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超声波流量计在节能检测中的影响因素分析(2)

结果表明,上游直管段对精度影响较大,下游直管段对精度影响较小。依据试验结果,上游侧有3 倍以上、下游有 1 倍以上管径直管时,可基本满足使用要求( 与标准直管道长度工况相对误差在 1%以内) 。( 2) 管道参数输入误差的影响。流量计安装时,需输入管径、管壁厚等参数。在管道固定不变的情况下改变输入参数,测量结果如表 3 - 表 5所示。

从表 3 可以看出,管径设置( 输入) 误差与流量测量结果误差之间的关系为正相关,即管径输入误差为正偏差,实际测量结果误差为正偏差。管径外径误差导致管道截面积误差,进而影响流量计算,测量结果误差随着管径设置( 输入) 误差的增大而增大。管径误差为 - 10% 时,超声波流量计显示无信号。管径误差为 + 10% 时,DN100 管径流量测量相对误差达到 12. 1% 。因此,节能检测时,管径误差对超声波流量计测量结果影响较大,管径误差应准确输入。


    从表 4 可以看出,管壁厚度设置( 输入) 误差与测量结果误差成负相关,即管壁厚度输入为正偏差,测量结果误差为负偏差。壁厚误差同样导致内径误差,造成流量测量误差。管道尺寸 108mm ×4mm,壁厚输入在 ± 2mm 误差范围内,此时流量实测值最大相对误差为 + 1. 5% ; 管道尺寸 159mm ×4. 5mm,壁厚输入误差在 ± 1. 5mm 误差范围内,此时流量实测值最大相对误差为 + 2. 8% ; 管道尺寸为219mm × 6mm,壁厚输入误差在 ± 3mm 误差范围内,此时流量实测值最大相对误差为 + 3. 9% 。节能检测中,壁厚输入误差对管道实测流量的影响一般在 5% 范围内。对于精准测量,需要精确测量管壁壁厚,以免影响管道流量测量结果。
    从表 5 可以看出,流体温度误差对流量测量结果的影响较小,现场节能检测时可以忽略不计。流体温度主要通过影响流体密度,进而影响流量计算结果。查询相关试验数据可知,流体温度对流体密度的影响相对较为微小。( 3) 内衬及管道材质的影响。被测管道材质及内衬输入错误时,造成传感器安装距离 L 的计算错误,使超声波流量计的入射角 θ 产生误差,影响测量结果,严重时影响测量信号,使超声波流量计无法正常工作。试验表明,管道内衬对测量的影响主要源于其造成了实际管径的变化。内衬减少了过水截面积,通过流速换算的流量相应偏小。测量误差与管道截面积的变化成正比,如果内衬过厚、设置时被忽略或内衬与管壁有间隙时,一般会发生探测或信号错误。因此,测量时应据实准确输入内衬的材料及厚度。如果遇到管道内壁结垢相对均匀、信号基本正常时,也可将管道内壁结垢视为内衬,进行一定的补偿,可以减少测量误差。目前,节能检测的对象一般是新建建筑,几乎不存在管道内壁积垢的问题。管道及内衬材质对测量的影响反映在超声波在各种介质中传播速度的差异上,如果材质的实际声速小于设置的声速( 如错把塑料管当镀锌钢管) ,则测量结果偏大,反之则偏小。
3. 3 噪声的影响
    如果流体中存在超声噪声,且噪声的频率与超声波流量计的工作频率范围一致,那么将使得换能器无法检测并分辨出正常的工作超声脉冲信号,导致流量计发生读数错误或停止计量。现场检测时,产生超声噪声的噪声源有很多,最常见的是管道非满管及流体介质污浊。一般来说,现场检测噪声的产生源主要有: ( 1) 流过管道的高速气流( 非满管流) ; ( 2) 附件的干扰源( 压力或流量调节阀、水泵风机运行等) 。
    超声波流量计对降压元件产生的噪声尤其敏感,甚至有些低噪声阀门比调压阀对超声波流量计产生的影响还要大,这是因为,采用了低噪声技术的阀门主要是针对人耳可听见的噪声范围进行降噪,而这个范围与影响超声波信噪比的声谱范围不完全一致。国外气体流量实验室开展的不同类型的“噪声发生器”( 如整流器、调压阀等) 对超声波流量计性能影响的定量测量实验研究结果表明,噪声( 如整流器产生的噪声) 对某些类型的超声波流量计准确度和稳定性存在一定的影响,其带来的计量误差可达 2% 。一般来说,为降低噪声干扰,宜把流量计安装在调节阀等噪声元件的上游。
4 小 结
    超声波流量计是节能检测的必备设备,节能检测中要求的或涉及到的流量参数( 冷水机组实际性能系数、空调水泵效率、冷热水总流量、冷却水总流量、空调机组水流量等) 都需要超声波流量计测量,其优点是不用在流体中安装测量元件,不会改变流体的流动状态,不产生附加阻力,因而在节能检测中应用非常广泛。在实际应用中,需要注意以下问题:
( 1) 定期对超声波流量计进行维护保养,定期送检计量,并根据计量结果对检测结果进行修正。
( 2) 测量数据不仅仅是个仪表显示数值,它需要在测量过程中综合考虑管道因素( 直流管段长度、管径、壁厚、流体温度等) 的影响,尽可能降低测量误差。
( 3) 被测管道材质及内衬输入错误时,将产生较大的测量误差,因此测量时应据实准确输入管道材质及内衬材料。
( 4) 噪声对超声波流量计准确度和稳定性存在一定的影响,现场测量中,一般把超声波流量计安装在噪声元件的上游,尽量降低噪声对测量结果的影响。

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