噪聲對超聲波流量計測量準確性的不利影響

超聲波流量計在當今的工業(yè)生產(chǎn)中用途越來越廣，涉及的工業(yè)應用類型也越來越豐富，我們注意到特別是氣體超聲波流量計在天然氣管道計量中得到了越來越廣泛的應用，因為超聲波的測量原理是利用了超聲波的傳導的特性工作的，換言之，超聲波流量計實際是在用聲波進行工作，由于在輸氣生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生不必要的的超聲噪聲，這將直接影響超聲波流量計的正常運行，為超聲波流量計的準確測量帶來不利的影響。

天然氣流量計量作為天然氣管道工業(yè)中極其重要的一部分，其測量數(shù)據(jù)的準確與否直接影響到生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和用戶利益。最近幾年，許多用戶開始使用多聲道超聲波流量計作為天然氣計量儀表，利用傳播時間差法原理來測量天然氣流量，這已經(jīng)得到天然氣工業(yè)界越來越廣泛的認可，未來的超聲波流量計的運用將會更加廣泛。
傳播時間差法超聲波流量計的工作原理是利用超聲波換能器相向交替（或同時）收發(fā)超聲波脈沖，通過檢測并計算該脈沖在介質(zhì)中順流和逆流的傳播時間差來間接測量流體的流速，再通過流速來計算流量的一種間接測量方法。

因此，為了獲得傳播時間，就要求流量計的接收換能器能夠正確檢測到發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波脈沖，但是如果介質(zhì)中存在超聲噪聲，那么將使得換能器檢測單元無法檢測并分辨出正常的工作脈沖信號，導致流量計發(fā)生讀數(shù)錯誤或停止計量。管道輸氣生產(chǎn)中，產(chǎn)生超聲噪聲的噪聲源主要有調(diào)節(jié)閥、節(jié)流閥、減壓閥、泵等設備。

我國國家標準《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》中指出“來自于被測介質(zhì)內(nèi)部的噪聲可能會對流量計的準確測量帶來不利影響，在設計及安裝過程中應讓流量計盡可能遠離噪聲源或采取措施消除噪聲干擾。”然而，上述問題在某些天然氣計量工程中并沒有得到應有的重視，導致超聲波流量計投產(chǎn)后出現(xiàn)影響計量準確性，甚至計量停止的故障。
關(guān)于如何降低乃至消除噪聲對于超聲波流量計的的影響，具體有如下措施可以實現(xiàn)：

1調(diào)節(jié)閥噪聲及降噪措施

A、調(diào)節(jié)閥噪聲在天然氣管道輸氣生產(chǎn)過程中，調(diào)節(jié)閥是最常用到的調(diào)壓設備。當調(diào)節(jié)閥進行調(diào)壓時，會產(chǎn)生很寬頻率范圍的噪聲，包括超聲頻率范圍的超聲噪聲。該噪聲從本質(zhì)上具備聲波的物理性質(zhì)，它的大小與閥的類型、氣體流速及調(diào)壓壓差等因素有關(guān)，噪聲產(chǎn)生之后會向調(diào)節(jié)閥上游和下游同時傳播。但是由于調(diào)節(jié)閥的壓差作用，氣體在節(jié)流口被緊緊地向下游壓縮，使得主要的噪聲能量以沖擊波的形式傳播到了下游，相對較少的噪聲能量向上游傳播。

對于超聲波流量計，其換能器超聲脈沖都有特定的工作頻率，用于天然氣計量的超聲波流量計其脈沖頻率均在120kHz以上。換能器僅對其工作頻率的脈沖信號進行響應，若調(diào)節(jié)閥調(diào)壓產(chǎn)生的噪聲頻率達到換能器工作頻率，并通過氣流介質(zhì)傳播到達超聲波流量計時，將使得換能器無法正常檢測并分辨出工作脈沖信號，導致計量故障。

B、降噪措施在帶調(diào)節(jié)閥的工況場合設計使用超聲波流量計要充分考慮降噪措施。1）由于傳播到調(diào)節(jié)閥上游的噪聲能量遠小于向下游傳播的噪聲能量，因此應首先考慮將調(diào)節(jié)閥安裝在超聲波流量計下游，并確保有盡可能大的安裝距離。

通過在超聲波流量計和調(diào)節(jié)閥之間安裝一定數(shù)量的管件可以達到不同程度衰減超聲噪聲的目的〔1〕，不同管件的降噪能力見表1。表!不同管件的降噪能力管件名稱降噪能力（dB）100m直管段590度彎頭5!6T形管10兩平面彎頭14管束（換熱器）20多孔板消音器24管束式消音器33如表1所示，在超聲波流量計和調(diào)節(jié)閥之間安裝100m的直管段和90度彎頭的降噪能力相等，但在應用中安裝100m直管段是根本不切實際的做法。比較普遍而有效的辦法是在超聲波流量計與調(diào)節(jié)閥之間使用T形管或兩平面彎頭來衰減調(diào)節(jié)閥噪聲。在實際的設計中，采用T形管的數(shù)量，取決于很多因素，當調(diào)節(jié)閥調(diào)壓壓差大于約2.067Mpa時應考慮使用兩個或兩個以上的T形管〔3〕。另外，若輸氣工藝中有過濾器、熱交換器這樣的設備時，考慮將它們安裝在流量計與調(diào)節(jié)閥之間，會獲得比使用彎頭、T形管更好的降噪作用。3）利用電子技術(shù)的手段來應對調(diào)節(jié)閥噪聲。如在必要時通過使用更高頻率的換能器，或利用數(shù)字信號處理來加強對超聲工作脈沖的識別和檢測及減少外部噪聲的影響等。采用以上方法能夠起到不同程度的衰減噪聲的作用。在實際設計中，根據(jù)具體情況應考慮多種措施配合使用。將調(diào)節(jié)閥安裝在流量計下游，并使用一個或多個T形管，以及盡可能加大安裝距離是首選的降噪辦法。

總而言之，我們在實踐過程中要充分重視帶噪聲源情況下超聲波流量計的設計和安裝，密切關(guān)注以下幾個方面的問題，便可以有效地避免超聲噪聲影響流量計正常工作的情況發(fā)生：1）將超聲波流量計安裝在調(diào)節(jié)閥上游，并盡量保證二者之間有足夠的距離；2）在超聲波流量計和調(diào)節(jié)閥之間安裝T形管等管件來達到衰減噪聲的目的；3）了解超聲波流量計的工作頻率及調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生噪聲的頻率范圍，考慮采用更高發(fā)射頻率的超聲波流量計，以改善信噪比；4）在超聲波流量計初步設計或改造階段，加強設計單位工藝與儀表專業(yè)的溝通，以及提前向制造商進行咨詢獲得技術(shù)支持是非常重要的；5）通過實驗、運行及借鑒國外經(jīng)驗，應盡快完善細化我國天然氣管道行業(yè)關(guān)于超聲波流量計設計及安裝的有關(guān)規(guī)范。