利用超聲波流量計進行在線水表的校準

本文介紹了在線水表校準中應用的超聲波流量計（USF）的工作原理、選型、安裝測量過程的選擇原則及在線流量測量操作步驟，提出了利用超聲波流量計進行在線水表的校準過程中因注意的問題。

水表是用水計量的工具，是水資源管理部門征收水費和自來水公司向企事業單位供水管理的參考依據。隨著水資源短缺問題日益嚴重，水資源管理費和水費越調越高，同時在水資源日益短缺的今天，用水計量工作的準確性也成為企業節約能源、降低成本的關鍵所在。因此水表計量顯得更為重要。水表檢定一般是從管線卸下送到計量部門水表檢定裝置上進行離線檢定或校準，然而企業內部的大多數用于貿易結算的水表和對于醫藥、化工等企業的供水管路有用水連續性的特點難于拆卸或不允許斷流，而且工業現場中水表計量精度除受本身特性影響外，還受現場使用條件的影響。這樣必須采用在線校準的方式對水表進行計量特性確認。超聲波流量計是利用聲波在流體中的傳播特性來測量的流量計，具有可不停產安裝、不接觸流體及精度較高等特點，廣泛應用于流量在線檢定或校準系統中，因此利用超聲波流量計對水表進行在線校準能反映水表日常使用情況下的誤差水平，對于判斷水表計量性能更有現實意義。本文參照《JJG162-2009 冷水水表計量檢定規程》，對不同口徑的水表的常用流量在線校準中一些應注意的問題進行探討。（僅著重介紹目前用得***多的時間傳播法之時差法）

1 超聲波流量計工作原理

封閉管道用超聲波流量計按測量原理分類有：時間傳播法、多普勒效應法、波束偏移法、相關法、噪聲法。其中時間傳播法又可分為時差法、相位差法、頻差法。目前應用于水系統中的超聲波流量計的測量原理主要有時差法和多普勒效應法。根據被測流體水質要求不同，時差式超聲波流量計適用于比較潔凈的流體測量，多普勒超聲波流量計主要用于測量含有適量能給出強反射信號的顆粒或氣泡的液體。時差式超聲波流量計可以測量懸浮顆粒較少的液體，多普勒 USF 要比時差式超聲波流量計適用懸浮顆料含量上限高得多，而且可以測量連續混入氣泡的液體。同時這兩種流量計測量精度也有所不同：時差式超聲波流量計測量精度比多普勒超聲波流量計高，時差式超聲波流量計測量精度可以達到±（0.5～1）%，重復性誤差 0.1%～0.3%；多普勒超聲波流量計測量精度一般為±（1～2）%，重復性誤差 0.5%～1%。而使用***多的是時差法，時差法中按反射模式有單次反射、雙重反射、三重反射及對角模式，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，對角反射適用于比較大口徑管道.

2 超聲波流量計（標準表）選擇

在校準前，作為標準表的超聲波流量計應首先送到法定計量檢定機構或認可的實驗室，依據要校準的現場流量計不同管徑、不同常用流量的要求，取得實流的檢定證書或校準證書，使得標準表的流量檢定或校準范圍覆蓋被校準的現場流量計的流量范圍，檢定或校準的流量點盡可能與現場校準的流量點相符，依據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的校準流量點進行檢定或校準，各流量點的基本誤差均應優于被校準水表流量點的允許誤差。

3 超聲波流量計的安裝過程

校準時首先按標準超聲波流量計使用說明書要求，安裝標準超聲波流量傳感器，并使流量信號符合滿流測試條件。

3.1 確定系統管道直徑在系統校準直管道區域內均勻選擇不少于3 個點（LL1、L2、L3? ? Ln），每個點用鋼卷尺測量系統管道周長并計算管道直徑，各點直徑誤差小于 0.2%，則各點直徑的平均值為系統管道的直徑。

注：如果各 L 點直徑誤差超過 0.2%，則重新確定系統管道直徑。

3.2 確定系統管道壁厚對選擇的各點 L（L1、L2、L3? ? Ln）用超聲波測厚儀進

行壁厚測試，每個點沿圓周均勻選擇不少于 4 個點 p（p1、p2、p3、p4? ? pn）進行管道壁厚測試，各 p 點的平均值為該圓周 L 點的管道壁厚，L1、L2、L3? ? Ln 各點的管道壁厚誤差≤0.3mm，則各 L 點管道壁厚平均值為系統管道壁厚。

注：如果各 L 點壁厚誤差>0.3mm，則重新確定系統管道壁厚。

3.3 確定標準超聲波流量計傳感器安裝尺寸將實際測得的管道直徑、管道壁厚、材質等各種參數輸

入超聲波流量計，同時調整標準超聲波流量計處于正常工作狀態，并計算標準超聲波流量計傳感器安裝位置尺寸。

3.4 確定安裝位置

根據標準超聲波流量計傳感器安裝尺寸，用超聲波流量計自帶的標尺確定安裝位置。標準超聲波流量計傳感器安裝點應保證在選擇的 L 點上，同時滿足偏轉管道正上方兩側 45 度角位置，以獲得更高的準確性。

4 被檢水表的校準過程

參照《JJG162-2009 冷水水表計量檢定規程》，編制在線水表校準規范，通過內部審核確認生效后，依據校準規范計算水表在用流量的示值誤差，出具校準證書，對于超出水表規定示值誤差規范的，給出建議更換或維修的提示，并且注明建議下次校準時間，以保證計量儀表的準確性。

5 校準過程中應注意的問題

（1）正確選擇測量點位置及傳感器安裝方式以保證 USF 正常穩定工作。盡量選擇在遠離閥門、三通等局部阻力構件的直管段測試，測點的距離應滿足儀器使用說明書中注明的要求，如果達不到直管段長度等具體校準條件，要先對供水系統進行改造，滿足后再進行校準.

（2）確保所測量的水管內是滿管流動，USF 實際測得的是流體的速度，流量是根據輸入的管徑計算出流動斷面的面積，然后乘以流速得到的，只有滿管流動才能保證測試數據是準確的.

（3）重視測試前的準備工作，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、壁厚等測試數據的準確。安裝傳感器過程中，千萬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電乳液。

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

（5）作為標準的超聲波流量計，長期使用會使測量產生一定誤差，應定期送法定計量單位校準，如果校準結果超出允許誤差，一定要根據校準時提供的修正系數對流量計進行修正，同時也要對所使用的卷尺、直尺、超聲測厚儀進行定期檢定或校準，以減少測量誤差。