流量計的系數(shù)值，使其正常運行。

      6 結(jié)語

      通過應(yīng)用比對方法進行在線水的監(jiān)測，使公司在處理水計量差量時有章可循、有據(jù)可依，避免了亂攤派現(xiàn)象的發(fā)生，增強了員工的節(jié)水意識。公司用于計量水的各種類型流量計100余臺，每臺被比對表校驗費按平均1500元計算，每年可節(jié)省校驗費15余萬元。