速度分布對超聲波流量計的影響

自從超聲流量計一誕生，人們就知道流體的流速分布形態直接影響超聲波束穿過流體的時間差，而波束穿越時間則是推算流量所必需的測量參數，將它的測量值與流量計的幾何參數結合起來，就可以計算出對應單次波束測得的線平均流速。但流量測量需要流量計處的體平均速度。從線速度到體速度的換算方法有兩種選擇，一種是切實掌握流速的實際分布形態，一種是選用一路或多路通道使流速分布形態不影響流量計量。這些流速分布形態可以是事先假定的，也可以由多聲路測量法實際測定。單路式超聲流量計一般都是基于一種假定的流速分布形態，結果它對實際形態上的偏離很敏感；對于典型配管布置所產生的速度分布，多路式超聲流量計的敏感程度較單路式要小。

　　 經常與其它流量計配合使用的整流器，也可以提高超聲流量計的性能。整流器能夠提供與流量計的要求相一致的流速分布形式和／或消除可能降低流量計性能的流速擾動（如旋渦）。

　　 本文闡述了常見管配件（經簡化的，整流器可有可無）對流速分布產生的影響與單路和多路式超聲流量計計量性能之間的關系，并通過測定流量計內管流速分布圖和上游管配件對流量計測量誤差的貢獻大小說明了這一關系。另外，本文還提供了利用計算流體力學方法（CFD）預測超聲流量計計量／工藝性能的驗證資料。這種CFD模型的驗證結果提高了事先預測很多管配件對超聲流量計性能影響的準確性，而這些管配件在流量計的安裝過程中是有可能經常遇到的。

二、測試方法

　　這些測試試驗是在位于西南研究院的氣體研究學會所屬測量研究裝置上進行的。測試的管件配置形式有多種，測試樣機有4臺，單路和多路式超聲流量計各2臺，它們均是可以直接用于貿易交接的8 in超聲流量計，而且均由制造商無償提供給本次試驗。具體的測試工作是在以經過稱重罐標定的臨界流噴嘴為基準的GRI-MRF高壓回路（HPL）上進行的。測試方法在過去已做過介紹（參見Grimley和Bowles的1997年文獻）。另外在這些測試試驗中，有的管配組件還包括了整流器。

　　 流速分布圖是采用專為流速分布測量而設計的直筒測量管測定的，它取代被測流量計，并經過精心安裝和調試，以確保流速測量點的準確定位。安裝在測量管外的探頭自動運動系統可以在測量管圓周方向的四個測量位置上使用，因此可以探測到測量管直徑方向上的任意一點上的流速。

　　 對于各速度分布截面，動壓測量采用45o增量，沿管徑7.981 in方向上采用0.25 in的步長。測量用的壓力傳感器是聯合傳感器（United Sensor）制造的3孔"W-探頭"。"W-探頭"配置的中心孔可以測定綜合動壓，并用于計算局部流速。旋轉探頭直至兩端開口上的壓力平衡，探頭的旋轉角度則可用于測量周向流動的角度。通過基于步進電機的運動控制系統和基于PC機的數據采集系統，可以測量并控制探頭的位移量、旋轉量和壓力值。

　　 為保證流速分布測量點上的流速測量與MRF臨界流噴嘴的基準流速的測量同步，流速分布測量的數據采集系統也由MRF數據采集系統控制。同基準流速的計算方法一樣，平均流速也用于每個流速分布點的測量值的修正。