20 世纪 70 年代，超声波流量计的使用范围还仅局限于测量液体。随着电子技术和数据处理能力的飞速发展，可以实现各种补偿和运算，可自动修正流场分布变化造成的误差。超声波流量计以其非接触式、测量范围大、无运动部件、精度高等无可比拟的独到优势，逐渐成为流量检测领域的一个新亮点。虽然超声波流量计目前还有不足之处，但是科技的进步赋予了超声波流量计以综合性优势的更为广阔的发展空间。该文主要分析超声波流量计的应用与误差，以供参考。

引言

在现代社会工业生产快速发展的推动下，流量测量的应用领域日益扩大，已经成为生活中的重要部分。流量的测量方法有多种，超声波流量计以其具有非接触式测量的特征已经被广泛认可和应用。目前，在国内外对超声波流量计的研究已经取得了很大的进展，通过超声波在流体中的传播速度来测量流体的流速来计算流量，一直得到了研究者们的关注。尤其是计算机的使用，使数据处理更为方便、准确，并且具备了自检功能，这样能够自动修正流场分布变化导致的误差。

1.超声波流量计

气体超声波流量计由流量计表体、电子组件及微处理器系统、超声换能器等构成，目前生产最多、应用范围最广泛的是时差式超声波流量计。超声流量计测量量程宽、无机械可动部件、耐腐蚀、稳定可靠、长期运行无需特殊维护、具有双向流测量功能、集成度高、体积小、整机功能性强、性能好、但价格较昂贵。

超声波流量计的应用

2.1超声波流量计标定

超声波测量是一种通过测定物位来测量容器储量的方法。超声波传感器自上向物料表面发送超声波脉冲，接收从表示反射回来的回波。它测定超声波的传播时间，并推算出与反射表面的距离。传播时间是超声波传感器与物位之间距离的直观量纲。声波的传播距离是传播时间和声速的乘积。如果已知超声波传感器的位置，那么就能换算出物位以及储量。空气中的声速变化范围很大，因此，声波传感器需要进行温度补偿，如果用于空气以外的其他气体，就应该进行相应的标定。

2.2 超声波流量计精度

气体超声波流量计需要面对气体输送过程中的各种干扰，比如压力调节装置带来的气体噪声、介质中的粉尘杂质、管道流场变化等。通过对超声波换能器的合理布置及加装整流器等措施，可以有效避免或减弱上述影响，保证测量精度。

(1)气体组分：声波在不同气体中的传播速度不同，基于传播时间差法测量原理的超声波流量计避开了声速的影响，从而避免了因气体组成不同造成的计量误差。AS 系列超声波流量计能提供声波在气体中的声速，可实现在线实时工解超声波流量计的计量精度。(2)流场状况：超声波流量计对流场状况比较敏感，在良好的流场环境中，单声道流量计可以达到 0.5％的计量精度。当管道中产生涡流时，测得的平均流速与实际流速存在一定误差。(3)安装工程：流量计在安装使用过程中，需要保证流量计与管道的同心度，以及保证相应的前后直管段长度(厂家要求至少保证前 10D 后 5D)，这也是超声波流量计相对于涡轮、罗茨流量计的一个缺点。通过在管段内合理布置声道位置，可以提高流量计对环向流和横向流的适应能力，通过长期的仿真计算和数据分析，证实可以通过在管道中加装整流器的方式来缩短前后直管段长度。整流器的作用是尽量减少或者消除复杂流动的不利影响，提高计量精度。(4)环境抵抗：当测量介质中含有粉尘、油雾等脏污并附着在管壁或换能器上时，超声信号是否会受干扰导致计量精度下降，也是衡量超声波流量计性能的指标之一。

3.超声波流量计的误差分析

3.1安装误差

超声波流量计传感器的安装误差会对测量结果造成很大程度的影响。两个传感器之间的距离都有明确的规定，安装过程中如果没有按照规定的距离操作，会造成严重影响。流量计经过国家水大流量计量站校准，准确度为 1.5 级，管径内径为 1.2m、壁厚为 10mm，要求进行测试。整个测量过程中的流量稳定，其余测试条件不变，只将两个传感器的距离进行改变，经过计算，当实际距离比要求短 50mm 时，造成的误差为-8.5%；当实际距离比要求长 50mm 时，误差为

10.6%。

3.2 管径误差

管道内径的误差也会造成测量结果不准确，1%的内径误差所造成的测量误差为 2%，约为管径误差的 2 倍。水管内径为 1.2m，整个测量过程中的流量稳定，其余测试条件不变，当内径的相对误差为-3.3%时，所造成的流量相对误差为

-5.5%。

3.3 测量条件所造成的误差

由超声波流量计的测量原理可知，传感器所测量的流速是流体的线速度。只有流速分布均匀才能保证测量的准确度，所以在流量计的上下游要有足够的直管段。参考各种资料及流量计的使用手册，一般要求上游有 5～10 倍管径的直管段，下游有 3～5 倍管径的直管段。

3.4 管道壁厚误差

管道壁厚误差也是导致测量结果不准确的因素之一，不过其只是会影响到夹装探头。当管径为 0.8m，壁厚为 10mm 时，整个测量过程中的流量稳定，其余测试条件不变，当壁厚误差计算为 20mm 时，流量相对误差为-1.3%;当壁厚计算为 30mm 时，流量相对误差为-2.8%。不过壁厚的误差很难达到 100%，因此可以忽略不计。

4.超声波流量计使用注意事项

4.1正确选择型号

流量计的流量测量范围由气体的实际流速确定，被测天然气的典型流速范围一般为 0.3m/s-30m/s，用户应核实被测气体流速在制造厂规定的流量范围内。

4.2 正确安装

流量计的安装应尽可能避开振动、噪声、存在较强电磁或电子干扰的环境，在调压计量站中，流量计通常安装在调节阀的上游，为保证在流量计的全量程范围内，流量计的现场测量性能满足要求，流量计上，下游应安装足够长的直管段，必要时安装流动整流器，在气质较脏的场合，可在流量计的上游安装气体过滤器。

4.3 定期维护检查

超声流量计应定期进行检查及维护，查看超声换能器表面是否有沉积物、信号处理单元是否正常工作、声道有无故障、零流量测量是否准确等。

5.结语

总之，随着对超声波流量计特点的了解，它将逐步作为流量计测量的主要仪表。届时将要求制定完善的规程，为生产、使用提供必要规范。当然，超声波流量计还有许多问题尚待进一步探讨，我们相信，随着大家的不断努力，这些问题一定会得到有效的解决。