超聲波流量計在測量污水管道中如何校準

 1 超聲波流量計原理

常用的超聲波流量計有2種原理：時差法和多普勒法。

1.1 時差法原理

超聲波信號在流體中，順流時信號傳播速度快，傳播時間短；逆流時信號傳播速度慢，傳播時間長，利用超聲波信號在流體中順逆流方向聲波信號傳播時間存 在差值，即時差，可以計算出流體流量。時差法較適于測量純凈液體，有較多氣泡的液體或懸浮物會阻礙聲脈沖正常傳播，導致不能正常測量。

1.2 多普勒法原理

超聲波信號在傳播路徑上遇到微小浮游物（懸浮物質或微小氣泡）而被散射，超聲接收器能夠接收散射后的超聲波信號。發射信 號頻率受多普勒效應的影響后變為不同的接收信號頻率，2個頻率之差與流體流速有確定的數量關系，由此可以計算出流體流量。多普勒法流量計不能測量清潔的流 體，僅能測量約50mg/L以上濁度的流體。同時多普勒法測量精度低于時差法，一般為2.0級，即2%滿量程誤差（2%F.S.）。

2 超聲波流量計使用注意事項

近幾年，隨著超聲波流量計在污水流量計在線校準中的應用越來越普遍，流量計準確性不高的問題也逐漸暴露出來，原因主要是操作不規范和流量計自身問題。

2.1 操作不規范

管道方面，技術人員經常不按照標準操作規程進行操作，例如未準確測量管道外徑、周長、壁厚、接觸溫度等，這些參數都會對超聲流量計的原始數據修正產生重要影響。

安裝方式方面，技術人員經常不按照管道大小和信號強度選擇安裝方式，往往選擇流量計的默認雙聲程模式。正確的安裝方式為：在大管道和復雜環境中應采用單聲程；在小管道和信號特強的情況下選擇多聲程。

安裝位置方面，技術人員往往隨意放置超聲探頭，且不確認管道污水是否滿管這一重要的測量條件。正確的安裝位置為：應選擇管道的水平中間位置放置探頭；只有在管道滿管的條件下才能進行準確測量，流體向上流的垂直管道能保證滿管流。

除此以外，現場的管道內襯的種類和厚度等重要參數往往很難獲得，這些也嚴重影響了流量計的準確性。

2.2 超聲波流量計自身問題

首先是時差法和多普勒法流量計的選用。時差法流量計適用于純凈液體的計量，準確度優于±1.0%；多普勒法流量計適用于濁度50mg/L以上的流 體。因此，2種原理的流量計在污水流量計校準時的選用非常重要。一般情況下，管道中污水較干凈時，可選用時差法；當污水較渾濁時，應選用多普勒法。但是污 水干凈還是渾濁在現場很難被定量界定，因此選用這2種原理的流量計沒有通用方法可遵循，導致流量計自身計量不準確，更談不上校準污水流量計了。

其次超聲波接收也存在缺陷。超聲波由于是通過在管道中發射和接收超聲信號來測量流體流量的，所以管道材質對超聲的折射、流體中雜質對超聲的反射和散 射、流體中隨機存在的氣泡和雜質的含量高低都會對測量產生不穩定的影響。油田污水中含有不少的原油、砂礫、氣泡、化學藥劑等，管道內環境十分復雜和多變， 嚴重影響了測量的精度。

針對超聲波流量計在污水流量計在線校準中準確性不高的問題。在近一年的的時間里，使用26臺檢定合格的污水流量計作為參考流量計，對4臺超聲波流量計進行了現場在線校準，通過大量的試驗和數據分析，討論超聲波流量計在污水流量計校準中的作用。