1 前言

 

      封閉管道式超聲波流量計(jì)用于開放型梯形明渠計(jì)量電廠回水消耗水量在我省尚屬首例。2002年10月，遼寧清河發(fā)電有限責(zé)任公司在回水明渠由安裝三組韓國昌民公司生產(chǎn)的5聲道超聲波UR2000流量計(jì)及UR1000水位計(jì)，用以計(jì)量電廠回水消耗水量。流量計(jì)、水位計(jì)自安裝運(yùn)行以來，我們發(fā)現(xiàn)明渠耗水量很小，甚至出現(xiàn)消耗為負(fù)值的不合理情況。為此，我們依照《檢定規(guī)程》，參照昌民公司提供的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了大量的研究、計(jì)算和分析，經(jīng)過遼寧省計(jì)量院先后多次標(biāo)定以及參考運(yùn)行情況，在確定流量計(jì)設(shè)備不確定度過程中，仍有許多疑難問題值得提出和總結(jié)，有待進(jìn)一步探討和研究。

 

      2 干式標(biāo)定及其主要內(nèi)容

 

      超聲波流量計(jì)原理采用時(shí)差法測量明渠各層面平均流速，求出流速分布曲線。根據(jù)水位計(jì)測得的水位來計(jì)算梯形明渠端面積，進(jìn)而得出其流量。

 

      在明渠上，以超聲波流量計(jì)的原理和流體力學(xué)理論為基礎(chǔ)，將各測量參數(shù)在外部測量，把各測量參數(shù)的誤差綜合來決定誤差，這種間接測量流量計(jì)的誤差的方法，叫干式標(biāo)定。干式標(biāo)定與傳統(tǒng)實(shí)流標(biāo)定不同，可以在不停止流動(dòng)的情況下，在線對流量計(jì)誤差進(jìn)行標(biāo)定。

 

      干式標(biāo)定不確定度計(jì)算內(nèi)容主要有：

 

      ① 線流速測量不確定度，包括時(shí)間測量不確定度、聲道長度測量不確定度以及聲道角度測量不確定度。

      ② 端面積測量不確定度，包括渠端面輪廓測量誤差和測量水位時(shí)產(chǎn)生的水位測量誤差。

      ③ 不同流速分布下的不確定度，在多聲道工作狀態(tài)下（3個(gè)以上），能夠再現(xiàn)流速分布，依據(jù)多面平均法計(jì)算，或依據(jù)平均端面計(jì)算流出量時(shí)流出量計(jì)算不確定度。

      ④ 流量不確定度計(jì)算，即每個(gè)誤差源平方之和的平方根。以此參照流量計(jì)性能指標(biāo)，確定標(biāo)定等級。

 

      3 實(shí)際標(biāo)定中的疑難問題

 

      現(xiàn)場標(biāo)定中主要存在以下疑難問題：

 

      3.1 流速分布誤差的計(jì)算

 

      流速分布誤差在不確定度的計(jì)算中起至關(guān)重要的作用，直接影響標(biāo)定的等級。實(shí)際流場由于受提水站、明渠端面等諸多因素影響，多以紊流、亂流（旋渦、橫流）為主，所以精確地測量出流速分布函數(shù)，確定流速分布形態(tài)，成為流量計(jì)算以及不確定度計(jì)算的核心問題。設(shè)備安裝地址最好選擇在流態(tài)穩(wěn)定，上下游直管段要足夠長（至少5倍渠寬）。

 

      3.2 平均端面的確定

 

      平均端面對不確定度計(jì)算也有重要影響。超聲波流量計(jì)適用于平面規(guī)整的明渠水道，經(jīng)過對安裝地址上下游12個(gè)端面，取同一水位實(shí)際測量時(shí)發(fā)現(xiàn)，面積誤差最大達(dá)到7.4%，說明回水明渠并非完全規(guī)整平面的渠道，對流速分布有影響。如何確定典型端面，以及將典型端面演算到規(guī)整的平均端面是不確定度計(jì)算中難點(diǎn)問題。

 

      3.3 水溫對誤差計(jì)算的影響

 

      水溫對聲波傳播速度有明顯影響。電廠明渠水溫在冬夏、上下游，甚至每一天都有較大變化，特別是實(shí)際現(xiàn)場，明渠水溫與液位測井的水溫有較大差別，嚴(yán)重影響了不確定度。究竟溫度綜合影響有多大，是個(gè)疑難問題。

 

      3.4 傳感器探頭高出渠壁20cm以上。對流速測量及計(jì)算面積的影響

 

      根據(jù)計(jì)算，假設(shè)為規(guī)整渠道，不同水位下，探頭未測到部分平均占3.5%，對流量計(jì)算有嚴(yán)重影響，而且如何演算到全端面，是個(gè)難點(diǎn)。建議傳感器座在渠壁內(nèi)，探頭與壁齊平為好。

 

      3.5 液位計(jì)水深與明渠水深存在同步敏感程度的誤差

 

      現(xiàn)場中，明渠水深，在同一時(shí)間上，與液位計(jì)水深同步變化不同，直接影響流量測量及不確定度計(jì)算。

 

      4 結(jié)語

 

      多聲道超聲波用于大斷面明渠流量測量，現(xiàn)有理論充分，但真正用好測準(zhǔn)并不容易，系統(tǒng)誤差、人為誤差，環(huán)境因素的影響，造成不確定度計(jì)算的復(fù)雜性。通過這次實(shí)踐，主要體會(huì)如下：

 

      ① 要有一個(gè)高效的項(xiàng)目組織體系，從考察、選購、安裝、標(biāo)定到后期維護(hù)運(yùn)行，都需要良好的組織、協(xié)調(diào)和溝通，保證產(chǎn)品的順利使用，節(jié)約時(shí)間和財(cái)力。

      ② 要根據(jù)測量對象及現(xiàn)場實(shí)際情況有針對性地制定測量方案，才有可能達(dá)到測量目的，滿足測量要求。

      ③ 選準(zhǔn)測量位置，要充分保障測量點(diǎn)上下執(zhí)行段的長度，以保證測量點(diǎn)流態(tài)穩(wěn)定。

      ④ 精確校準(zhǔn)測量系統(tǒng)各通道的傳輸延遲時(shí)間，正確設(shè)定測量系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)。

      ⑤ 精確測量執(zhí)行渠道斷面的幾何參數(shù)，換能器的安全位置，牢固安裝水下設(shè)備。

 

      水，作為一種商品，準(zhǔn)確計(jì)量有利于節(jié)約用水和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，正確地選擇計(jì)量儀器，準(zhǔn)確地確定誤差，對于水計(jì)量有重要的意義。在封閉管道式超聲波流量計(jì)用于開放型梯形明渠中，上述出現(xiàn)的疑難問題，有的已經(jīng)解決，有的仍需要進(jìn)一步探討和研究。

 

      參考文獻(xiàn)

 

      [1] JJF1002 國家計(jì)量檢定規(guī)程編寫規(guī)則，1998

      [2] ISO/TR12765 時(shí)間傳播法超聲流量計(jì)測量封閉管道流量，1998

      [3] KSB 5640：多聲道超聲波流量計(jì)之誤差測定方法（案），2001

      [4] CM-FCG-10-01 超聲波流量計(jì)標(biāo)定指南，2002