[導(dǎo)讀] 著重介紹多聲道超聲波流量計(jì)在明渠計(jì)量實(shí)際標(biāo)定中產(chǎn)生的主要疑難問題，分析干式標(biāo)定誤差產(chǎn)生原因及其解決方法，為從事明渠流量測(cè)量設(shè)計(jì)、安裝及現(xiàn)場(chǎng)堆護(hù)檢修人員提供參考。
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(cè)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(cè)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(cè)量參數(shù)在外部測(cè)量，把各測(cè)量參數(shù)的誤差綜合來決定誤差，這種間接測(cè)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(duì)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(cè)量不確定度，包括時(shí)間測(cè)量不確定度、聲道長度測(cè)量不確定度以及聲道角度測(cè)量不確定度。
② 端面積測(cè)量不確定度，包括渠端面輪廓測(cè)量誤差和測(cè)量水位時(shí)產(chǎn)生的水位測(cè)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(jí)。
3 實(shí)際標(biāo)定中的疑難問題
現(xiàn)場(chǎng)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(jí)。實(shí)際流場(chǎng)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(cè)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(duì)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(duì)安裝地址上下游12個(gè)端面，取同一水位實(shí)際測(cè)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(duì)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(duì)誤差計(jì)算的影響
水溫對(duì)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(chǎng)，明渠水溫與液位測(cè)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(duì)流速測(cè)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(cè)到部分平均占3.5%，對(duì)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(chǎng)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(cè)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(cè)量，現(xiàn)有理論充分，但真正用好測(cè)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(cè)量對(duì)象及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況有針對(duì)性地制定測(cè)量方案，才有可能達(dá)到測(cè)量目的，滿足測(cè)量要求。
③ 選準(zhǔn)測(cè)量位置，要充分保障測(cè)量點(diǎn)上下執(zhí)行段的長度，以保證測(cè)量點(diǎn)流態(tài)穩(wěn)定。
④ 精確校準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)各通道的傳輸延遲時(shí)間，正確設(shè)定測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)。
⑤ 精確測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)定方法（案），2001
[4] CM-FCG-10-01 超聲波流量計(jì)標(biāo)定指南，2002