钱雅

空军南京航空四站装备修理厂 江苏 南京 210000

引言

液体流量计是航空液压系统重要的监视测量仪表，是航空油泵车不可缺少的组成部分，其准确与否直接影响航空油泵车能否正常工作。但车载流量计拆卸过程烦琐；断流后容易导致管路内液体泄漏；安装流程技术要求高；重新安装后系统需进行复杂的压力泄露调试、烦琐的系统自循环净化流程；普通的水介质、空气介质流量计计量标准不适用于红油介质的油泵车车载流量计校准，介质理化性能差距大，校准结果与车载流量计实际工作状态不一致，这些问题使航空油泵车车载流量计量值定期溯源成为一个计量难点。

从流量计在各行业的应用发展看，流量计大多被安装在仪器、设备、大型管路中，普遍存在不易拆卸的问题，传统的离线校准方式不符合各单位对设备维护的实际情况[1]。为此，各计量技术机构都在积极探索各型流量计的在线校准方法。应用超声波流量计进行非接触式比对校准，是目前各计量技术机构尝试最多的在线校准方法。根据超声波流量计的工作原理和使用特点，其应用尤其适用于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。其测量安装方式主要有插入式和外夹式两种，考虑到不宜影响流体流动状态，减少管径内压力泄露的风险，外夹式超声波流量计更加受到各大计量机构的推崇，其在工作时，对流体的介质温度、介质压力、黏度、密度等因素几乎无要求，可制成便携式测量仪表，且拆装方便。

1 工作原理

超声波在流动的液体中传播时会在传播过程中载上流体的流速信息。超声波流量计的工作原理就是利用超声波载速现象检测不同流体流速，并通过计算确定管路中流体流量值。超声波流量计可通过元件利用逆压电效应将电能转化为超声波，并发射至被测流体，经流体管道壁反射后，由接收器接收反射的超声波，通过元件利用压电效应转化为电能，通过信号处理系统最终显示测得流体流速。

2 标准表选型

航空油泵车车载流量计介质为特殊的航空液压油，流体色泽为半透明的红色，流体黏性较大，流体温度较高，且具有一定的腐蚀性，属于不易接触和观察的流体。针对航空油泵车的特殊情况，选型应考虑的因素如下。

2.1 准确度等级

航空油泵车现有车载流量计精度为1% ，则根据“标准器的测量不确定度（准确度等级或最大允许误差）与被检/校器具的测量不确定度（准确度等级或最大允许误差）比不得大于1/4”的原则，标准超声波流量计的精度必须小于0.25%，即所选标准超声波流量计精度等级要高于0.25级。

2.2 流体介质的物理化学性能

航空油泵车车载流量计所测介质为航空液压油，由精制石油馏分为基础油，并加有适量的粘度指数抗氧剂、改进剂、抗泡剂、抗磨剂、红色染料等调和而成。分析航空液压油的产品密度、运动粘度、凝点、酸性等物理化学性能，可以了解到航空液压油是一种理化性能稳定的单一流体。分析航空液压油在油泵车中的状态要求可知，管路中的液压油要进行除气泡、颗粒污染度多级过滤等确保液压油洁净度的作业，只有在航空液压油颗粒污染度达标之后，油泵车方可进行正常作业。由此可以判断油泵车中航空液压油气泡含量较少，管道满流，是一种洁净度较高的单相稳定流体。因此可选用应用最为广泛的传播速度差法式流量计。

2.3 流体管径及管径内流速

航空油泵车车载流量计管径尺寸在（50~300）mm之间，标准超声波流量计的适用管径应控制在（150~450）mm。

航空油泵车车载流量计管径内介质最大流速为166L/min，因此所选标准超声波流量计的测量范围必须可以覆盖166L/min。

2.4 工作环境

根据航空油泵车车载流量计实际工作情况，建议选用适用于现场测量各种尺寸管道的便携式超声波流量计。该类超声波流量计体积小，便于拆卸，使用场所较为灵活。

2.5 标准表选型

传播速度差法式超声波流量计是在线校准中应用最多的标准流量计，具有较高的准确定，可选择作为油泵车流量计在线校准的标准表[3]。其工作原理是当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速。

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3 校准方法

目前，国内流量计的校准规范均是按被测流量计的类型进行划分，尚没有相应的在线校准规范，离线涡轮流量计的校准规范不完全适用使用外夹式超声波流量计在线校准比对。

在线校准的方法应根据被检流量计的具体特点以及整个系统的特点进行设计。针对现有技术条件，比对法比直接测量法相对简单易操作。本文推荐使用吴忠杰、陆国权根据其多年在线校准经验编制的关于管道式液体流量计在线校准的方法，即：利用基于超声波时差法的原理，采用示值误差的方法进行比对。

数学模型：

其中：E－为被校流量计的示值误差；

q－为被校流量计示值（瞬时值）；

qs－为标准器显示值（瞬时值）。

4 安装详解

超声波流量属于非接触式仪表，具有极好的现场测量适用性，但对标准设备的安装要求较高。超声波流量计主要由超声波换能器、数据采集处理系统和显示仪表组成，在安装过程中换能器的安装至关重要。

4.1 了解在线校准现场情况

计量人员到达工作现场，首先应仔细了解以下情况：管路的外部空间是否可以容纳超声波流量计；管路的材质、壁厚、口径；管路中流体的介质类型、介质纯净度、气泡含量；管路是否满管、液体温度；工作现场是否存在电磁干扰、机械振动、环境温湿度是否合适等。

4.2 安装位置

超声波流量计虽然对管路内流体属性、工作环境要求不高，但标准表的安装点位选择对测量准确性影响较大[4]。超声波流量计在线校准采用的是比对方法，因此标准表是串联在被测流量计的管路中，安装时具体要求如下所示：

①应安装在直管上，直管长度必须大于15倍管路口径；②应充分远离阀门、泵、高压电和变频器等干扰源；③管路内应确保流体满管、介质无气泡等杂质；④不可安装在管路的最高点；⑤避免安装在流体方向从上至下的垂直管路；⑥管路外部空间应足够容纳超声波流量计，并方便人员进行现场操作及观察。

具体安装点位可参看图1：

图1 超声波流量计安装点位置图

4.3 安装方式

超声波流量计常用的安装方式由两种：探头Z安装法、探头V安装法。

4.3.1 探头Z安装法。Z安装法主要应用在管路直径小于200mm，或管路内流体测量条件较差（如纯净度不足，介质浑浊等），或管路材质测量条件较差（如管路内壁为多层，内壁壁垢沉积厚等），或用V安装法测量收不到信号或信号很弱时。

4.3.2 探头V安装法。当管路测量条件较好，管路直径大于200mm时，V安装法可以有效提高测量精度。航空油泵车车载流量计所在管路最小直径为250mm，且管路内流体纯净度高、无杂质、无气泡，管路满管，管路测量条件好，完全符合V安装法要求，建议全部采用V法安装[5]。

5 注意事项

与实验室严格控制的检定条件不同，在线校准存在着诸多无法预料的偶发事件。为确保在线校准的准确性，计量人员需具备扎实的实践经验和突然情况的处置能力，应做到以下几点：

5.1 被检流量计的控制

重视被检流量计的首次检定，应积极宣传被检流量计的首次检定的重要性，首次检定应在国家规定的严格的实验室检定条件下进行。

5.2 对标准表（超声波流量计）的控制

标准表（超声波流量计）必须按计量标准器要求进行定期定点的量值溯源，确保标准表量值准确。标准表（超声波流量计）应定期进行核查，确保量值的稳定。

标准表（超声波流量计）与被检流量计的口径比应确保在（1/2～2）之间。

5.3 对校准现场的控制

在线校准的校准现场情况不可控因素较多，计量人员在查明被测流量计所在管路测量条件、环境条件等情况后，还应注意是否存在其他可能影响校准准确性的因素，同时应注意设备、人员安全问题、保密问题；尽量避免计量人员独自操作，应要求委托方责任人员陪同[6]。

5.4 对测量的控制

由于航空油泵车流量计测量值较为固定，进行在线校准时，应积极与使用人员沟通，测量值可按常用流量值确定。

6 结束语

航空油泵车车载流量计的在线校准条件十分符合使用外夹式超声波流量计进行计量，用其进行在线校准可以解决航空油泵车车载流量计不易拆卸，管路不可断流，管路内特殊介质不可污染，流体流动状态不可产生附加阻力等问题。同时用超声波流量计进行在线校准的方式已被不少计量技术机构采用，技术较为成熟，航空油泵车车载流量计的在线校准完全可以借鉴此种方式。