影響超聲波流量計(jì)測(cè)量誤差的主要因素分析
根據(jù)超聲波流量計(jì)時(shí)差法測(cè)量原理的流速與流量公式可知
，超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度與儀表幾何參數(shù)和時(shí)間差測(cè)量的準(zhǔn)確度有關(guān)，并且流量修正系數(shù)受流場(chǎng)均勻分布情況影響，所以主要影響測(cè)量準(zhǔn)確度因素可以分為計(jì)量管段幾何參數(shù)、流場(chǎng)因素和信號(hào)因素。
3.3.1信號(hào)因素
時(shí)差法超聲波流量計(jì)是根據(jù)超聲波傳播時(shí)間差來(lái)測(cè)得流速
，超聲波信號(hào)的采集與處理是獲得全部流場(chǎng)流動(dòng)信息的關(guān)鍵因素，因此如何處理超聲波信號(hào)是影響傳播時(shí)間和流量測(cè)量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵所在，超聲波信號(hào)的質(zhì)量至少應(yīng)滿足信號(hào)處理方法的要求。圖3.3為典型的超聲波測(cè)量系統(tǒng)。
超聲波流量計(jì)的信號(hào)處理方法可以分為時(shí)域分析和頻域分析兩種，傳播時(shí)間與超聲波脈沖周期的關(guān)系或聲道長(zhǎng)度與聲波波長(zhǎng)之間的關(guān)系決定采用哪種處理方法
。單脈沖傳播時(shí)間測(cè)量法和相關(guān)峰值位移法是應(yīng)用非常廣泛的時(shí)域處理方法
，確定接收信號(hào)的過(guò)零電平交點(diǎn)是關(guān)鍵所在。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中
，換能器選用較寬的頻帶方便測(cè)量
，但是不均勻的流場(chǎng)分布
、聲學(xué)噪聲影響、超聲波換能器損壞和測(cè)量管段處出現(xiàn)密度梯度等因素都會(huì)導(dǎo)致超聲波信號(hào)變形
，降低測(cè)量準(zhǔn)確度
。因此高精度測(cè)量傳播時(shí)間和信號(hào)處理方法仍需進(jìn)一步研究。本文將不以超聲波信號(hào)處理部分做為研究的要點(diǎn)內(nèi)容
。
3.3.2流場(chǎng)因素
超聲波流量計(jì)的測(cè)量條件是流場(chǎng)呈充分發(fā)展流動(dòng)狀態(tài)
，但在實(shí)際應(yīng)用中由于管道走向（平面單彎管
、空間雙彎管）
、管道中的流量調(diào)節(jié)閥
、壓力調(diào)節(jié)裝置等因素導(dǎo)致流場(chǎng)出現(xiàn)非理想分布
，從而對(duì)超聲波流量計(jì)的測(cè)量誤差產(chǎn)生一定的影響。
在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中由于彎管的存在
，流體中存在各種波動(dòng)
，流場(chǎng)很難達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在充分發(fā)展直管道流動(dòng)中
，管道截面上的速度分布和流量修正系數(shù)都可根據(jù)公式獲得
，因此這種條件下超聲波流量計(jì)可以達(dá)到非常好的計(jì)量精度。在現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)環(huán)境中
，通常應(yīng)用整流器克服各種阻流件等因素導(dǎo)致流場(chǎng)分布不均勻，本文將要點(diǎn)研究超聲波流量計(jì)測(cè)量段上游平面彎管
、空間彎管和閥門(mén)對(duì)測(cè)量精度的影響
，并利用整流器的整流效果
，從而提高測(cè)量準(zhǔn)確度
。
時(shí)差法測(cè)量原理是在管道內(nèi)流體為理想流動(dòng)狀態(tài)下
，通過(guò)測(cè)量換能器對(duì)射線上無(wú)限多點(diǎn)的流體速度值
，再加權(quán)求和得到管道截面上的面平均流速，從而得到流量值
。研究試驗(yàn)表明，單聲道超聲波流量計(jì)在良好的流場(chǎng)環(huán)境中測(cè)量精度可達(dá)0.5%
，如果在單聲道超聲波流量計(jì)測(cè)量段上游安裝平面90°彎管時(shí)，會(huì)造成流量測(cè)量誤差大于4%
；可見(jiàn)非理想流場(chǎng)會(huì)降低超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度
。在超聲波流量測(cè)量段中采用多聲道布置方法，可以獲取整個(gè)流動(dòng)截面的流速信息
，相比單聲道測(cè)量方法測(cè)量精度得到了提高
。本文也將多聲道測(cè)量方法做為研究?jī)?nèi)容。
3.3.3安裝效應(yīng)及計(jì)量幾何段參數(shù)因素
流量計(jì)在生產(chǎn)和應(yīng)用中，管道直徑和管道壁粗糙度也會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生較大的影響
。不同管道的質(zhì)量?jī)?yōu)劣不一樣
，并且使用過(guò)程中管道的磨損和腐蝕等因素會(huì)對(duì)管道壁的粗糙度造成十分嚴(yán)重的影響，從而使流場(chǎng)中阻力和速度梯度增大
，對(duì)流量的測(cè)量產(chǎn)生一定的誤差
。
超聲波流量計(jì)的不同安裝方式和換能器安裝角度不同會(huì)產(chǎn)生不同的測(cè)量結(jié)果，所以需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇非常合適的安裝方向和角度
。超聲波流量計(jì)是通過(guò)時(shí)間差來(lái)測(cè)得管道截面流速
，可以利用多聲道來(lái)更準(zhǔn)確的獲取流場(chǎng)速度信息
，但不同安裝方式不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定的誤差
，并且換能器安裝角度也會(huì)造成測(cè)量結(jié)果與實(shí)際真實(shí)結(jié)果之間的偏差，因此
，選取合適的安裝方式和角度在一定程度上可以提高測(cè)量準(zhǔn)確度
