一、本文概述
 超聲波流量計(jì)是一種利用速度時(shí)差法或是多普勒效應(yīng)的原理來對(duì)管內(nèi)液體流量進(jìn)行測(cè)量的裝置，要據(jù)安裝方式的不同可分為插入式、外夾式和管段式三種不同的類型，一般通過與集成化的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、多脈沖技術(shù)、數(shù)字糾錯(cuò)技術(shù)的系統(tǒng)配合使用，來達(dá)到適應(yīng)環(huán)境、增強(qiáng)其可靠性等目的，特別是外夾式超聲波流量更是因?yàn)槠錈o需破管、計(jì)量精度高、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，帶自診斷功能等諸多優(yōu)點(diǎn)，受到用戶普遍好評(píng)，現(xiàn)已在化工、電力、石油、冶金等領(lǐng)域得到**應(yīng)用。
不過由于影響超聲波流量計(jì)流量測(cè)量結(jié)果不確定度的因素很多，在使用的過程中會(huì)受到來自于上游直管段內(nèi)壁粗糙度、氣體成分、上游直管段長(zhǎng)度、流量計(jì)上游流體流態(tài)、噪聲干擾、氣流脈動(dòng)等。會(huì)對(duì)儀表的測(cè)量產(chǎn)生或大或小的影響，當(dāng)然儀表是具有相當(dāng)?shù)淖晕壹m錯(cuò)功能的，可以在一定范圍之內(nèi)有效地識(shí)別并去掉無關(guān)的干擾信號(hào)，但是倘若外界的影響較大，超出了儀表自我糾錯(cuò)的控制范圍，則肯定會(huì)對(duì)于終測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。
對(duì)操作人員來說，常見的是管道中的噪聲可能會(huì)干擾超聲波流量計(jì)的工作，進(jìn)而影響儀表的性能。這種噪聲典型的產(chǎn)生部位是有壓力降的地方，比如流量調(diào)節(jié)閥。
     潤(rùn)中儀表科技有限公司生產(chǎn)的一款RZ-1158C外夾式超聲波流量計(jì)就是超聲波測(cè)量行業(yè)內(nèi)的好佼佼者，自投放市場(chǎng)以來，好評(píng)如潮，獲得了廣大使用單位的**贊譽(yù)。撰寫此文就是重點(diǎn)針對(duì)超聲波流量計(jì)在使用過程中普遍會(huì)遇到的噪聲影響問題作出分析，幫助工程設(shè)計(jì)人員了解并認(rèn)識(shí)到影響以及消除或減少噪聲影響的措施。在項(xiàng)目開始階段，如果工程設(shè)計(jì)人員能認(rèn)識(shí)到這些影響因素并采取相應(yīng)措施，可以很大程度 上降低工程成本，而一旦所有設(shè)備都安裝完畢，發(fā)現(xiàn)了問題再采取措施，一般就要付出高昂的代價(jià)。所以，了解這些減少噪聲影響的措施是非常必要的，它可以指導(dǎo)用戶正確應(yīng)用超聲波流量計(jì)。
 
二、噪聲對(duì)超聲波流量計(jì)的影響
 工業(yè)裝置運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生噪聲，如高速氣體通過管子、管件、突出的溫度傳感器、調(diào)節(jié)閥等。研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生噪聲大的是大壓力降調(diào)節(jié)閥，這種噪聲如果不加以處理，會(huì)干擾流量計(jì)的信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)工作，并導(dǎo)致傳輸檢測(cè)錯(cuò)誤。調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的噪聲大小及性質(zhì)與調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)有關(guān)。有些調(diào)節(jié)閥為達(dá)到“低噪聲”的特性，特意把噪聲頻率提高，但高頻率達(dá)到超聲波流量計(jì)的工作頻率范圍，嚴(yán)重影響超聲波流量計(jì)的正常工作。雖然調(diào)節(jié)閥可以通過籠式設(shè)計(jì)等手段來降低噪聲信號(hào)，但調(diào)節(jié)閥特性 也決定了任何帶節(jié)流特性的閥門都是一個(gè)潛在超聲噪聲源。研究表明，閥體能量損耗與通過閥體的壓力降及實(shí)際工況流速成正比，而噪聲隨著通過閥體能量損耗的提高而提高。
P=qvDp
    式中P——能量損耗，W
    qv——工況流量，m3／s
        Dp——閥體壓力降，Pa
例如一條公稱直徑為200mm的天然氣管道，氣體流過調(diào)節(jié)閥的流速為20m／s，可得出流量0.628m3／s，若壓力降約為10kPa，則能量損耗6.28kW，噪聲大小與該能量損耗成正比。對(duì)于一般超聲波流量計(jì)，如果選用本安型儀表，電氣回路的能量會(huì)被限制在2W以內(nèi)，與該能量損耗相比小很多，因此，要想讓儀表的信號(hào)能夠抵抗噪聲的干擾必須要采取措施。
噪聲一旦產(chǎn)生，就會(huì)在調(diào)節(jié)閥的上游和下游傳播，所以僅將超聲波流量計(jì)安裝在調(diào)節(jié)閥之前并不能保證流量計(jì)不受調(diào)節(jié)閥噪聲的干擾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，調(diào)節(jié)閥安裝在流量計(jì)下游，離調(diào)節(jié)閥近的傳感器受到的噪聲干擾比離調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)的傳感器受到的噪聲干擾要大2～4倍。
 
三、消除或降低噪聲影響的措施
 ①在安裝條件固定的前提下，提高流量計(jì)本身的信號(hào)處理能力和診斷能力，能有效降低噪聲。
②在正常情況下，流量計(jì)的測(cè)量精度是很重要的。在精度不能保證的情況下，應(yīng)用流量計(jì)測(cè)量某個(gè)產(chǎn)生噪聲的調(diào)節(jié)閥流量，必然會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。所以，改善 超聲波流量計(jì)對(duì)聲脈沖的識(shí)別和檢測(cè)，同時(shí)提高信號(hào)的過濾能力，能提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。
③為降低噪聲干擾，宜把流量計(jì)安裝在調(diào)節(jié)閥的上游，好處是壓力較高，信號(hào)較強(qiáng)，不會(huì)放大噪聲。
④加長(zhǎng)流量計(jì)上下游直管段以及在流量計(jì)和噪聲源之間安裝隔離設(shè)備都會(huì)減弱噪聲。但直管段長(zhǎng)度可能需要多倍管徑才能消減噪聲干擾，所以安裝隔離設(shè)備更方便有效。 實(shí)驗(yàn)表明，過濾器、熱交換器和渦輪設(shè)備都是良好的降低噪聲的設(shè)備。彎頭、盲三通也能降低噪聲，好的方法是安裝盲三通，流體通過盲三通后噪聲被反射回去。
⑤用兩個(gè)閥門來分擔(dān)壓力降的方法也能減少噪聲的產(chǎn)生，但通常這種方法成本較高。
⑥超聲波消噪器降噪效果顯著。消噪器就是使用單一的與流量計(jì)波長(zhǎng)相同的復(fù)合型小反射設(shè)備、泡沫或有粘性、彈性、吸收性的一些設(shè)備實(shí)現(xiàn)消除噪聲的目的。測(cè)試顯示，這種方式可以降低30％的噪聲。消噪器可直接安裝在流量計(jì)的下游，法蘭連接，不會(huì)影響流量計(jì)的精度。
超聲波消噪器通常會(huì)發(fā)生堵塞和一定的壓力降，因此會(huì)喪失一些優(yōu)勢(shì)。但是在有些情況下，比如與調(diào)節(jié)閥較大的壓力降導(dǎo)致產(chǎn)生的噪聲相比，消噪器的壓力降可以忽略不計(jì)。在海上平臺(tái)等空間受限的情況下可以應(yīng)用消噪器降低噪聲。
 
四、安裝條件的影響及解決辦法
 IS0 17089和GB／T 18604都提出了噪聲對(duì)超聲波流量計(jì)性能的影響。除噪聲影響外，計(jì)量管路配置、上下游直管段長(zhǎng)度也是影響超聲波流量計(jì)性能的重要因素。
流量計(jì)上游不同的安裝條件(閥門、匯管、彎頭等)會(huì)對(duì)進(jìn)入流量計(jì)的流體流態(tài)產(chǎn)生影響，在流量計(jì)上游安裝整流設(shè)備可以有效地消除上游產(chǎn)生的流態(tài)變化。目前對(duì)于天然氣長(zhǎng)輸管道分輸站上下游之間、天然氣門站與下游工業(yè)用戶之間等用于貿(mào)易交接的應(yīng)用中，一般將整流設(shè)備作為計(jì)量管路的基本設(shè)計(jì)內(nèi)容，并把流量計(jì)與上下游直管段及整流設(shè)備一并校準(zhǔn)，以消除不同安裝條件對(duì)校準(zhǔn)后流量計(jì)準(zhǔn)確度的影響。
關(guān)于流量計(jì)上下游直管段長(zhǎng)度，AGA9號(hào)報(bào)告和GB／T 18604給出了不同的指導(dǎo)數(shù)據(jù)。AGA9號(hào)報(bào)告推薦10D(D為管道直徑)直管段在整流設(shè)備前、10D直管段在整流設(shè)備和流量計(jì)之間、流量計(jì)下游5D直管段。GB／T 18604指出，在安裝整流設(shè)備的情況下，流量計(jì)上游至少需要3：0勿的直管段，且整流設(shè)備至少安裝在流量計(jì)上游10D處，流量計(jì)下游直管段長(zhǎng)度至少為5D。
在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于受到安裝空間以及橇體運(yùn)輸?shù)葪l件的限制，一般采用AGA9號(hào)報(bào)告推薦的直管段長(zhǎng)度要求，而且設(shè)備廠家也承諾在此條件下，超聲波流量計(jì)量系統(tǒng)可以達(dá)到測(cè)量精度及穩(wěn)定性等性能要求。
 
五、結(jié)論
①超聲波流量計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就要充分考慮到調(diào)節(jié)閥對(duì)流量計(jì)的潛在噪聲影響，項(xiàng)目實(shí)施后再改造難度大，成本高；
②超聲波流量計(jì)務(wù)必安裝在調(diào)節(jié)閥的上游；
③盡可能用管道或其他設(shè)備將流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥隔離開；
④條件允許的情況下，用盲三通代替彎頭；
⑤在現(xiàn)有安裝條件下，提高流量計(jì)本身的信號(hào)處理能力(過濾和識(shí)別)和診斷能力；
⑥用兩個(gè)閥門共同分擔(dān)壓力降的辦法可以降低噪聲，但造價(jià)較高；
⑦在空間受限，安裝條件達(dá)不到要求的情況下，考慮使用消噪器。
本文由潤(rùn)中儀表科技有限公司整理發(fā)布。

上一條：如何有效提高電磁流量計(jì)準(zhǔn)確性的對(duì)策探討
下一條：電伴熱磁翻板液位計(jì)在油田三相分離器中應(yīng)用的技術(shù)分析