噪声对超声波流量计测量准确性的不利影响

超声波流量计在当今的工业生产中用途越来越广，涉及的工业应用类型也越来越丰富，我们注意到特别是气体超声波流量计在天然气管道计量中得到了越来越广泛的应用，因为超声波的测量原理是利用了超声波的传导的特性工作的，换言之，超声波流量计实际是在用声波进行工作，由于在输气生产过程中会产生不必要的的超声噪声，这将直接影响超声波流量计的正常运行，为超声波流量计的准确测量带来不利的影响。

天然气流量计量作为天然气管道工业中极其重要的一部分，其测量数据的准确与否直接影响到生产企业的经济效益和用户利益。最近几年，许多用户开始使用多声道超声波流量计作为天然气计量仪表，利用传播时间差法原理来测量天然气流量，这已经得到天然气工业界越来越广泛的认可，未来的超声波流量计的运用将会更加广泛。
传播时间差法超声波流量计的工作原理是利用超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波脉冲，通过检测并计算该脉冲在介质中顺流和逆流的传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。

因此，为了获得传播时间，就要求流量计的接收换能器能够正确检测到发射换能器发出的超声波脉冲，但是如果介质中存在超声噪声，那么将使得换能器检测单元无法检测并分辨出正常的工作脉冲信号，导致流量计发生读数错误或停止计量。管道输气生产中，产生超声噪声的噪声源主要有调节阀、节流阀、减压阀、泵等设备。

我国国家标准《用气体超声流量计测量天然气流量》中指出“来自于被测介质内部的噪声可能会对流量计的准确测量带来不利影响，在设计及安装过程中应让流量计尽可能远离噪声源或采取措施消除噪声干扰。”然而，上述问题在某些天然气计量工程中并没有得到应有的重视，导致超声波流量计投产后出现影响计量准确性，甚至计量停止的故障。
关于如何降低乃至消除噪声对于超声波流量计的的影响，具体有如下措施可以实现：

1调节阀噪声及降噪措施

A、调节阀噪声在天然气管道输气生产过程中，调节阀是最常用到的调压设备。当调节阀进行调压时，会产生很宽频率范围的噪声，包括超声频率范围的超声噪声。该噪声从本质上具备声波的物理性质，它的大小与阀的类型、气体流速及调压压差等因素有关，噪声产生之后会向调节阀上游和下游同时传播。但是由于调节阀的压差作用，气体在节流口被紧紧地向下游压缩，使得主要的噪声能量以冲击波的形式传播到了下游，相对较少的噪声能量向上游传播。

对于超声波流量计，其换能器超声脉冲都有特定的工作频率，用于天然气计量的超声波流量计其脉冲频率均在120kHz以上。换能器仅对其工作频率的脉冲信号进行响应，若调节阀调压产生的噪声频率达到换能器工作频率，并通过气流介质传播到达超声波流量计时，将使得换能器无法正常检测并分辨出工作脉冲信号，导致计量故障。

B、降噪措施在带调节阀的工况场合设计使用超声波流量计要充分考虑降噪措施。1）由于传播到调节阀上游的噪声能量远小于向下游传播的噪声能量，因此应首先考虑将调节阀安装在超声波流量计下游，并确保有尽可能大的安装距离。

通过在超声波流量计和调节阀之间安装一定数量的管件可以达到不同程度衰减超声噪声的目的〔1〕，不同管件的降噪能力见表1。表!不同管件的降噪能力管件名称降噪能力（dB）100m直管段590度弯头5!6T形管10两平面弯头14管束（换热器）20多孔板消音器24管束式消音器33如表1所示，在超声波流量计和调节阀之间安装100m的直管段和90度弯头的降噪能力相等，但在应用中安装100m直管段是根本不切实际的做法。比较普遍而有效的办法是在超声波流量计与调节阀之间使用T形管或两平面弯头来衰减调节阀噪声。在实际的设计中，采用T形管的数量，取决于很多因素，当调节阀调压压差大于约2.067Mpa时应考虑使用两个或两个以上的T形管〔3〕。另外，若输气工艺中有过滤器、热交换器这样的设备时，考虑将它们安装在流量计与调节阀之间，会获得比使用弯头、T形管更好的降噪作用。3）利用电子技术的手段来应对调节阀噪声。如在必要时通过使用更高频率的换能器，或利用数字信号处理来加强对超声工作脉冲的识别和检测及减少外部噪声的影响等。采用以上方法能够起到不同程度的衰减噪声的作用。在实际设计中，根据具体情况应考虑多种措施配合使用。将调节阀安装在流量计下游，并使用一个或多个T形管，以及尽可能加大安装距离是首选的降噪办法。

总而言之，我们在实践过程中要充分重视带噪声源情况下超声波流量计的设计和安装，密切关注以下几个方面的问题，便可以有效地避免超声噪声影响流量计正常工作的情况发生：1）将超声波流量计安装在调节阀上游，并尽量保证二者之间有足够的距离；2）在超声波流量计和调节阀之间安装T形管等管件来达到衰减噪声的目的；3）了解超声波流量计的工作频率及调节阀产生噪声的频率范围，考虑采用更高发射频率的超声波流量计，以改善信噪比；4）在超声波流量计初步设计或改造阶段，加强设计单位工艺与仪表专业的沟通，以及提前向制造商进行咨询获得技术支持是非常重要的；5）通过实验、运行及借鉴国外经验，应尽快完善细化我国天然气管道行业关于超声波流量计设计及安装的有关规范。