超聲流量計使用中的檢驗是通過聲速比對實現(xiàn)的。超聲流量計的檢定周期一般不超過 2 年，通過對超聲流量計進(jìn)行使用中的檢驗，可以將其檢定周期從 2 年延長至 6 年；同時也可以通過聲速比對，隨機(jī)抽檢其計量的準(zhǔn)確性。

1 .前言

《超聲流量計檢定規(guī)程》（JJG 1030—2007）7.4“檢定周期”規(guī)定超聲流量計的檢定周期一般不超過 2 年。對于插入式流量計，如流量計具有自診斷功能，且能夠保留報警記錄，也可每 6 年檢定一次并每年在使用現(xiàn)場進(jìn)行使用中的檢驗。該規(guī)程附錄 C 對超聲流量計使用中檢驗的相關(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暳髁坑嬀哂羞M(jìn)行計算聲速和測量聲速比對的自診斷功能。現(xiàn)就超聲流量計使用中以聲速比較為基礎(chǔ)對流量計進(jìn)行在線檢驗進(jìn)行淺析。

2 .超聲計量系統(tǒng)組成及原理

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

3 .超聲流量計工作原理（得到燃?xì)饬髁康耐瑫r也得到：測量聲速）

超聲波在流動的流體中傳播，無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間也就不同。超聲波通過一定長度的管段，順流傳播時間等于超聲波經(jīng)過的管道長度（聲道長度）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停荒媪鱾鞑r間等于超聲波經(jīng)過的管道長度（聲道長度）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?。超聲流量計就是利用這個原理設(shè)計制造的。其實現(xiàn)工藝為：超聲流量計通過 1 對或多對超聲換能器交替發(fā)射和接收超聲波，通過信號處理單元（SPU）處理，得到超聲波順流和逆流傳播的時間及差值，從而計算得出流體的流速、流量等數(shù)據(jù)。

超聲流量計工作原理如下圖所示：

t1  = L/（c＋v（x/L）） （1）物理意義：超聲波順流傳播時間等于超聲波經(jīng)過的管道長度（聲道長度）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?/span>。

t2   = L/（c－v（x/L）） （2）

物理意義：超聲波逆流傳播時間等于超聲波經(jīng)過的管道長度（聲道長度）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?/span>

t1：超聲波順流傳播時間，s，可以通過超聲測量技術(shù)得到；

t2：超聲波逆流傳播時間，s，可以通過超聲測量技術(shù)得到；

L：聲道長度，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，即聲速的真實值；公式（4）的聲速 c，則是通過超聲技術(shù)手段測量超聲波傳播時間而計算得到的聲速，稱之為測量聲速。

2、通過公式（1）-（4）可以得出：超聲流量計采用絕對時間差法檢測得到燃?xì)夤r流速的同時也檢測得到了相應(yīng)燃?xì)夤r條件下的聲速（測量聲速）。也就是說，對于超聲流量計來說，計算并顯示的燃?xì)饬髁亢蜏y量聲速兩者 2 為一體，那么就可以通過超聲流量計日常使用中的聲速比對間接檢驗其流量（計量）的準(zhǔn)確性。

4 .計算聲速（超聲流量計使用中檢驗的標(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)手段測量得到，稱為測量聲速；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)報告的計算軟件計算得出，稱為計算聲速。、

燃?xì)饴曀偈侨細(xì)鉄崃W(xué)參數(shù)之一，美國氣體協(xié)會輸送計量委員會 10 號報告（簡稱 AGA.10 號報告）提供的計算方法是目前最準(zhǔn)確的計算燃?xì)鉄崃W(xué)參數(shù)的方法。當(dāng)燃?xì)鉁囟确秶鸀?/span>-8℃—62℃，壓力低于 12Mpa 時，通過 AGA.10 號報告計算出的燃?xì)饴曀俨淮_定度可優(yōu)于 0.1％。分公司目前使用的超聲計量系統(tǒng)正是采用符合 AGA.10 號報告的計算方法通過燃?xì)夤r下的組分、溫度、壓力數(shù)據(jù)求得的計算聲速。故較之測量聲速，計算聲速更接近于理論聲速即聲速的真實值。

前述聲速比對，就是指測量聲速與計算聲速的比較。從這個意義上說，計算聲速就成為一個標(biāo)準(zhǔn)器，一個在超聲流量計使用中間接檢驗其計量準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn)器。

影響計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)聲速計算方法。

5 .超聲流量計使用中的檢驗

根據(jù)《超聲流量計檢定規(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埃爾斯特公司（Elster）生產(chǎn)的 Q.Sonic-4 型超聲流量計，簡述超聲流量計使用中的檢驗。

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

（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，各項參數(shù)設(shè)置正確，無報警產(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)能滿足被檢驗流量計全量程檢驗要求。

（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)能滿足被檢流量計全量程檢驗要求。

（4）計算軟件狀態(tài)診斷

計算軟件應(yīng)符合 AGA10 號報告，并經(jīng)計量部門認(rèn)可。

（二）為保證測量聲速的可靠性，聲速比對之前應(yīng)對流量計算機(jī)、超聲流量計進(jìn)行狀態(tài)檢查。

（1）流量計算機(jī)狀態(tài)檢查

檢查報警記錄，確認(rèn)無流量計自身原因產(chǎn)生的，能夠引起計量錯誤的報警情況。

（2）超聲流量計狀態(tài)檢查

1）采樣率：每秒鐘對所有聲道進(jìn)行超聲波傳播的次數(shù)。，Q.Sonic 超聲流量計一般其值穩(wěn)定在 14-15 之間。

2）效率因子：脈沖信號接收率，以百分比的形式顯示，每秒更新一次。某個聲道的效率因子一般不會持續(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：信號放大器電壓根據(jù)所測超聲波脈沖信號強(qiáng)度作出的調(diào)整。其值應(yīng)小于 65535。在管線停輸時，各個聲道的增益值應(yīng)該相近。增益會隨著流量的增加而升高。使用過的流量計可能會稍微高于初次安裝時的讀數(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略微高于單反射聲道增益值。當(dāng)增益值明顯升高時，表示信號的接收強(qiáng)度開始減弱，這種情況多因為探頭表面被污染、管道內(nèi)壁被臟污、信號處理電路板故障或者信號線纜存在干擾。

4）渦流角度：Q.Sonic 超聲流量計測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 超聲流量計可以可靠工作。

（三）聲速比對

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

（1）檢驗流量點的確定

一般情況下，聲速比對檢驗流量點應(yīng)選擇為流量計最小流量或系統(tǒng)能達(dá)到的最小流量 qmin，分界流量 qt，系統(tǒng)能達(dá)到的最大流量 qmax，及在 qt 和 qmax 中間等分的 1-2 個流量點。

（2）流量點的檢驗次數(shù)

對于 Q.Sonic-4 型超聲流量計每個流量點的檢驗次數(shù)應(yīng)不少于 6 次。

（3）測量聲速與計算聲速的偏差要求

根據(jù)《超聲流量計檢定規(guī)程》（JJG 1030—2007）的要求，被檢流量計平均測量聲速值與計算聲速值偏差不大于流量計準(zhǔn)確度等級規(guī)定的最大允許誤差絕對值的 1/2。超聲流量計檢定報告上準(zhǔn)確度等級標(biāo)注為 1 級，則平均測量聲速與計算聲速的偏差不大于 0.5％即可。（Q.Sonic-4 型超聲流量計的準(zhǔn)確度可以達(dá)到 0.5 級，因國內(nèi)檢定機(jī)構(gòu)目前不能檢定0.5 級的流量計，故其檢定報告上準(zhǔn)確度標(biāo)注為 1 級；在實際應(yīng)用中，平均測量聲速與計算聲速的偏差可以小于0.25％。）

（4）測量聲速與計算聲速的重復(fù)性要求

根據(jù)《超聲流量計檢定規(guī)程》（JJG 1030—2007）的要求，被檢流量計的重復(fù)性不得超過其準(zhǔn)確度等級規(guī)定的最大允許誤差絕對值的 1/5。Q.Sonic-4 型超聲流量計檢定報告上準(zhǔn)確度等級標(biāo)注為 1 級，故測量聲速與計算聲速的重復(fù)性不大于 0.2％即可。在實際應(yīng)用中，Q.Sonic-4 型超聲流量計測量聲速與計算聲速的重復(fù)性可以通過 2 種方法獲得。方法 1 為通過每個檢驗流量點 4 個聲道的測量聲速、計算聲速計算得到；方法 2 為通過所有檢驗流量點的平均測量聲速、計算聲速計算得到。

6 .結(jié)束語

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