本文主要介紹了影響超聲波流量測量的幾個問題因素，從內到外解析問題所在，幫助用戶以及公司解決超聲波流量測量不準確的辦法。

1、引言：
 空調水系統被稱為空調系統的“血液循環系統”，空調水就是“血液循環系統”里的“血液”，是空調系統***重要的部分，承擔為空調系統輸送冷量的作用。空調系統的“血液循環系統”功能的完善與否，“血液”的“健康”與否，直接影響空調系統的正常使用和制冷效果。《建筑節能工程施工質量驗收規范》( GB 50411-2007) 11． 2． 11 條強制性規定，空調系統的冷( 熱) 水總流量、冷卻水總流量、空調機組水流量為系統聯合試運轉及調試檢測項目，并給出了允許偏差或規定值。該規范 14． 2 條系統節能性能檢測部分要求，空調系統的冷( 熱) 水總流量、冷卻水總流量、空調機組水流量應由建設單位委托具有相應資質的檢測機構檢測并出具檢測報告。
 《公共建筑節能檢測標準》( JGJ /T 177-2009) 規定，空調系統現場檢測流量測試儀表應采用超聲波流量計。超聲波流量計已成為空調水系統節能檢測***常用的儀器設備。
 
2、超聲波流量計的工作原理：
 超聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術迅速發展才開始應用的一種流量測量儀器，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。根據對信號檢測的原理，超聲波流量計大致可分為傳播速度差法( 包括: 直接時差法、時差法、相位差法、頻差法) 、波束偏移法、多普勒法、相關法、空間濾波法及噪聲法等。其中，頻差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準確度較高，所以被廣泛采用。



圖 1 時差法超聲波流量計原理示意圖
  時差法超聲波流量計原理示意圖如圖 1 所示。在圖 1 中，有兩個換能器———順流換能器和逆流換能器，兩個換能器分別安裝在流體管線的兩側，并相距一定距離。超聲波行走的路徑長度為 L，超聲波的傳播方向與流體的流動方向夾角為 θ。由于流體流動的原因，超聲波順流傳播 L 長度的距離所用的時間比逆流傳播所用的時間短，其時間差與流體流速存在線性關系。這樣，通過觀測超聲波在介質中的順流和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，再通過流速來計算流量。

3、超聲波流量計的影響因素分析：
 常見的影響超聲波流量計現場檢測精度的因素可以歸納為以下幾點:
 ( 1) 流量計本身的計量精度;
 ( 2) 管道因素的影響( 直管段長度、管徑、輸入壁厚、內襯及管道材質等) ;
 ( 3) 噪聲的影響( 被測介質是否滿管及附近是否有干擾源) 。
 
3． 1、 流量計本身的計量精度：
 現場采用英國梅克羅尼生產的便攜式流量計Portaflow 作為液體流量主要檢測儀器，其原理是采用時差法測量。儀器借助夾鉗式傳感器，能夠測量密閉管道內的液體流量。該儀器配有 A、B 兩種傳感器，即換能器，分別用于小管徑及大管徑管道的測試，能夠測量幾乎所有管道材質及管徑范圍從 13mm ～ 5000mm 的管道流量。廣州市能源檢測研究院校準證書校準結果如表 1 所示。
 
表 1 超聲波流量計校準結果
 

 
備注: 檢定條件: 管徑 100mm、介質為水、不銹鋼管、溫度 19  、濕度 80% 。
   可見，常見流速范圍內，所用便攜式流量計 Por-taflow 示值誤差均在 ± 2% 以內，其中 A 傳感器為正偏差，且在流速為 0． 89m /s、流量為 25． 0m³ /h 時，其誤差***小; B 傳感器為負偏差，且在流速為 3． 5m /s、流量為 100． 0m³ /h 時，其誤差***小。示值誤差隨著被測管道流量的變化曲線如圖 2 所示。

圖 2 超聲波流量計示值誤差與被測管道流量的關系
可見，在管道流量 40m³ /h 以內，A、B 兩種傳感器示值誤差變化較為平穩。當管道流量大于40m³ /h時，隨著被測管道流量的增加，A 傳感器示值誤差逐漸加大，而 B 傳感器逐漸減少。現場空調水流量檢測時，為減少測試誤差，大流量管道應選擇 B 傳感器，小流量管道采用 A 傳感器，且應根據計量結果對流量測量結果進行修正。
 
3． 2、管道因素的影響：
 由于現場空調管道情況的影響，便攜式超聲波流量計的使用精度往往低于其標稱精度，當誤差較大時，甚至不能滿足使用要求。為了評價管道因素對便攜超聲波流量計的影響，用便攜式流量計進行了管道影響因素的試驗分析。
  ( 1) 直管段( 流態) 。一般要求流量計上游、下游分別有管徑 10 倍和 5 倍以上的直管段( 稱之為標準直管段長度工況) ，以確保被測介質的流態滿足儀表精度要求。實際檢測時，往往找不到滿足標準

表 3 不同輸入管徑誤差下的流量測量結果
 

 
注: DN100mm 對應真實外徑及壁厚為 108 × 4mm，DN150mm 對應真實外徑及壁厚為 159 × 4． 5mm，DN200mm 對應真實外徑及壁厚為 219 ×
 

 從表 5 可以看出，流體溫度誤差對流量測量結果的影響較小，現場節能檢測時可以忽略不計。流體溫度主要通過影響流體密度，進而影響流量計算結果。查詢相關試驗數據可知，流體溫度對流體密度的影響相對較為微小。
 
 ( 3) 內襯及管道材質的影響。被測管道材質及內襯輸入錯誤時，造成傳感器安裝距離 L 的計算錯誤，使超聲波流量計的入射角 θ 產生誤差，影響測量結果，嚴重時影響測量信號，使超聲波流量計無法正常工作。試驗表明，管道內襯對測量的影響主要源于其造成了實際管徑的變化。內襯減少了過水截面積，通過流速換算的流量相應偏小。測量誤差與管道截面積的變化成正比，如果內襯過厚、設置時被忽略或內襯與管壁有間隙時，一般會發生探測或信號錯誤。因此，測量時應據實準確輸入內襯的材料及厚度。如果遇到管道內壁結垢相對均勻、信
 號基本正常時，也可將管道內壁結垢視為內襯，進行一定的補償，可以減少測量誤差。目前，節能檢測的對象一般是新建建筑，幾乎不存在管道內壁積垢的問題。管道及內襯材質對測量的影響反映在超聲波在各種介質中傳播速度的差異上，如果材質的實際聲速小于設置的聲速( 如錯把塑料管當鍍鋅鋼管) ，則測量結果偏大，反之則偏小。
 
3． 3 、噪聲的影響：
  如果流體中存在超聲噪聲，且噪聲的頻率與超聲波流量計的工作頻率范圍一致，那么將使得換能器無法檢測并分辨出正常的工作超聲脈沖信號，導致流量計發生讀數錯誤或停止計量。現場檢測時，產生超聲噪聲的噪聲源有很多，***常見的是管道非滿管及流體介質污濁。一般來說，現場檢測噪聲的產生源主要有: ( 1) 流過管道的高速氣流 ( 非滿管流) ; ( 2) 附件的干擾源( 壓力或流量調節閥、水泵風機運行等) 。
 超聲波流量計對降壓元件產生的噪聲尤其敏感，甚至有些低噪聲閥門比調壓閥對超聲波流量計產生的影響還要大，這是因為，采用了低噪聲技術的閥門主要是針對人耳可聽見的噪聲范圍進行降噪，而這個范圍與影響超聲波信噪比的聲譜范圍不完全一致。國外氣體流量實驗室開展的不同類型的“噪聲發生器”( 如整流器、調壓閥等) 對超聲波流量計性能影響的定量測量實驗研究結果表明，噪聲 ( 如整流器產生的噪聲) 對某些類型的超聲波流量計準確度和穩定性存在一定的影響，其帶來的計量誤差可達 2% 。一般來說，為降低噪聲干擾，宜把流量計安裝在調節閥等噪聲元件的上游。

超聲波流量計產品分類：

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