李 冰，等：气体超声波流量计用降噪整流装置的研究 第３４卷第１２期 以时间差法为算法的单声道超声波流量计（以下简 称ＡＳ超声波流量计）进行测试的。这种以时间差 流装置的整流效果进行测试。第三部分，通过对比 超声波流量计的重复性对本降噪整流装置的整流效 果进行测试。 ３．１ 降噪效果测试 法为算法的单声道超声波流量计的测量实际为测量 管道内流体的速度。由于管道内从中心到管壁流体 的流场是不一样的，流速也是不一样的，因此管道内 试验中，用来产生超声波噪声的设备是调压器。 流场的分布直接影响着管道内流体的速度。在现场 安装中，由于弯头、汇管和变径管的影响，下游的流 场会不稳定，为了保证管道内流场的稳定，超声波流 量计上游就需要安装降噪整流装置，使得流场更加 稳定。 在气体流动的过程中，调压器两侧的压力差越大所 产生的超声波噪声越大。本测试的方法是：在一个 容积为５ ｍ 的缓冲罐中充入空气，使其内部达到 ５００ ｋＰａ左右的绝对压力，缓冲罐的一侧接有ＤＮ ５０ ｍｍ的管道，管道上依次接有蝶阀、压力表１、调压 器、降噪整流装置、ＡＳ超声波流量计、压力表２和球 降噪整流装置由壳体和内部组件构成，其中内 部组件包括一级整流元件、补偿元件和二级整流元 件等 Ｊ。降噪整流装置结构见图１。 扩容气室标准气室缓冲气室二级整流元件 阀。为了模拟实际使用现场，特约束了它们之间的 距离。蝶阀与压力表１相距１０Ｄ（Ｄ为管道公称直 径），压力表１与调压器相距１５Ｄ，调压器与降噪整 流装置相距５Ｄ，降噪整流装置与ＡＳ超声波流量计 直接连接，超声波流量计与压力表２相距１０Ｄ，压力 表２与球阀相距１０Ｄ，测试系统见图２。选用的ＡＳ 入口 ［出口 ，＼ 一、 ／／＞ ／ 超声波流量计规格为ＤＮ ５０ ｍｍ，始动流量为０．３７ ｍ ／ｈ，流量范围为３—１５０ ｍ ／ｈ。 导流锥 一级整流元件 补偿元件 图１ 降噪整流装置结构 气体由人口进人，经导流锥进入一个比所测量 的管道标准口径尺寸更大的扩容气室。不管进口前 空 压 端气体如何分布，在扩容气室内将进行重新分布，然 后经过一级整流元件对气体进行降噪和初级整流。 经过一级整流元件后，气体在标准气室内的密度会 变得很均匀，在此处的气体流场基本定型。经过一 级整流元件后气体进入补偿元件，在补偿元件实现 对气体流场的再次分布。补偿元件与二级整流元件 之间有缓冲气室。气体经过补偿元件后经缓冲气室 到二级整流元件，在二级整流元件对气体进行二级 整流，经过二级整流后，流场稳定。在各种流场不稳 图２测试系统 管道上的蝶阀作为缓冲罐排气的总开关。用球 阀来控制排气量的大小。测试的流程为：把球阀和 蝶阀全部关闭，向缓冲罐里充空气并达到绝对压力 为５００ ｋＰａ左右，为保证缓冲罐内压力在５００ ｋＰａ左 右，整个试验过程由空气压缩机对其持续充空气。 先打开蝶阀，让管道内与缓冲罐内的压力均衡，此时 缓缓打开球阀，流量计上会显示流量，通过调节球阀 的开度来调节流量的大小。在调节流量从小到大的 定的环境下使用本降噪整流装置能够使流场高度一 致。 过程中，记录下各流量值、压力表１的值和压力表２ 的值。 ３降噪整流装置的测试 本试验的验证主要分为三个部分。第一部分， 对本降噪整流装置的降噪效果进行测试。第二部 分，通过对比超声波流量计的相对误差对本降噪整 ・试验过程分两种情况完成：一是超声波流量计 配带有降噪整流装置，二是超声波流量计没有配带 降噪整流装置。试验表明：没有配带降噪整流装置 Ｂ ０５・ 第３４卷第１２期 煤气与热力 的超声波流量计，工况流量达到约１３ ｍ ／ｈ，压力表 １的绝对压力值为５０３ ｋＰａ左右且压力表２的绝对 压力值为１１４ ｋＰａ左右时，由于超声波噪声的影响， 超声波流量计出现了不计量报警状态。配带降噪整 流装置的超声波流量计，工况流量达到约８７ ｍ ／ｈ， 压力表Ｉ的绝对压力值为５０３ ｋＰａ左右且压力表２ 的绝对压力值为１１４ ｋＰａ左右时，由于超声波噪声 的影响，超声波流量计出现了不计量报警状态。相 同条件下，流速越大则噪声越大。通过数据对比可 以看出，当安装相同的调压器，减压比基本相同的情 况下，安装有降噪整流装置的超声波流量计在出现 不计量报警状态时的流速远远大于不安装降噪整流 装置的情况。这说明降噪整流装置具有降噪能力。 ３．２整流效果测试 行检定；检定完成后在降噪整流装置的上游安装上 干扰源，按照以上流量点再次进行检定。检定完毕 后统计数据，进行分析，具体数据见表１。测试了常 见的５种干扰源，分别为：９０。弯头、１８０。弯头、异面 １８０。弯头、半开的蝶阀、全开的蝶阀。 表１ 安装降噪整流装置时加干扰源的相对误差％ 流量点 … 干扰源 ９０￣弯头 Ｏ．１Ｏ ０．１９ ０．０９ 一Ｏ．Ｏ１ —０．０８ ０．Ｏ６ 无干扰源 ｑｍｉｎ ０．１ｑ ｑＩ ０．４ｑ… ０．７ｑ… ｇ… ０．２１ ０．１０ Ｏ．０６ 一Ｏ．Ｏ２ 一０．１９ ０．１３ ｌ８Ｏ。弯头 ０．３４ ０．１８ ０．００ 一Ｏ．２７ —０．４０ 一Ｏ．０５ 同一生产厂家的超声波流量计，声道越多，计量 准确度越高，性能越可靠，对于单声道超声波流量计 流量点 干扰源 异面ｌ８ｏｏ弯头 半开蝶阀 ｑｍｉｎ ０．１ｑ… ｇｔ ０．４ｑ ０．７ｑ… ｑ… ０．２３ ０．１８ ０．１７ ０．１４ ０．０７ ０．４６ —０．１５ ０．Ｏ９ —０．０８ —０．１８ —０．３４ Ｏ．１７ 全开蝶阀 ０．０１ Ｏ．１８ ０．３８ ０．５２ ０．３７ ０．７１ 而言，其更易受紊乱气流的影响。现场安装使用的 管道结构不同，流体流场不同，对超声波流量计的性 能也有影响。为了更加精确地测试降噪整流装置的 整流效果，需分别进行超声波流量计的误差测试和 重复性测试。 ３．２．１对ＡＳ超声波流量计的相对误差测试 在管道内气体经过弯道或者阀门后，流场会有 大的改变，如果后面直接连接超声波流量计，则会使 得测量的误差偏大。在各类阀门中，蝶阀对流场影 响比较大，因此在试验中选择了蝶阀代表各类阀门 对气体流场的影响。为了研究各种弯道和蝶阀对超 声波流量计的影响，特做了如下试验进行测试。测 经过分析，安装有降噪整流装置的超声波流量 计在所测的５种干扰源环境下相对误差在±０．５％ 左右，由于本ＡＳ超声波流量计的准确度等级为１．５ 级，其最大允许的相对误差为．４－１．５％，因此，安装降 噪整流装置后，干扰源将不影响本ＡＳ超声波流量 计的准确度。 试是在山东思达特公司校验实验室标准表校验装置 上进行的。此标准表校验装置是经过市计量部门认 为了使试验结果更有对比性和说服力，对没有 安装降噪整流装置的ＡＳ超声波流量计进行了相同 的试验。试验完毕后对数据进行了统计，具体数据 见表２。通过数据分析，没有安装降噪整流装置的 ＡＳ超声波流量计在以上５种干扰源的环境下测量 出来的相对误差偏离非常大，最大达到了一７６．１１％ 证的装置，准确度等级为０．５级。 试验的方法为：在标准表校验装置上被检表的 位置安装好待测的仪器后，按照校验流量计的方法 分别对ｇ ｉ ０．１ｑ…、ｑ 、０．４ｑ 、０．７ｑ 和ｑｍａｘ的流量 点进行校验。ｑ 为流量计的标称最小流量；ｑ…为 左右。因半开的蝶阀能使气流的方向倾斜向管壁， 对ＡＳ超声波流量计的计量结果影响最为突出。在 检定ｑｍａｘ流量点时因受斜向气流的干扰，ＡＳ超声波 流量计出现了不计量报警的异常状态。在超声波流 量计的电子系统中，能有效剔除由混响、电磁干扰等 引起的计量误差的算法不能消除机械情况下的干 流量计的标称最大流量；ｑ．为分界流量，即流量范围 被分割成“高区”和“低区”的分界点的流量，“高 区”的准确度等级为流量计的标称准确度等级，“低 区”的准确度等级为流量计的标称准确度等级的２ 倍。 试验的流程为：先在被检表位置安装降噪整流 装置和ＡＳ超声波流量计，在无干扰源的情况下进 扰 。由此说明降噪整流装置在整流方面起着决 定性的作用。 ・Ｂ Ｏ６・ 李冰，等：气体超声波流量计用降噪整流装置的研究 续表３ 第３４卷第１２期 表２ 没有安装降噪整流装置时加干扰源的相对误差 ％ 潞 罾计公 古 ＪＥＬ ｌ～… 流量点 干扰源 流量点 ２５ ０．０８ ０．１０ ０．０５ ０．１８ ０．０８ ０．０６ ０．０３ ０．１５ Ｕ ０．０８ Ｏ．０５ ０．０７ ０．１４ 霪 ＿ ０．０９ ０．０６ ０．０３ ０．１２ 无干扰源 ｑｍｉｎ ０．１ｑ ｑ ０．４ｑ ９ｏ 弯头。 。—１８．２３ —１７．８８ —１４．８７ —１４５５ ．ｌ８ｏ 弯头 —７．０５ —６．７４ —４．７８ —４．５７ —４．９１ —３．５１ ０．４ｑ… ｑｔ ０．１ｑ ｑｍｉｎ ０．２５ ０．７１ ０．３７ ０．４１ 流量点 ８０ ｇｍａｘ ０．７ｑ ０．０３ ０．０５ ０．０９ ０．１２ ０．０８ ０．１１ 流量计公称直径 两 － ０．７ｑ… ｑ… ０．０６ ０．３５ —１５．２５ 一ｌ５．５０ ㈡ ０．Ｏ１ ０．０７ ０．０３ ０．０３ ０．０４ ０．０７ １：５ｏ ０．０４ ０．０６ ０．０３ ０．０２ ０．０１ ０．０６ ２０ｏ ０．Ｏ３ ０．０２ ０．０３ ０．０３ ０．０７ ０．０５ 流量点 干扰源 异面１８ｏ。弯头 半开蝶阀 ｑｍｉ“ ０．１ｑ… ｇｔ ０．４ｑ 全开蝶阀 １．２０ １．４８ ５．５０ １１．６５ １１．６３ ０．４ｑ… ｑｔ ０．１ｑ ｑｍｉｎ 一６．９９ 一６．６５ 一６．９２ 一７９８ ．２０．１６ ２４．４２ ２３．３９ ３１．１６ —７６．１１ 表４ 未安装降噪整流装置时ＡＳ超声波流量计的 重复性 ％ ０．７ｑ… 一７．５２ ｑ… 一５．５４ 不计量报警 ８．５３ 流量点 ２Ｓ ｑｍ且ｘ ０．７ｑ… ０．４ｑ… ｇｔ ０．１ｑ 流量计公称直径／ｎ珈 ３２ ０．１２ ０．２３ ０．２１ ０．３０ ０．２５ ｌｌ ｌ５Ｏ ０．１２ ０．２５ ０．１６ ０．２９ ０．２６ ３．２．２对ＡＳ超声波流量计的重复性测试 由于喷嘴校验装置的自身重复性很好，这样喷 ４０ Ｏ．１６ ０．１８ ０．２３ Ｏ．２０ Ｏ．２８ Ｏ．１３ ０．１５ ０．２３ ０．１９ ０．２１ 嘴校验装置就能体现流量计的重复性这一参数。通 过测试超声波流量计的重复性从而对降噪整流装置 的整流效果的测试是在山东思达特公司校验实验室 喷嘴校验装置上进行的。本装置是经过国家计量部 门检定合格的装置，准确度等级为０．３级。 测试方法为：在喷嘴校验装置的被检表位置安 装配有降噪整流装置的ＡＳ超声波流量计，然后对 其进行检定。根据超声波流量计口径的大小，测试 了ＤＮ ２５、３２、４０、５０、８０、１００、１５０和２００ ｍｍ共８种 ｑⅫｉｎ ０．３６ ０．２１ ０．３４ ０．４３ 流量点 。８Ｏ … ｌ 流量计公称直径ｌｍｍ ｌ…ｌｏ（ ０．１２ ０．２３ １５０ Ｏ．１６ ０．１８ ０．１２ ０．２５ ｇｍ麟 ０．７ｑ… ０．１３ ０．１５ 口径的配有降噪整流装置的ＡＳ超声波流量计。根 据口径的不同，统计各个流量点的重复性，见表３。 为了使得试验结果更具有对比性，把各个口径 的ＡＳ超声波流量计拆下降噪整流装置后按照所校 验流量点进行检定，并统计各个流量点的重复性，见 表４。 表３安装降噪整流装置时ＡＳ超声波流量计的 重复性 ％ ０．４ｑ ｑｔ ０．１ｑ… ０．２３ ０．１９ ０．２１ ０．２１ ０．３０ ０．２５ ０．２３ Ｏ．２０ ０．２８ ０．１６ ０．２９ Ｏ．２６ ｇｍｉｎ ０．３６ ０．２１ ０．３４ ０．４３ 根据国家质量监督检验检疫总局发布的超声波 流量计标准ＪＪＧ １０３０－－２００７《超声流量计》的要求， 流量计的重复性不能超过相应准确度等级规定的最 大允许相对误差绝对值的１／５，即作为１．５级的ＡＳ 超声波流量计的重复性，除分界流量点（ｑ ）以下的 ５Ｏ ０．０２ ０．０９ 流量点 ２５ ｇｍ ０．７ｑ… ０．０２ ０．０５ 流量计公称直径／ ｌｍ ３２ ０．０３ ０．Ｏ５ ４０— ０．Ｏ６ ０．０８ 流量点应满足重复性≤０．６％外，其他流量点应满足 重复性≤０．３％。流量计的重复性越小，性能越好。 通过分析表３和表４中的数据，安装降噪整流装置 Ｂ ０７・ ・第３４卷第１２期 煤气与热力 ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｉｎ 的ＡＳ超声波流量计的重复性比不安装降噪整流装 置的超声波流量计的重复性要小很多，达到０．５级 ＡＳ超声波流量计的重复性的要求。试验证明降噪 整流装置的整流效果在超声波流量计的重复性方面 也能体现。 ４结论 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｄｅｎｏｉｓｅ Ｒｅｃｔｉｉｅｒ Ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｆＧａｓ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ ＬＩ Ｂｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｇｕｉｚｈｏｕ，ＷＡＮＧ Ｆｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅ— ｎｏｉｓｅ ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｇａｓ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｅｓｔｓ ｆｏｒ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｃｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ ａｒｅ ｉｎｔｒｏ— ｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｎｏｉｓｅ ｒｅｃｔｉｉｆ— ｅｒ ｉｓ ｖｅｒｉｆｅｄ ｂｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎｔｅｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｎｏｉｓｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ ｔｏ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｉｆｏｗｍｅｔｅｒ． Ｔｈｅ ｒｅｃｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｎｏｉｓｅ ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ ｉＳ ｖｅｒｉ－ ①②③降噪整流装置能有效阻断管道内超声波的 在弯道和阀门的下游安装降噪整流装置， 安装降噪整流装置的超声波流量计的重复 噪声传播，有一定范围的降噪作用； 能使得超声波流量计测量准确度不受影响； ｌｆｅｄ ｂｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｅｒｒｏｒ ａｎｄ ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ ｏｒ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｈｅ ｄｅｎｏｉｓｅ ｒｅｃ． ｔｉｉｆｅｒ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅ－ ｎｏｉｓｅ ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｎｏｉｓｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｏｌｖｅ 性要明显好于未安装降噪整流装置的超声波流量计 的重复性 参考文献： ［１］ 孙金明，魏巍，闰峰．噪声对超声波流量计的影响及案 例分析［Ｊ］．计量技术，２００６（１１）：１０—１２． ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｌＯＷ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ ｗｈｉｃｈ ｉＳ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ａｉｒｌｆｏｗ ｉｎ ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｔｈｅ ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆｌｏｗｍｅ— ｔｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｎｏｉｓｅ ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ ｉＳ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｕｌｔｒａ． ｓｏｎｉｃ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｈｅ ｄｅｎｏｉｓｅ ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ． ［２］郭琪，尹玉国，郭长鹏，等．一种气体超声波流量计用 降噪整流装置：中国，ＺＬ ２０１３ ２ ０５９１５５９．７［Ｐ］．２０１４ 一Ｏ３—２６． ［３］段允，王让定，孙广清．一种提升时差法超声波流量计 精度的方法［Ｊ］．微电子学与计算机，２００９（８）：１０１一 】Ｏ３． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ；ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃ— ｔｉｏｎ；ｒｅｃｔｉｉｃａｔｆｉｏｎ；ａｃｃｕｒａｃｙ；ｒｅｌａｔｉｖｅ ｅｒｒｏｒ；ｒｅｐｅａｔ— ａｂｉｌｉｔｙ ・信息・ 北京力控元通科技有限公司完成集团化产业布局 推动两化融合是加快我 国经济转型的战略举措，是中 事业追求。ＬＯＧＯ采用深蓝和叶绿两色，深蓝象征 生命之水和科技之光，滋养着人类的生命和进步， 叶绿象征生命、自然和成长，环形轨道代表周而复 始、生生不息和螺旋式上升的自然规律，在阳光雨 露的滋润下，人类文明依靠科技不断取得进步。 力控科技在进行资源整合的同时，将在现有基 础上深化行业应用，注重原创创新，用行业应用带 动产品和解决方案创新，将具有国际竞争力的工业 自动化和工业信息化产品及服务锁定为公司的愿 景。 国版的“工业４．Ｏ”。北京力控元通科技有限公司 （简称力控科技）已经形成对应“工业４．０”较为完 整的产业链。 力控科技完成了集团化产业布局。今后，力控 科技将作为集团公司发挥作用，为此，力控科技开 始启用新的ＬＯＧＯ。 力控科技的新ＬＯＧＯ与上一版相比，突出了力 控科技的中英文标识，能够更完整、清晰地传递力 控科技的品牌信息，右侧的地球卫星模型代表力控 科技自我定位于国际竞争力产品及服务提供商的 （本刊通讯员供稿） ・Ｂ ０８・