便携式超声波流量计在污水计量系统现场校准中的运用及不确定度分析

随着我国对环境保护问题的日益重视，工业“三废”之一的污水排放也得到更多的关注。因此，准确计量污水流量成为一项非常重要的基础工作。本文主要介绍了便携式超声波流量计在污水计量系统现场校准中的运用及其不确定度的分析。

引言

在我国，污水排放的形势非常严峻，要想治理污染首先要对排污企业的排放总量进行控制，再分门别类地进行治理。

目前，污水排放的计量工作仍然采用粗放式的计量模式，排污企业都是以供水量作为污水处理费的缴纳依据，许多污水处理厂的进出水计量也处于不受控的状态。加强污水排放监测，掌握并正确运用适用于污水计量的方法是解决这一问题的关键所在。

1 .现场测量方法

现场校准时选择便携式超声波流量计作为标准表, 便携式超声波流量计是一种外夹便携式的流量计量仪表, 具有精度高、重复性好、灵敏度高、安装使用方便、能在露天恶劣环境下工作等特点,

1.1 确定系统管道直径在检测管道区域内均匀选取不少于 3 个点 L（L1、L2、

L3……)，在每点处用钢卷尺测量该管道周长并计算其直径，各点直径的平均值为系统管道的直径。若各点直径的误差若超过 0.2%,则需重新测量系统管道的直径。

1.2 确定系统管道壁厚对选取的各点 L（L1、L2、L3……)用超声波测厚仪进行

测试，沿每个点所在圆周均匀选取至少 4 个点 P（P1、P2、P3、P4……）进行壁厚测试，各 P 点的平均值为该圆周 L 点的管道壁厚。若各 L 点的壁厚误差大于 0.3mm，则需重新测量系统管道的壁厚。

1.3 确定标准超声波流量计安装尺寸经比较，使用的 FLEXIM 便携式超声波流量计及 ADM6725

探头基本上能满足现场检定的要求（比如：精度高、重复性好、满足恶劣环境等）。校准时，按照该标准超声波流量计的使用说明，输入管外径、壁厚、材质等参数，计算出标准超声波流量计探头的安装尺寸。

1.4 确定安装位置

根据标准超声波流量计传感器安装尺寸, 用钢卷尺确定安装位置。标准超声波流量计传感器安装点应保证在选择

L 点上, 计量误差校准时应分别在纵向和横向进行。

2 .不确定度分析

2.1 数学模型的建立

流量计的瞬时流量与流体的流速和流过管道的横截面

街有关。超声波流量计的瞬时流量数学模型公式为：

q = f (r1, r2, v) =p (r1- r 2)2 v （1）式中： q 为流过超声波流量计的流量；r1 为系统管道外半径；r2 为管道壁厚；v 为流

速。

2.2 标准表不确定度

由公式（1）可知需测量的参数有管道外半径 r1 ，壁厚r2

以及流速 v 。标准表测量的不确定度也就是有这三个测量数据的合成不确定度。其合成相对不确定度为：

2.2.1 管道外径测量的不确定度u (r1 ) 采用Ⅰ级钢卷尺，长度 L=5m，其允许误差为d = ±(0.1+ 0.1L)

mm。测量系统管道的周长后转换为外径 r1 ，标准差按均匀分布，标准不确定度为B 类分析，则 r1 不确定度为：u(r1) = 2p0.63 = 0.06 mm 可靠性高，故自由度=∞

2.2.2 管道壁厚测量的不确定度u (r2 ) 超声波测厚仪本身允许误差d = 0.3，其标准差按均匀

分布，标准不确定度为 B 类进行分析：u1 = 0.33 ，测厚仪本身的

mm 可靠性高，故自由度=∞

2.2.3 超声波流量计的不确定度在 Q=150m3/h,进行 N=50 次测量得到的数据为 q1=150.4

m3/h，n1=3 次；q2=150.3m3/h，n2=6 次,；q3=149.5 m3/h， n3=12 次；q4=149.9 m3/h，n4=15 次；q5=149.3 m3/h，n5=14

次。因此超声波流量计的相对不确定度为：s (qv) = 0.0025 = 0.25%

当测量次数 N=50 时，其自由度v(V ) = N -1 = 49 ，当测量次数增加时v(V ) = ¥ 。

2.3 合成不确定度与扩展不确定度当现场测量管径为 r=1200 时，合成不确定度的有效自

U0.95 = t0.95 (¥)´Uc = 1.96´ 0.0025 = 0.49%

3 .现场注意事项

（1）了解现场安装环境，应避免来自管道或者周围的强震动及电磁波干扰，同时检查管线材质、壁厚、流体温度等相关量的数值。（2）标准表转换器应安装在上游直管段至少 10D，下游直管段为 5D 的位置，以便提高流速。避免上下游扰动源（泵、阀、弯头），必要时考虑加装整流器。当上游存在泵、阀等设备时，应将直管段相应延长，上、下游直管段距离最好为 30D。（3）超声波流量计的探头要安装在管侧面的正侧线上，尽可能避免沉淀物或气泡的影响。同时处理好管径外壁并用黄油或者凡士林耦合剂使发射器与管道紧密贴合。（4）现场使用的管道材质一般为铸铁或碳钢，因此要注意管道内壁结垢、腐蚀，导致内径测量不准产生截面积计算错误的问题。

4 .结语

流量计的现场校准条件与实验室有较大区别，除了考虑超声波流量计自身的准确度，还应在校准时选择合适的测量位置，准确测量管道参数，同时还应考虑测量介质的温度、周围环境等因素。若能在校准过程中注意上述问题，则其不确定性会大大降低。