对超声流量计性能的工业研究评估

表2 流量计在基准条件下的测试位置

图1 基本流量测试的管线安装

对每一台流量计的完整的测试计划，要求在4个位置上都要进行测试。当流量计以一个轴向安装位置移到另一个位置时，上游和下游的直管段（分别是10D和5D）应与流量计一起整体拆卸，以使连接流量计上游和下游的法兰对中。与每一台流量计有关的压力和温度变送器，在流量计位置变换时也应保留在原直管段上以便减少附加误差。

四、基本测试结果

2台多声道流量计（M1和M3）在基准安装条件下的测试性能示于图2和图3。结果以百分误差表示（相对于 MRFHPL临界流喷嘴），其作为通过流量计的平均流速的函数。一个点代表了每个流量下6个重复测量的平均值，误差带表示95%置信水平。

对于流量计M1，在速度大于10ft/s时，所有的数据均落于0.4%范围之内，与速度无关（见图2）。 在流速低于10 ft/s时，误差曲线向上偏转，这可能是一个正向的零偏差或者修正算法的偏离引起的，这不能完全认为是低流量下的速度剖面不同所造成的，或许是两种影响的合成。

检查流量计的零流量，指示出零点飘移量为0.01ft/s。如果去掉零飘移，向上的偏转将会被拉平，由于最小的速度点（2.8ft/s）飘移为0.35%而在5.6ft/s的点飘移为0.18%。无论如何，这说明不能认为曲线向上偏转完全是零点飘移引起的。

图2 多声道流量计M1的基本流量测量结果 检查流量较准曲线，显示出当流量计安装在97D处和安装在59D处测量的误差之间有大约0.2%的差值。在97D处的误差比59D处的误差数值大（更向负方向）。类似的测量误差也存在于 400 lb/in2（A）和 900lb/in2（A）的测试情况之中。

流量计M3的测量误差与流经流量计的速度有关，示于图3。这台流量计测量误差的非线性特征不同于先前在MRF（Grimly）和其它地方（Van Bloemendaal和Van der Kam完成）做过的12in流量计的类似的实验所观察的结果。只有流量计安装在59D处，在压力400 lb/in2（A）状态下收集到的数据，平均流速还在10ft/s以上时，误差落在0.3%范围之内，当速度增大时误差曲线向下倾斜。

图3 多声道流量计M3的基本测量结果在59D、400 lb/in2（A）数据组中，个别声道状态信息表明，这是因为被测量的传播时间不能通过内一致性检查。这可能就是与其它数据组有偏差的原因。

数据，包括可疑的数据组，在速度10 ft/s以上时，保持在0.5%误差以内，这些数据也表明，当压力从400 lb/in2（A）增到900 lb/in2（A）时流量测量差值为0.2%。当流量计在 59D与 97D处比较，压力在900 lb/in2（A）时的现量结果差值为0.1%。

对于该差值的可能解释是，在59D以后速度剖面继续发展。通过单个声道速度比的比较，可以看出速度剖面形状改善。表3表示的是流量计M1在最大流量点，中心声道速度（超声声道在管线轴中心线）对外部声道速度的比值。流量计M3的类似的计算值示于表4。由于流量计具有唯一的声道位置，对于不同的流量计型式不应该进行比较。

表3 M1中心到外部的速度

表4 M3中心声道到外部声道的速度比
然而，2台流量计在59D和97D的试验结果之间存在着一致性的差别。59D试验数据的较小比值说明了该处的速度剖面比97D处的速度剖面具有较小的弧度。流量计的响应性的差别也会有一个剖面灵敏性的结果。对速度剖面进行测量的目的是更好地特性化在基准安装条件下的速度剖面。

单声道流量计M2（见图4）安装在78D处时有大约-1.2%的偏移；安装在40D处有大约-1.8%的偏移，这台流量计的结果说明，在流量测量中的误差值与压力无关，但与轴向位置有关。单声道流量计M4在两个轴向位置和两个操作压力的测试误差曲线表示于图5中。曲线表明有一个0.5%的平均偏差，这也表明，在线压力比90°弯头和流量计之间的距离对测量结果影响更大。

图4 单声道流量计M2的基本测量结果

图5 单声道流量计M4的基本流量测量结果误差曲线表明了速度在10ft/s以下，在400 lb/in2 （A）、78D处的数据大的偏差与其它结果的不一致性。通常，单声道流量计的测量数据比多声道流量计测量的数据更分散。由于这种流量计不具有多声道超声流量计平均气流的优点，这个分散是不奇怪的。单声道流量计的这一特性在流量低于10ft/s时尤为明显。

五、 安装对测试的影响

到目前已经实施的影响测试的安装工艺示于图6。单声道流量计在两个不同的位置1和2（一个单90°长径L形弯管下游10D和19D）进行测试。多声道流量计在两个平面布置的弯头下游，在位置3和4（第二个L形弯管下游10D和19D处）进行测试。

图6 初期用于上游流量影响测试的管线布置测试管线为裸管，在位置3和4上游安装有2台不同的流束整流器。第一台流量计位于整流器出口下游5D处，这符合AGA 7号报告对涡轮流量计安装的最低要求。另外，多声道流量计的测试中，两个平面弯头的布置是与管道成水平方向设置的。由于这种布置代表着一种安装形式，即弯头提供了一个竖直的偏移，故流量计要旋转90°以保持其测量声道与流动干扰的相对正确方位。

六、 安装对测试结果的影响

这些结果以与基准条件下的测试结果的偏差形式报告出来。

对于多声道流量计M1和M3，流量计安装在单90°弯管下游97D处取得的数据结果代表基准条件下的测试结果。单声道流量计M2和M4，流量计安装在90°弯管下游78D处，取得的结果用于基准条件下的测试结果。基准条件下的测试结果是一个最接近优化的工艺安装所能得到的结果。

多声道流量计M1在两个平面弯头下游10D处测试的结果示于图7。测试结果表明，裸管安装产生的测量误差在基本测量结果的0.5%范围之内，相对误差在0.3%～0.5%量级。相对误差出现在高气体流速情况。流量计安装在第二个弯管下游10D处，配备有19管束整流器和GFC型整流器的测试结果没有明显的差别。在速度20ft/s以上，两种整流器降低相对误差至少到0.25%。

对于速度20ft/s以下，所有的结果趋于收敛，这表明流量计要么是对安装布置产生的速度剖面敏感，要么是在这个速度范围内的速度剖面影响没有明显的差别。所计划的速度剖面的测定将有助于解释这些结果，它也将进一步对已经收集的与单一声道速度比有关的数据进行解释。

安装在两个平面弯头下游19D的流量计M1的测试结果示于图8。裸管和19管束整流器的结果相对测量误差都约为0.5%。当流量计安装在弯管下游19D处裸管测量的误差比流量计安装在10D处的误差稍微大一些，在10ft/s速度以上，与GFC一起安装的测量结果与基准条件下的测试结果相比较在0.l%之内。另外，低流速时，测量结果收敛。