1.1 在瑞士洛桑的IMHEF学院的水力实验室进行实验测量

1.1 在瑞士洛桑的IMHEF学院的水力实验室进行实验测量

实验测量是在IMHEF实验室应用超声波流量计采用单声路和多声路布置、分别在理想和非理想的流体条件下进行的。将超声波流量计安装在一个特别的测试装置(图1)来评估起精度;该装置主要包括一个基本的测试管道,管道上安装了超声波单声路和4声路(双断面)流量计,并安装一台电磁流量计作为参考。由于标定采用的是测容积的方法,因此,参考值的不确定性为读数的±0.12%。在测试断面处(φ=444.6mm),可通过更换相同管径不同长度的管段来改变超声波换能器安装断面与上游弯管处紊流的距离。通过实验,瞬时流量从80~930L/s之间变化,相应的,流速也从0.5~6m/s之间变化。

图1 在瑞士洛桑的IMHEF水力实验室的测试设备(顶视图)

在各种测试配置中,比较没有紊流的理想流态条件下和靠近45°弯管有紊流条件下两者之间的变化并进行分析。超声波测流断面分别被放置在弯管的下游,距离弯管15D、10D、5D和0D的地方,测试将按声路水平安装和垂直安装两种方式分别进行测试比较(图2和图3),每一种安装方式均采用以下声路布置:单断面单声路、单断面交叉2声路、双断面2声路、双断面交叉4声路。

图2 在封闭管道中在一个45°弯管下游的流量测量精度(水平定位)

图3 在封闭管道中在一个45°弯管下游的流量测量精度(垂直安装)

在图2中描述的是在45°弯管下游以水平声路布置的流量精度,而图3则显示的是以垂直声路布置的流量测量精度。正如所预料的,采用带有横流校正的双断面(4声路)的配置能达到最好的测量精度。除了将超声波测量单元直接位于弯管后的情况,流量Q的误差均未大于读数的±0.5%。在直接位于弯管后的情况下,由于此时声路位于弯管内的临界面,尤其是在高流率的情况下,水平安装的最好测量精度可达到2%,垂直安装的最好测量精度可达到0.7%左右。

通过以上的测试结果显示,声路的定位安排非常重要,尤其是当使用单声路流量计来安排时,这更为重要。当使用一个单声路测量系统,要求安装在弯管后,误差小于1.5%时,必须选择最佳的安装定位方法;另一方面,从图2中还可以看出,在弯管后相同的距离,假如应用单声路测量系统并采用一个不利的安装定位时,将产生大于20%的误差。

由此可以得出以下结论,在许多情况下,当有一定的直管段运行时,单声路系统也能够提供令人满意的测量精度。但是,如果超声波流量计必须位于下游紊流段且没有足够的直管段运行时,将优先采用多声路系统来提高其精度。对于特殊的应用,如管道检漏装置,应用一个多声路超声波测量系统是非常有必要的;这是因为由于管道的每一处非保护段均有可能导致断裂或渗漏,这将对管道本身、周围环境以及个人带来重大的损失。为了正确地判别是渗漏还是由于直管段过短产生的紊流而引起的流态变化,这就要求采用多声路测量系统来提高精度以帮助判别。