噪聲對(duì)超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確性的不利影響

超聲波流量計(jì)在當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)中用途越來越廣，涉及的工業(yè)應(yīng)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(jì)在天然氣管道計(jì)量中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，因?yàn)槌暡ǖ臏y(cè)量原理是利用了超聲波的傳導(dǎo)的特性工作的，換言之，超聲波流量計(jì)實(shí)際是在用聲波進(jìn)行工作，由于在輸氣生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生不必要的的超聲噪聲，這將直接影響超聲波流量計(jì)的正常運(yùn)行，為超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確測(cè)量帶來不利的影響。

天然氣流量計(jì)量作為天然氣管道工業(yè)中極其重要的一部分，其測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否直接影響到生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)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(jì)作為天然氣計(jì)量?jī)x表，利用傳播時(shí)間差法原理來測(cè)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(rèn)可，未來的超聲波流量計(jì)的運(yùn)用將會(huì)更加廣泛。
傳播時(shí)間差法超聲波流量計(jì)的工作原理是利用超聲波換能器相向交替（或同時(shí)）收發(fā)超聲波脈沖，通過檢測(cè)并計(jì)算該脈沖在介質(zhì)中順流和逆流的傳播時(shí)間差來間接測(cè)量流體的流速，再通過流速來計(jì)算流量的一種間接測(cè)量方法。

因此，為了獲得傳播時(shí)間，就要求流量計(jì)的接收換能器能夠正確檢測(cè)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(cè)單元無法檢測(cè)并分辨出正常的工作脈沖信號(hào)，導(dǎo)致流量計(jì)發(fā)生讀數(shù)錯(cuò)誤或停止計(jì)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(shè)備。

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》中指出“來自于被測(cè)介質(zhì)內(nèi)部的噪聲可能會(huì)對(duì)流量計(jì)的準(zhǔn)確測(cè)量帶來不利影響，在設(shè)計(jì)及安裝過程中應(yīng)讓流量計(jì)盡可能遠(yuǎn)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(jì)量工程中并沒有得到應(yīng)有的重視，導(dǎo)致超聲波流量計(jì)投產(chǎn)后出現(xiàn)影響計(jì)量準(zhǔn)確性，甚至計(jì)量停止的故障。
關(guān)于如何降低乃至消除噪聲對(duì)于超聲波流量計(jì)的的影響，具體有如下措施可以實(shí)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(shè)備。當(dāng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，會(huì)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(huì)向調(diào)節(jié)閥上游和下游同時(shí)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(duì)較少的噪聲能量向上游傳播。

對(duì)于超聲波流量計(jì)，其換能器超聲脈沖都有特定的工作頻率，用于天然氣計(jì)量的超聲波流量計(jì)其脈沖頻率均在120kHz以上。換能器僅對(duì)其工作頻率的脈沖信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)，若調(diào)節(jié)閥調(diào)壓產(chǎn)生的噪聲頻率達(dá)到換能器工作頻率，并通過氣流介質(zhì)傳播到達(dá)超聲波流量計(jì)時(shí)，將使得換能器無法正常檢測(cè)并分辨出工作脈沖信號(hào)，導(dǎo)致計(jì)量故障。

B、降噪措施在帶調(diào)節(jié)閥的工況場(chǎng)合設(shè)計(jì)使用超聲波流量計(jì)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(yuǎn)小于向下游傳播的噪聲能量，因此應(yīng)首先考慮將調(diào)節(jié)閥安裝在超聲波流量計(jì)下游，并確保有盡可能大的安裝距離。

通過在超聲波流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥之間安裝一定數(shù)量的管件可以達(dá)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(jì)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(yīng)用中安裝100m直管段是根本不切實(shí)際的做法。比較普遍而有效的辦法是在超聲波流量計(jì)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(shí)際的設(shè)計(jì)中，采用T形管的數(shù)量，取決于很多因素，當(dāng)調(diào)節(jié)閥調(diào)壓壓差大于約2.067Mpa時(shí)應(yīng)考慮使用兩個(gè)或兩個(gè)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(shè)備時(shí)，考慮將它們安裝在流量計(jì)與調(diào)節(jié)閥之間，會(huì)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(yīng)對(duì)調(diào)節(jié)閥噪聲。如在必要時(shí)通過使用更高頻率的換能器，或利用數(shù)字信號(hào)處理來加強(qiáng)對(duì)超聲工作脈沖的識(shí)別和檢測(cè)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(shí)際設(shè)計(jì)中，根據(jù)具體情況應(yīng)考慮多種措施配合使用。將調(diào)節(jié)閥安裝在流量計(jì)下游，并使用一個(gè)或多個(gè)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?cè)趯?shí)踐過程中要充分重視帶噪聲源情況下超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)和安裝，密切關(guān)注以下幾個(gè)方面的問題，便可以有效地避免超聲噪聲影響流量計(jì)正常工作的情況發(fā)生：1）將超聲波流量計(jì)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(jì)和調(diào)節(jié)閥之間安裝T形管等管件來達(dá)到衰減噪聲的目的；3）了解超聲波流量計(jì)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(jì)，以改善信噪比；4）在超聲波流量計(jì)初步設(shè)計(jì)或改造階段，加強(qiáng)設(shè)計(jì)單位工藝與儀表專業(yè)的溝通，以及提前向制造商進(jìn)行咨詢獲得技術(shù)支持是非常重要的；5）通過實(shí)驗(yàn)、運(yùn)行及借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)盡快完善細(xì)化我國(guó)天然氣管道行業(yè)關(guān)于超聲波流量計(jì)設(shè)計(jì)及安裝的有關(guān)規(guī)范。