1 超声波流量计原理

常用的超声波流量计有2种原理：时差法和多普勒法。

1.1 时差法原理

超声波信号在流体中，顺流时信号传播速度快，传播时间短；逆流时信号传播速度慢，传播时间长，利用超声波信号在流体中顺逆流方向声波信号传播时间存 在差值，即时差，可以计算出流体流量。时差法较适于测量纯净液体，有较多气泡的液体或悬浮物会阻碍声脉冲正常传播，导致不能正常测量。

1.2 多普勒法原理

超声波信号在传播路径上遇到微小浮游物（悬浮物质或微小气泡）而被散射，超声接收器能够接收散射后的超声波信号。发射信 号频率受多普勒效应的影响后变为不同的接收信号频率，2个频率之差与流体流速有确定的数量关系，由此可以计算出流体流量。多普勒法流量计不能测量清洁的流 体，仅能测量约50mg/L以上浊度的流体。同时多普勒法测量精度低于时差法，一般为2.0级，即2%满量程误差（2%F.S.）。

2 超声波流量计使用注意事项

近几年，随着超声波流量计在污水流量计在线校准中的应用越来越普遍，流量计准确性不高的问题也逐渐暴露出来，原因主要是操作不规范和流量计自身问题。

2.1 操作不规范

管道方面，技术人员经常不按照标准操作规程进行操作，例如未准确测量管道外径、周长、壁厚、接触温度等，这些参数都会对超声流量计的原始数据修正产生重要影响。

安装方式方面，技术人员经常不按照管道大小和信号强度选择安装方式，往往选择流量计的默认双声程模式。正确的安装方式为：在大管道和复杂环境中应采用单声程；在小管道和信号特强的情况下选择多声程。

安装位置方面，技术人员往往随意放置超声探头，且不确认管道污水是否满管这一重要的测量条件。正确的安装位置为：应选择管道的水平中间位置放置探头；只有在管道满管的条件下才能进行准确测量，流体向上流的垂直管道能保证满管流。

除此以外，现场的管道内衬的种类和厚度等重要参数往往很难获得，这些也严重影响了流量计的准确性。

2.2 超声波流量计自身问题

首先是时差法和多普勒法流量计的选用。时差法流量计适用于纯净液体的计量，准确度优于±1.0%；多普勒法流量计适用于浊度50mg/L以上的流 体。因此，2种原理的流量计在污水流量计校准时的选用非常重要。一般情况下，管道中污水较干净时，可选用时差法；当污水较浑浊时，应选用多普勒法。但是污 水干净还是浑浊在现场很难被定量界定，因此选用这2种原理的流量计没有通用方法可遵循，导致流量计自身计量不准确，更谈不上校准污水流量计了。

其次超声波接收也存在缺陷。超声波由于是通过在管道中发射和接收超声信号来测量流体流量的，所以管道材质对超声的折射、流体中杂质对超声的反射和散 射、流体中随机存在的气泡和杂质的含量高低都会对测量产生不稳定的影响。油田污水中含有不少的原油、砂砾、气泡、化学药剂等，管道内环境十分复杂和多变， 严重影响了测量的精度。

针对超声波流量计在污水流量计在线校准中准确性不高的问题。在近一年的的时间里，使用26台检定合格的污水流量计作为参考流量计，对4台超声波流量计进行了现场在线校准，通过大量的试验和数据分析，讨论超声波流量计在污水流量计校准中的作用。

3.1 流量计的选择

为了使试验具有代表性，便携式超声波流量计选用某国外厂商的时差式A型、多普勒B型，国内厂商的时差式C型、多普勒D型各1台，均检定合格且在检定周期内。26台污水流量计为检定合格后第1次使用的，且在检定周期内。

3.2 试验注意事项

本试验严格遵循超声波流量计附带的使用说明及本文中第3章提到的注意事项。

试验中流量计安装的管道的直管段符合“*后五”的规定。试验中所选安装流量计的管道为近1年内的新管道，尽量避免因管道内壁腐蚀导致超声信号接收质量不高的问题。