在气体超声波测量系统中，影响测量精度的主要因素是测量管的流场分布，而影响流场分布的因素有很多，如前后直管段的长度、湍流、层流、非对称流场等。 在校准气体超声波流量计时，前后直管段的长度以及管道内流体的流型都会影响超声波流量计的速度测量，从而影响校准的精度和不确定度。 本文通过实例，有针对性地提出了气体超声波流量计的安装要求和使用说明。

1.超声波流量计标定实验分析

本实验采用的标定装置为负压音速喷嘴装置，因其投资成本低、精度等级高、标定周期长，在我国得到**应用。

1、气体超声波流量计在不同测量管上的实验

根据-2007年《超声波流量计检定规程》，笔者在负压音速喷嘴装置上进行了相关实验。 实验中采用了不同结构的进气管。 实验中使用的气体超声波流量计精度等级为1.0级。 按照图1给出的顺序进行实验，具体测试步骤为：在直通40D管道上安装气体超声波流量计进行标定。 标定完毕后，在管道进气口处固定一个喇叭口（结构参考见图2）继续验证。 标定完成后，在喇叭口端安装两层200目过滤器，继续标定。 标定完成并拆下过滤器后，将10D管连接至钟形端，继续标定，直至标定完成。

图1 超声波流量计在不同测量管上的测试步骤示意图

图2 管道进气口有喇叭口

多次测试的实验结果基本一致，测试数据如表1所示。标定数据表明，40D直段测量管的一组数据误差和重复性合格。 加喇叭口后，误差合格，但数据为负值，重复性严重不合格。 在喇叭口口加两层200目的过滤器后，出现误差超差，但重复性合格。 拆下过滤器后，在喇叭口处连接一段10D直管段。 误差合格，重复性也合格。

表1 超声波流量计对不同结构测量管的标定数据

通过数据分析可以看出，在校准负压音速喷嘴装置时，流量计前端进气口的结构至关重要。 这种结构将直接影响气体的流型分布。 气体超声波流量计在带有喇叭口的直管段上进行标定。 结果发现误差会为负值，重复性很差，因此判定为不合格。 加两层200目过滤器后，重复性合格，误差过大。 这意味着，当负压音速喷嘴装置管段进气端有目数大于200目的过滤器时，对超声波流量计进行标定将使误差变小。 精确的。 将标准直管段连接到喇叭口端后，发现误差和重复性令人满意，这表明如果直管段距超声波流量计足够长，则管道内部的膨胀或缩颈不会影响其精度。

2、气体超声波流量计实验降噪整流器的安装

目前气体整流器的类型有很多种，不同的整流器对超声波流量计测量的影响也不同。 因此，在选择安装整流器时，还需要考虑其整流效果。 为了解决因管口结构不同而导致超声波流量计标定不合格的问题，安装了降噪整流器并进行了测试。 各种干扰气流经过降噪整流器后形成特定的流场。 超声波流量计在测量管内，在一定的流场下进行测量，以获得数据的一致性。 这样，降噪整流器和超声波流量计安装为一体后，校准就不会受到外部气体流场的干扰。

按照图3所示的安装方法和结构进行多次实验后发现，在直管段加装降噪整流器并带有喇叭口的气体超声波流量计的误差和重复性均合格，数据是一致的。 实验数据如表2所示。 表明添加降噪整流器后，超声波流量计在校准超声波流量计时不会受到外部气流的干扰。

图3 带降噪整流器和流量计的音速喷嘴装置管段结构示意图

表2 带降噪整流器的超声波流量计标定数据

2、测量管道噪声对气体超声波流量计的影响分析

气体超声波流量计在使用过程中，超声波噪声也影响其测量精度。 在实际应用中，超声波噪声是不可避免的。 例如，减压阀工作时，会产生一定量的超声波噪声，且噪声的强度随着流量的增大而增大。 减压阀的减压比越大，产生的超声波噪声越严重。 在没有足够直管段的减压柜内安装气体超声波流量计时，必须注意降噪。 为了记录超声波流量计在全流量范围内的测量特性，作者在喷嘴标定装置中进行了模拟现场对比实验。 按图4连接设备。可独立标定的管道共有三种。 **上面一层是标准校准管道。 中间管路装有减压阀。 减压阀的减压比为20：1。 底管中管增设降噪整流装置。

图4 超声波噪声测试

实验步骤为：首先根据**上面的管道连接选择合格的超声波流量计进行标定，并获取数据； 然后在超声波流量计右侧10D直管段添加减压阀，进行标定实验，获取数据； **在超声波流量计右侧安装降噪整流装置进行验证，得到数据。 通过多组测试和多台实验设备，实验结果基本一致。 具体数据如表3所示。通过数据对比可以确定，减压阀对超声波流量计测量前端的影响非常大，会导致严重的不准确，甚至引起超声波流量计的测量误差。流量计无法测量。 安装降噪整流器后，可以减少超声波流量计的误差。 达到初始合格范围，从而减少减压阀的影响。

表3 噪声对超声波流量计影响的数据

三、结论

负压音速喷嘴装置的测量管道进气端有喇叭口或其他会引起流场紊流的结构，从而影响超声波流量计的标定数据； 负压音速喷嘴装置的测量管进气端装有200目或目数较大的过滤器，当前端直管段在40D以内时，会影响气体流场分布在超声波流量计测量管中，使测量误差不准确，但不会影响重复性； 在直管段上游直管段小于10D的情况下，会影响超声波流量计测量管道内的流场； 喇叭口结构会严重影响超声波流量计测量管道的流场分布，使得测量数据的重复性很差，中间添加40D以上的直管段也会对超声波的流场产生很大的影响流量计测量管道； 根据实验结果，负压音速喷嘴前直管段长度或结构问题可以通过加装纠偏装置来解决； 现场使用过程中，如果管道上安装了能产生超声波噪声的设备，如减压阀产生的噪声，导致超声波流量计测量不准确或错误，可以通过安装一个隔离装置来有效隔离。降噪整流器。

结尾

本文发表于《中国计量》杂志2022年第10期