氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量原理
氣體超聲波流量計(jì)具有很好的可靠性、穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)在天然氣輸送等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用和普及。但是由于受到諸多因素的影響及干擾，氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量精度存在很多不確定性，難以發(fā)揮其積極作用。下面我們將從氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量原理，分析降低其精度的各類(lèi)因素有哪些，并提出相應(yīng)的解決方法。
一、氣體超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理
目前較為常見(jiàn)的超聲波流量計(jì)系統(tǒng)能夠在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，直接輸出標(biāo)準(zhǔn)條件下體積量。而氣體超聲波流量計(jì)將天然氣作為基礎(chǔ)，通過(guò)壓力變送器、在線(xiàn)色譜分析儀等設(shè)備完成計(jì)量工作。相比較傳統(tǒng)設(shè)備而言，這種計(jì)量模式不僅能夠提高工作效率，還能夠?yàn)榭茖W(xué)決策提供依據(jù)，該設(shè)備將成為使用領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的必然選擇。在具體應(yīng)用中，超聲波流量計(jì)信號(hào)處理單元通過(guò)對(duì)筒體中的氣體流速等要素進(jìn)行測(cè)量，然后利用在線(xiàn)色譜分析儀等設(shè)備計(jì)算獲得體積流量，*后上傳至站控系統(tǒng)當(dāng)中。
二、降低氣體超聲波流量計(jì)量精度的關(guān)鍵因素
（1）信號(hào)方面
超聲波理想媒介中傳播，不會(huì)出現(xiàn)聲波減弱現(xiàn)象，相反，在非理想媒介中傳播過(guò)程中，聲波會(huì)隨之距離的增加而呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，形成將聲波轉(zhuǎn)換為熱耗散的過(guò)程。在研究中能夠發(fā)現(xiàn)引起媒介對(duì)聲波吸收的因素較多，主要由粘滯吸收與熱傳導(dǎo)兩部分構(gòu)成。聲波的具體計(jì)算公式如下：α＝αx+α1+αR
公式中α 為聲音衰減系數(shù)。如某流量計(jì)系統(tǒng)中采取的200kHz地超聲波發(fā)生器，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和濾波環(huán)節(jié)后，當(dāng)探頭距離在30cm之內(nèi)，理論曲線(xiàn)與實(shí)際曲線(xiàn)相重合；當(dāng)距離超過(guò)30cm 之外，實(shí)際信號(hào)曲線(xiàn)斜率比理論斜率小，出現(xiàn)這種情況的原因在于噪聲的產(chǎn)生。
超聲波流量計(jì)工作是超聲波在不同介質(zhì)與流向中速度差異進(jìn)行的計(jì)量。超聲波在通道中傳播時(shí)間是設(shè)備進(jìn)行流量計(jì)算的主要因素。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，超聲信號(hào)對(duì)于計(jì)量產(chǎn)生的影響具體表現(xiàn)如下：調(diào)壓閥與節(jié)流裝置產(chǎn)生的噪聲為寬頻噪聲，高頻部分隨著節(jié)流裝置前后壓差和流量增加而增加，進(jìn)而影響超聲信號(hào)傳輸，*終降低計(jì)量準(zhǔn)確性。由此可見(jiàn)，對(duì)于計(jì)量精度而言，應(yīng)盡量控制噪聲的產(chǎn)生。
（2）硬件方面
時(shí)差法超聲波流量計(jì)的計(jì)量精度主要是超聲波順逆流的時(shí)間計(jì)時(shí)精度，計(jì)算公式如下：
V=（t2-t1）Lt1-1t2-1arccosθ
試驗(yàn)表明，當(dāng)傳感器之間的安裝距離相對(duì)誤差在5%之內(nèi)時(shí)，流量相對(duì)誤差在10%，也就是說(shuō)前者越大，后者也將隨之增加。而管道內(nèi)徑相對(duì)誤差為-3.3%時(shí)，流量誤差為-5%。同時(shí)，超聲波流量計(jì)換能器、信號(hào)處理等配件的安裝質(zhì)量也將影響設(shè)備運(yùn)行。如某計(jì)量站流量安裝運(yùn)行后，受到*二聲道探頭接線(xiàn)松動(dòng)引起的聲道聲速變小，導(dǎo)致設(shè)備計(jì)量精度大打折扣。
受到換能器信號(hào)線(xiàn)的影響，計(jì)量結(jié)果偏低，使得計(jì)量系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確進(jìn)行計(jì)量。就超聲波流量計(jì)特性而言，流速沿著軸線(xiàn)均勻分布的流態(tài)能夠改善計(jì)量不準(zhǔn)確情況，所以在流量計(jì)上下游位置進(jìn)行調(diào)整，能夠避免由于硬件安裝造成的計(jì)量精度不高問(wèn)題。
（3）流場(chǎng)方面
流場(chǎng)作為重要影響因素，雖然當(dāng)流體流速較小時(shí)，其沿著直線(xiàn)傳播，但是這種差別仍然不容忽視。在特定條件下，設(shè)備偏移距離與探頭半徑相當(dāng)，收到的信號(hào)幅值將會(huì)被削弱，進(jìn)而影響到計(jì)量精度。此外，在流量計(jì)運(yùn)行過(guò)程中，壓力、溫度測(cè)量都是由現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)傳儀表完成測(cè)量目標(biāo)，該數(shù)值直接參與到流量計(jì)算當(dāng)中。就公式來(lái)看，獲取的壓力和溫度對(duì)于流量計(jì)計(jì)量結(jié)果具有直接影響。壓力與流量之間呈正相關(guān)，而溫度與流量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。受到工作環(huán)境等外界因素的變化，得到的測(cè)量結(jié)果也會(huì)發(fā)生偏差。綜上所述，氣體超聲波流量計(jì)計(jì)量精度影響因素不**于某一方面，要想提高其計(jì)量精度，需要從多個(gè)方面入手。