孔板流量計與超聲波流量計天然氣測量誤差對比分析
孔板流量計與超聲波流量計天然氣測量誤差對比分析
（一）孔板流量計計量誤差分析
差壓式流量計是利用充滿管道的流體流經管道內的節流裝置，流束在節流件處形成局部收縮，從而使流速增加、靜壓力降低，于是在節流件前后產生了靜壓力差（或壓差）。流體的流速愈大，在節流件前后產生的差壓也愈大。這種測量方法是以流動連續性方程(質量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關，例如當節流裝置形式或管道內流體的物理性質(密度、粘度)不同時，在同樣大小的流量下產生的壓差也是不同的。靜壓能轉換多少與流通面積改變大小、流體的流速大小和流體密度大小等有關。即靜動壓能的變化量是上述三個物理量的函數。 以孔板為節流元件的差壓式流量計，是將節流孔板放置在管道，當被測流體以一定的流速通過節流孔板時，流體的靜壓能將在孔板前后發生變化，孔板前流體的靜壓能略有增加，孔板后流體的靜壓能將減少，從而在孔板前后出現壓差
（二）超聲波流量計計量誤差分析
氣體超聲流量計是指采用超聲波傳播時間差法進行氣體流量測量的超聲流量計。其基本工作原理是：在有流體流動的管道中，超聲波脈沖順流傳播的速度要大于逆流傳播時的速度，即在相同行程內，超聲波信號順流的傳播時間比在逆流情況下要短，管道內流體的流速越大，超聲波順流和逆流傳播的時間差越大。氣體超聲流量計就是通過測量高頻聲脈沖在管道內順、逆流條件下的傳播時間差（該時間差與氣體軸向平均流速有關），從而使用數值計算技術，計算工作條件下通過氣體超聲流量計的氣體軸向平均流速和流量。
時差法的氣流速度應為V=（1/t2—1/t1）*L/（2cosθ）式中t1,t2—氣體中順流和逆流時的聲傳播時間； V—沿聲道氣流線平均流速； 根據比爾蓋爾法確定管道斷面流速修正系數為 K=v/v1 流量可以簡單地表示為q=v1*S=（v/K）S 流量測量誤差源可分為幾何尺寸測量誤差、時間測量誤差和積分演算誤差。其誤差量化分析：
1.幾何尺寸測量誤差：主要為聲程L、聲道角θ和管道截面 S的誤差。例如，一個口徑 375mm，聲道角 60 0，聲程886.025mm。各參量的不確定范圍值為：聲道角約±0.05 0，聲程長度約±0.525mm，管徑約±0.125mm。聲程長度誤差為±0.06%，2cosθ為±0.15%，截面積 S為±0.06%。按均方根誤差計算不確定范圍±0.18%。
2.時間測量誤差：評價時間誤差：評價時間測量誤差的方法是超聲波流量計測量時間值和標準時間源進行比對的方法。使用這種方法，不同廠家可根據產品準確度要求選擇合適的標準時間測量裝置即可。傳播時間測量誤差在口徑 100m以上時，不超過±0.05%。
3.積分演算誤差：對于單聲道不確定范圍估計在1%，對于3聲道約為 0.04%，對于 5聲道約為0.3%。
4.儀表總的不確定范圍：用均方根誤差表示表體總的不確定范圍為±0.31%（5聲道）。這個數值與實流校驗設備所具有的不確定范圍量值相當。
（三）孔板流量計與超聲波流量計的誤差分析
孔板流量計采用高級孔板閥，配套溫度變送器和壓力和差壓變送器。經過多年的應用和使用經驗分析，孔板流量計的節流裝置制造偏離、安裝位置偏離、被測介質流動狀態影響、使用過程中腐蝕、磨損、附著以及直管段長度不夠等因素帶來的測量誤差相對影響量。目前，孔板流量計主要采用干檢法對二次測量儀表及計量孔板進行不確定度控制。而利用“干檢”幾何測量法主要是對孔板、二次儀表及流量計算機進行一年一次的周檢，來評估整套孔板流量計的系統不確定度，但是不能對以上因素產生的誤差定性、定量估算，因此，無法*定量確定整套計量裝置的總不確定度，對由此產生的偏差，不能給出合理的、確定的修正系數。 氣體超聲流量計沒有如節流裝置幾何形狀及尺寸變化影響儀表特性的問題，其聲道長度，聲道角及管道橫截面面積是恒定的參數；也沒有引壓管線之類易引起故障的部件，能夠根據現場條件確定儀表系數并為此長期穩定。尤其是能夠滿足用戶要求天然氣流量計量系統，必須具有高精度、無壓損、低能耗、結實耐用、維護少的特點。根據技術與經濟的比較，流量計口徑在 DN200以上時采用氣體超聲流量計的設置方案比較合理。
（四）結束語
實踐證明，多聲道氣體超聲流量計*適用于天然氣貿易計量，可有效提高天然氣計量技術水平。由于氣體超聲流量計具有結實耐用、量程比寬、無壓損、標定周期較長、準確度高、維護工作量小等優點，必將在天然氣流量測量領域得到廣泛使用。
