孟良
大庆油田水务公司 163000
摘要：针对供水计量之中的误差予以测量，可能因超声波流量计使用不当而带来严重的测量误差，本文将针对误差予以重复测量，并据此明确流体流速的产生原因，利用24h测试方法，确定流速变化较大的计量点情况。同时，采用多点流速对比法确定可以降低流量计误差的具体方法。
关键词：流体流速；超声波流量；测量精度；影响因素；校准
误差在测量工作中出现相对频繁，可能在一定程度上影响供水系统之中超声波流量计运行的稳定性。笔者将排除其他影响因素的干扰，以确定流体流速对测量精度所造成的实际影响。
1 研究背景
近年来，供水行业之中已经充分运用了超声波流量计，通过超声波流量计的在线比对作用，实现对于供水的有效测量。现阶段，我司主要借助现场安装超声波便携流量计的方式予以测量，并读取其中每2h的累积量，同时，结合误差公式确定在线流量计的数值，并予以修正，相比于检验室流速标定方式，超声波流量计存在一定的差异。针对近年来的超声波流量计计量和数据统计结果予以分析计算，可以确定：有大约73．68％的计量点在实施在线比对时，其相对误差可以维持在计量误差范围之内；15．79％计量点在实施在线比对时的精度准确性在60%以内；10．53％的计量点在进行在线比对时，其精度准确性可以保持在60%～95％范围内。为此，现阶段我司在运用超声波流量计实施二次在线比对时，无法确保将计量误差控制在合理范畴内[1]。
2 研究方法及过程
可能有多种因素导致超声波流量计的在线比对误差，这一误差来源包括但不限于安装误差、计量表系统误差及读数误差等。笔者将针对具有较大在线比对误差的计量点展开试验研究，通过24h比对实验的方式，依据分段数据读取的方式，展开对于水体流速参变量的充分研究。
2.1 误差剔除
第一，安装误差。在本次实验中，通过24h比对的方式，采取分段读取的方式进行数据读取，在此阶段无需二次安装超声波流量计传感器装置，因此无需过多关注超声波流量计测试阶段的安装误差；
第二，读数误差。一般而言，利用GPRS数据采集监控系统得到相应的实验数据，可以充分降低读数误差。
第三，系统误差。针对24h实验实施全面的数据处理，同时，借助相对标准表的形式展开对于在线计量表的总体处理，修正计量表系统，并剔除其中的系统误差因素。
第四，管道参数设置误差。首先，要求针对管道的壁厚予以充分检测，以确定管道的具体材质；其次，充分确保计量表的阻尼系数，让计量表数据采集的同步性得到充分保障，针对管道水温保证仪表予以统一化设置，以实现对于计量声速一致性的充分判断。针对管道的壁厚和直径材质等予以统一化设置，让仪表可以获取与外部信息相一致的信息。
第五，量程误差。一般而言，为了有效剔除量程误差，应该采取比对实验的方式开展，将实验维持在指定的流速区间内。然而，现阶段，我司所面临的实际问题在于难以充分适应这一需求，为此，需要通过实验予以验证。因此，在本次实验中，并未剔除掉量程误差因素[2]。
2.2 实验及数据分析
结合试验设计和误差剔除的假设，笔者分别于春夏两个季节在大煤厂和双头山两个分区计量点之中开展了24h在线比对试验，其分析结果如下：
2.2.1 时段误差
每隔2h进行一次精度测量，同时，比对其相对误差，通过计算筛除系统误差，可以确定每个不同时段的误差都存在一定差异，且部分误差的变化相对较为明显。
2.2.2 误差相关性
本次实验的研究重点在于流体流速，为此，需要明确误差和流速之间的关系，通过二者之间相关系数的计算及数据分类，发现有约1/4的实验中，流速和误差呈现出高度正相关的关系，1/4呈现为负相关，且1/2呈现为低相关或不相关的关系。
相比于时段误差的平均值，高度相关的在线比对结果存在较为明显的差异，至于低相关和不相关的结果，则未呈现显著差异。
2.2.3 流速变化对二次测量的影响概率
将二次测量精度的要求调整为±1．8％，则时段误差会表现为明显的正态分布趋势，可以很好适应二次测量精度所规定的置信度。
流速不同的各组数据之中，只有两组可以接近于二次测量的精度需求，至于其他组，其概率分布都相对不均，难以充分契合实际精度需求。与二次测量精度的概率及流速环比变化率相契合的相关系数值计算结果为-O．69，二者呈现出显著的负相关关系，也即，由于流速变化率的影响，可能带来一定的在线比对误差，进而导致二次测量难以充分适应计量精度的需求[3]。
3 造成流速误差的主要原因及校准
3.1 零点漂移
现阶段，应用较为频繁的超声波流量计多为时差法测量的形式，通过流体流速测量达到良好的计量效果。在仪表设计时，一般收集超声波流体传播时间等参数，如果流体始终保持在静止状态，或发生来回波动时，则可能由于受到声速感应传播时间的影响，而导致超声波表现出不同程度的差异。结合超声波流量计原理可以确定，由于此类差异的存在，可能产生相应的流量，导致在感应流体方向相反时呈现出更为明显的差异。一旦流体始终维持在由静止到运动再到静止的反复循环之中，便可能导致其中的时间差异呈现出线性移动的趋势，进而造成漂移。大量实践研究和理论计算结果表明，随着漂移量的提升，速度误差会呈现出显著的增长趋势。
3.2 量程误差
结合厂家所提供的样品，可以确定超声波流量计的实际误差曲线，将其横坐标定义为速度，纵坐标定义为相对误差。一般而言，曲线呈现为一条自上而下的曲线，在此基础上，还有另外一条与横坐标相平行的曲线。因此，超声波流量计的误差通常可以在一定范围内维持在相对稳定的区间内。一旦超出这一量程，则会带来较为突出的量程误差。
3.3 阻尼
在超声波流体传输阶段，针对其传输时间予以测定，发现其中存在一定的时间间隔，且通常不表现为连续曲线的形式。随着计量表阻尼的持续提升，曲线的间隔区间也相应增加。一旦流速在2个不同区间之中发生了较大的变化，则可能在相对标准表和在线比对表之中获得相应的数据信息，若二者之间存在较大的差异，则会带来较为突出的相对误差[4]。
结束语：可能有多种因素导致超声波流量计在运行过程中出现误差，其中流体流速变化问题是造成二次测量难以适应计量精度需求的最主要原因。若流体流速与测量误差呈现出高度相关的关系，则超声波流量计会受到来自系统误差的较大影响，若未呈高度相关，则不会受到过多的影响。可以适应在线比对计量精度要求的置信概率一般与流速环比变化率呈负相关。最后，零点漂移、量程约束及阻尼等因素，是导致超声波流量计受到流体流速影响的最主要因素，需要针对此类因素予以校准。
参考文献：
[1]贾惠芹,王成云,党瑞荣. 流体流速对超声波流量测量精度的影响及校准[J]. 仪器仪表学报,2020,41(7):1-8.
[2]史梁. 时差法多声道超声波流量测量系统在给排水工程中的应用研究[J]. 吉林水利,2020(10):38-43.
[3]韩金历. 基于相关算法的高精度超声波液体流量计研究[J]. 低碳世界,2020,10(10):211-212.
[4]马建,李泽芳,张德胜. 基于超声波时差法的管道流量测定仪设计[J]. 工矿自动化,2021,47(2):93-97.
作者简介：孟良,性别：男,民族 汉族,籍贯：内蒙古自治区赤峰市,出生年月：19891120,
文化程度：本科,现有职称：助理工程师,研究方向：超声波流量计的校准.