水輪機、蓄能泵和水泵水輪機流量的測量 超聲傳播時間法

ICS27.140

K55

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)

GB/T35717—XXXX

代替GB/Z35717-2017

水輪機、蓄能泵和水泵水輪機流量的測量

超聲傳播時間法

Dischargemeasurementforhydraulicturbines,storagepumpsandpump-turbines—

Ultrasonictransit-timemethod

xxxx-xx-xx發(fā)布

中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布

中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會

GB/TXXXX--XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。

本文件代替GB/Z35717-2017《水輪機、蓄能泵和水泵水輪機流量的測量超聲傳播時間法》。本文件

與GB/Z35717-2017相比主要技術(shù)變化如下：

——根據(jù)近年超聲傳播時間法的發(fā)展成果，對本文件章節(jié)和條款進行修訂。

——規(guī)范引用文件的概述部分內(nèi)容按照GB1.1-2020要求修改，并對相關(guān)引用規(guī)范進行增補、復(fù)核。

——補充完善了裝置安裝要求和調(diào)試方法。

——補充完善了測流數(shù)據(jù)質(zhì)量評價方法。

本文件由中國電器工業(yè)協(xié)會提出。

本文件由全國水輪機標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC175）歸口。

本文件起草單位：

本文件主要起草人：

本文件所代替標(biāo)準(zhǔn)的歷次版本發(fā)布情況為：GB/Z35717-2017。

II

GB/TXXXX—XXXX

水輪機、蓄能泵和水泵水輪機流量的測量

超聲傳播時間法

1范圍

本文件給出了水輪機、蓄能泵和水泵水輪機流量測量的超聲傳播時間法，包括測量原理、測試方法與

校準(zhǔn)、測量不確定度等。

本文件適用于水輪機、蓄能泵和水泵水輪機的現(xiàn)場流量測量，流道為有壓流道，斷面為圓形或矩形，

直徑或等效直徑不小于0.8m；不適用于水輪機、蓄能泵和水泵水輪機模型試驗的流量測量。

本文件適用于采用內(nèi)貼式或外插式換能器的超聲傳播時間法測流裝置（以下簡稱測流裝置）的流量測

量，不適用于采用外貼式換能器的測流裝置的流量測量。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

ASMEPTC18水輪機、水泵水輪機性能試驗規(guī)范（HydraulicTurbinesandPump-TurbinesPerformance

TestCodes）

JJF1358非實流法校準(zhǔn)DN1000~DN15000液體測流裝置校準(zhǔn)規(guī)范

IEC60041水輪機、蓄能泵和水泵水輪機水力性能現(xiàn)場驗收試驗（Fieldacceptanceteststodetermine

thehydraulicperformanceofhydraulicturbines,storagepumpsandpump-turbines）

IEC60545Guidelinesforcommissioningandoperationofhydraulicturbines,pump-turbinesandstorage

pumps

ISO12242封閉管道中流體流量的測量液體超聲傳播時間法（Measurementoffluidflowinclosed

conduits—Ultrasonictransit-timemetersforliquid）

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

超聲傳播時間法ultrasonictransit-timemethod

利用超聲在流體中順流傳播時間與逆流傳播時間之差求出流速，進而通過流速與面積的乘積得到流量

的方法。

3.2

超聲換能器ultrasonictransducer

在電信號作用下可產(chǎn)生超聲輸出，并可將超聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的器件。

3.3

1

GB/TXXXX--XXXX

內(nèi)貼式換能器build-intransducer

利用焊接、螺栓等方式固定在流道內(nèi)壁上的超聲換能器。

注：內(nèi)貼式換能器亦稱內(nèi)附式換能器。

3.4

外插式換能器plug-intransducer

通過鉆孔從流道外部插入安裝固定的超聲換能器。

3.5

超聲傳播時間法測流裝置dischargemeasurementdeviceofultrasonictransit-timemethod

采用超聲傳播時間法進行流量測量的裝置，由超聲測流主機、安裝在流道上的多對超聲換能器、信號

線纜等構(gòu)成。與超聲流量計的差異在于換能器為現(xiàn)場安裝，無法在實驗室整體校準(zhǔn)。

3.6

聲道ultrasonicpath

超聲在成對的超聲換能器間傳播的實際路徑。

注：聲道亦稱聲路。

3.7

聲道長度ultrasonicpathlength

成對換能器之間超聲在水介質(zhì)中傳播的實際距離。

3.8

聲道角ultrasonicpathangle

聲道與流道軸線之間的夾角。

3.9

聲道高度ultrasonicpathheight

聲道相對于流道中心的高度，其絕對值為聲道與流道軸線之間的最短距離，通常以流道中心以上為正

值，以下為負值，正好過流道中心的為零。

3.10

聲道高度角ultrasonicpathheightangle

對于圓形流道，聲道高度與半徑比值的正弦值對應(yīng)的角度，亦即利用經(jīng)緯儀進行換能器安裝時的俯仰

角投影到斷面上的角度，其范圍為-90°~90°。

3.11

換能器凸出高度transducerprotrusionheight

換能器外形最高點到內(nèi)壁的垂直距離。

3.12

凸出比protrusionratio

換能器凸出高度與圓形流道斷面直徑（或矩形流道斷面寬度）之比。

2

GB/TXXXX—XXXX

3.13

聲道層ultrasoniclayer

聲道高度相同的兩個聲道所在的層面。

3.14

聲道面ultrasonicplane

聲道角相同的一組聲道所在的流道斜截面。

3.15

聲道投影流速ultrasonicpathprojectedvelocity

測流裝置利用傳播時間直接測到的流速分量，即聲道上的實際流速的線平均值投影到聲道方向上的分

量。

3.16

聲道軸向流速ultrasonicpathaxialvelocity

聲道投影流速除以聲道角的余弦值得到的流速，直接用于積分計算流量。

3.17

矩形斷面等效直徑equivalentdiameter

矩形斷面流道按面積換算得到的直徑。

3.18

面平均流速cross-sectionalaveragevelocity

流道流量除以測量斷面面積得到的流速。

3.19

傳播時間transittime

超聲波從一個換能器出發(fā)開始計時、到達另一個換能器結(jié)束計時所測到的時間。

3.20

時間差timedifference

一對換能器互為收發(fā)測量超聲傳播時間時，逆流傳播時間和順流傳播時間的差值。

4符號

下列符號適用于本文件，見表1。

3

GB/TXXXX--XXXX

A流道斷面面積m2

B矩形流道斷面寬度m

C介質(zhì)聲速m.s-1

D圓形斷面直徑或矩形斷面等效直徑m

H矩形流道斷面高度m

Li聲道i的聲道長度m

LW,i聲道i的自管壁起算的聲道長度m

N聲道數(shù)/

Q流道斷面流量m3.s-1

R圓形流道半徑m

td聲道i的順流傳播時間s

ti聲道i的相對聲道高度/

tu聲道i的逆流傳播時間s

-1

Vproj,i聲道i的聲道投影流速m.s

-1

Vi聲道i的聲道軸向流速m.s

zi聲道i的聲道高度m

?i聲道i的聲道角°

αi聲道i的聲道高度角°

?t超聲傳播時間差s

ωi聲道i的權(quán)重系數(shù)/

5測量原理

5.1基本原理

超聲傳播時間法通過測量超聲在流體中傳播的時間來計算流體的流速和流量。如圖1a)所示，一對換

能器以聲道長度L、聲道角?安裝在流道兩側(cè)，流體中超聲傳播速度C會與聲道投影流速VVproj=cos?疊加，

造成超聲從下游到上游換能器的傳播時間tu大于從上游到下游換能器的傳播時間td，

=?

tuLCV(proj)=Vproj(11td?tLu)?2

?（1）

=C=+?(11ttL)2

tdL(CV+proj)du

由式（1）可以同時得到聲道投影速度Vproj和聲速C，進而可以得到聲道軸向流速：

VprojL11Lt?

V==??=（2）

cos??2costdtu2cos?ttdu

式中，超聲傳播時間差?=是超聲傳播時間法的關(guān)鍵測量參數(shù)。聲道軸向流速的計算不依賴于

tttud-，

聲速，介質(zhì)成分及溫度、壓力的變化不會直接影響流速的測量結(jié)果。

4

GB/TXXXX—XXXX

B

z

φ

Vα

D

L

A

a)聲道軸向流速的測量b)用多個聲道積分計算流量

圖1超聲傳播時間法原理示意圖

在實際應(yīng)用中，經(jīng)常在流道中不同的聲道高度zi上平行布置若干聲道，如圖1b)所示，每條聲道的聲

道軸向流速Vi代表其上下的一定面積內(nèi)的平均流速，利用多個聲道軸向速度Vi更好的估計流道的面平均流

速V，進而得到流量，

Q=AV=A?f(V12,,,VVN)（3）

式中：

A——流道斷面面積；

N——聲道數(shù)。

5.2超聲傳播時間的測量

測流裝置聲道長度通常在米量級，超聲傳播時間通常在毫秒量級，時間差通常在微秒量級，時間差的

測量準(zhǔn)確度要求要遠高于傳播時間。通常采用過零檢測、波形相關(guān)分析等方法測量傳播時間和時間差，宜

利用多次重復(fù)測量獲得其平均值，降低湍流等因素帶來的不確定度。

測流裝置需要測量換能器之間水介質(zhì)中的超聲傳播時間來計算聲道軸向流速，主機應(yīng)消除非水介質(zhì)時

間延遲，包括信號電纜中的信號傳播時間、換能器匹配層中的傳播時間、電子設(shè)備中的信號處理時間等。

5.3聲道軸向流速的計算

測流裝置所處流道可能具有較強的橫向流動，交叉聲道面配置可有效削弱橫向流動的干擾。聲道投影

流速與垂直于聲道層的流速分量無關(guān)，假設(shè)聲道層內(nèi)兩聲道上的線平均流速分量相等，

，與流道軸向的夾角為，可分解為軸向流速和橫向流速，其中是測

VVlayer=layer,A=Vlayer,BθVlayerVaxVtrVax

流裝置希望測到的軸向流速，如圖所示。當(dāng)存在橫向流速時，測到的聲道投影流速分別為

2Vtr

和，進一步換算到聲道軸向流速：

VVproj,A=layercos(?θA+)VVProj,B=layercos(?θB?)

（）

VVA=layercos(?θA+)cos?A4

（）

VVB=layercos(?θB?)cos?B5

利用幾何計算可得到，待測的聲道軸向流速：

5

GB/TXXXX--XXXX

VVax==++layercosθ(VAtan?BVBtan?A)(tanφφAtanB)（6）

當(dāng)聲道角時，可以簡化為

??AB=

Vax=(VVA+B)2（7）

流道內(nèi)的實際流動存在橫向流動時，聲道投影流速、聲道軸向流速和待測流速

VlayerVtrVproj,A/BVA/BVax

之間的關(guān)系如圖2所示。如果采用單聲道面配置，將存在較大的流速測量誤差，利用交叉聲道面可以有效

提高測流裝置的準(zhǔn)確度。

φB

聲道面

BVproj,A

VAVaxVB

V

tr

θ

Vlayer

聲道面A

φA

Vproj,B

圖2存在橫向流動時聲道軸向流速示意圖

換能器安裝時通常會凸出于流道邊壁，如圖3所示。換能器凸出將造成：

a）換能器附近流動存在旋渦，局部聲道投影流速與無換能器時存在明顯差異；

b）聲道軸向流速實際采樣范圍L與預(yù)期采樣范圍LW（邊壁到邊壁的距離）不同。

兩者均直接影響聲道軸向流速的測量，導(dǎo)致流量測量的系統(tǒng)偏差。

L

W

水流L

圖3換能器凸出影響示意圖

5.4流量的計算

測流裝置在不同的聲道高度zi上平行布置若干聲道，來測量聲道軸向流速并計算流量，如圖1b)所示，

通常用相對聲道高度tii=zR（圓形流道，R為其半徑）、tii=zH(2)（矩形流道，H為其高度）來表征

聲道的安裝位置，其中圓形流道還可用聲道高度角αii=arcsint來描述相對聲道高度，見附錄A的表A.1，

換能器應(yīng)嚴格按照表A.1安裝。

6

GB/TXXXX—XXXX

圓形流道通常采用高斯-雅可比積分法（Gauss-Jacobi）和圓形優(yōu)化積分法（OWICS）計算流量，后者

考慮了邊壁附近的零流速，系統(tǒng)偏差略小，對于充分發(fā)展的流動具有一定優(yōu)勢。表A.1給出了兩種方法在

相同的聲道高度布置條件下的權(quán)重系數(shù)ωi，流量可利用加權(quán)平均的方式計算如下，

NN

2（）

Q=R∑∑ωii??VLW,isin?i=2Rωαicosii?V8

ii=11=

若令Wii=ωαcosi，流量計算還可簡化為，

N

2（）

Q=2R∑WVii?9

i=1

高斯-雅可比積分法的相對聲道高度和權(quán)重系數(shù)還可以表達為解析式，

iπ

t=cos,iN=1,2,...,

i+

N1（10）

ππi

W=sin2

iNN++11

矩形流道通常采用高斯-勒讓德法積分法（Gauss-Legendre）和矩形優(yōu)化積分法（OWIRS）計算流量，

N

BH（）

QV=??∑ωii11

2i=1

式中：

B——矩形流道寬度。

相同聲道高度布置下，兩種方法的權(quán)重系數(shù)ωi見表A.1。

對于交叉聲道面配置的測流裝置，可先對各聲道軸向流速Vi進行平均，

VVVi=(A,ii+B,)2（12）

之后再進行加權(quán)求和計算流量；也可分別計算聲道面A和B的流量之后再進行平均，

QQQ=(AB+)2（13）

6裝置選址與選型

6.1裝置選址

安裝流道選址是測流裝置設(shè)計的首要問題，應(yīng)考慮前后直管段盡量長、流場平順、施工難度小等原則。

安裝選址優(yōu)先選擇暴露式鋼管流道，以便采用外插式換能器。在可選圓形流道和矩形流道的情況下，

優(yōu)先選擇圓形流道安裝。典型情況如下：

——對于中高水頭混流式水輪機，測流裝置宜選擇安裝在蝸殼前的壓力鋼管水平直管段上。

——對于蓄能泵，測流裝置宜安裝在直管段最長的圓形壓力鋼管上；若無圓形流道，也可安裝在上游

漸變矩形流道內(nèi)，但其測量不確定度會有較大增加。

——對于水泵水輪機，測流裝置可安裝在蝸殼前的壓力鋼管水平直管段上，或尾水管進出口流道內(nèi)。

超聲測流裝置的前后直管段長度宜滿足前10D后3D。無法滿足該條件時，超聲測流裝置仍可應(yīng)用，

但其測量不確定度會有一定增加。

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GB/TXXXX--XXXX

6.2聲道配置

本文件最低配置為單面四聲道，且只有在滿足前10D后3D直管段條件下方可采用。

無法滿足直管段條件時，應(yīng)采用交叉聲道面配置，每個聲道面采用至少4個聲道，宜采用更多的聲道

以提高復(fù)雜流場條件下的流速代表性，并建議對流道內(nèi)的流速分布進行流體仿真分析或模型試驗分析，以

確定最適合的聲道高度和權(quán)重系數(shù)。

圓形流道和矩形流道換能器的典型布置分別如圖4和圖5所示。聲道層宜在水平方向布置。聲道角宜

在36°~75°的范圍內(nèi)進行設(shè)計，直管段長度較短時可采用較大的聲道角。

聲道面A

B2`&B3`A2`&A3`

B1`&B4`A1`&A4`

φ

φ

水流

A1`&A4`B1`&B4`

A2`&A3`B2`&B3`

聲道面B

俯視圖

換能器

聲道1

A1`&B1`A1`&B1`

聲道2

A2`&B2`A2`&B2`d1

a

1ad2

D2

d

聲道33

A3`&B3`

A3`&B3`d4

聲道4

A4`&B4`A4`&B4`

正視圖側(cè)視圖

圖4圓形流道交叉四聲道布置

聲道面A

B1B2B3B4A1`A2`A3`A4`

φ

φ水流

B

換能器

A1A2A3A4B1`B2`B3`B4`

聲道面B

俯視圖B

聲道

A1B1A1`B1`1

A2B2A2`B2`聲道2

d1

d2

H

A3B3A3`B3`聲道3d3

d4

聲道

A4B4A4`B4`4

正視圖側(cè)視圖

圖5矩形流道交叉四聲道布置

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6.3裝置選型

測流裝置應(yīng)在流道選址和聲道配置確定的情況下進行選型。

測流裝置換能器有插入式和內(nèi)貼式兩種安裝形式，插入式換能器只能用于暴露式流道，配有專門的換

能器安裝座，換能器凸出影響小，且可在帶水條件下更換換能器；內(nèi)貼式換能器通常用于非暴露式流道，

其信號電纜由流道內(nèi)部經(jīng)穿纜器引出，換能器及穿線管都會存在擾流效應(yīng)。在不影響電站壓力鋼管強度和

電站安全運行的前提下，應(yīng)優(yōu)先選擇插入式換能器。

在保證信號強度的前提下，應(yīng)優(yōu)先選擇尺寸較小的換能器及其安裝座。換能器凸出會影響測流裝置的

準(zhǔn)確度，凸出比越大，引起的測量偏差越大。宜對換能器凸出影響進行評估或修正，見附錄B。

測流裝置主機是用于激勵換能器、測量傳播時間、計算流速和流量、顯示和記錄測量結(jié)果的電子設(shè)備，

其應(yīng)保證換能器正常發(fā)射和接收超聲脈沖信號并通過有效性檢查，確保超聲脈沖信號在上、下游方向都能

被檢測到，且具有適用的信號質(zhì)量。測流裝置主機選型應(yīng)滿足以下要求：

——單臺主機具有至少4聲道測量能力，無法滿足直管段條件下，具有至少8聲道測量能力；

——超聲傳播時間差的測量精度優(yōu)于1ns；

——主機中流量積分模型的權(quán)重系數(shù)應(yīng)可見，且可根據(jù)實測聲道高度進行配置；流量積分模型具有合

理的聲道缺失補償算法；

——具備超聲波形顯示和診斷功能，具有信號質(zhì)量指標(biāo)體系；

——具備長期原始數(shù)據(jù)存儲能力，包括各聲道的流速、聲速、傳播時間、信號強度及質(zhì)量等。

測流裝置應(yīng)具備一定的抗干擾能力，在信號質(zhì)量惡化甚至信號丟失時，有良好的應(yīng)對措施。水中的氣

泡、泥沙、雜質(zhì)、環(huán)境噪聲等可能引起超聲信號大幅衰減和失真，造成部分數(shù)據(jù)錯誤或缺失，因此應(yīng)在換

能器和主機選型時具有足夠的信號增益余量，以保證裝置在全壽命周期內(nèi)的信號強度有效。

7裝置安裝與調(diào)試

7.1換能器定位安裝

換能器的精確定位安裝是測流裝置施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，施工控制水平直接影響測量準(zhǔn)確度。外插式換能

器定位參照管道外部特征進行，分為斜插式和直插式兩種，前者精度較高，且不需要手動旋轉(zhuǎn)對正；內(nèi)貼

式換能器定位參照管道內(nèi)部軸線進行。

換能器定位安裝應(yīng)在專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)下進行，宜采用全站儀等三維測量設(shè)備進行輔助定位。內(nèi)貼

式換能器，也可采用經(jīng)緯儀與鋼卷尺相結(jié)合的方式，具體操作方法見附錄C。無論采用何種方法，均應(yīng)保

證換能器安裝到設(shè)計預(yù)期位置上，其中聲道角偏差不大于2°，相對聲道高度偏差不大于0.05。

換能器及其信號線纜的固定應(yīng)足夠牢固，確保長期監(jiān)測過程中不損壞。外插式換能器線纜不在流道內(nèi)，

可避免對流場的擾動。對于內(nèi)貼式換能器，信號電纜電纜護管直徑與流道直徑之比宜不大于1:50，沿周長

方向的信號電纜護管應(yīng)布置在測量斷面下游側(cè)，且到最近的換能器的距離應(yīng)大于1D。

同一聲道的一對換能器宜采用相等長度的線纜；線纜長度存在明顯差異時，應(yīng)能提供靜水條件進行零

點修正。

7.2幾何參數(shù)測量

9

GB/TXXXX--XXXX

幾何參數(shù)是測流裝置流量積算模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括管道半徑（矩形流道則為寬度和高度）、聲道長

度、聲道角、聲道高度等。

幾何參數(shù)測量方法分為流道內(nèi)部測量法和流道外部測量法，見附錄C，外插式換能器和內(nèi)貼式換能器

的幾何參數(shù)測量均優(yōu)先選擇內(nèi)部測量法。幾何參數(shù)應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員實施測量，推薦采用全站儀等三維測

量設(shè)備進行測量，通過掃描流道形狀建立虛擬管道軸線，無需實物靶板；內(nèi)部測量法可采用經(jīng)緯儀進行測

量，需要搭建實物靶板。

流道直徑應(yīng)在測量斷面內(nèi)確定，至少五次的等間距測量，兩側(cè)斷面應(yīng)能包圍所有的換能器，如圖6所

示。

無水壓條件下測量的幾何參數(shù)結(jié)果，應(yīng)考慮修正水壓變形后再使用。

圖6圓形流道的直徑測量位置示意圖

7.3參數(shù)配置與調(diào)試

換能器安裝完成后應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場安裝情況，整理確定流量積算模型的參數(shù)，包括：

——幾何參數(shù)：圓形流道半徑（或矩形流道寬度、高度）、聲道長度、聲道角；

——權(quán)重系數(shù)：根據(jù)實測聲道高度計算的權(quán)重系數(shù)；

——非水介質(zhì)延時：包含電纜長度、換能器延時、主機延時等；

——換能器凸出效應(yīng)修正：根據(jù)換能器及其安裝座的凸出比確定。

在參數(shù)配置的基礎(chǔ)上，應(yīng)完成以下裝置調(diào)試工作：

——根據(jù)主機的操作要求，輸入準(zhǔn)備好的參數(shù)配置；

——有水條件下檢查各聲道的超聲波形是否正常，并記錄各聲道信號強度和質(zhì)量指標(biāo)；

——有水條件下檢查各聲道聲速的合理性和一致性，參照附錄E由溫度換算聲速核查實測聲速的合理

性，流動條件下各聲道聲速應(yīng)具有一致性；

——流動條件下檢查聲道流速分布的合理性，包括流動分布的對稱性、雙聲道面流速分布的一致性等；

——如有確定的靜水條件，應(yīng)在靜水條件下進行零點流速修正。

首次調(diào)試完成后，應(yīng)出具測流裝置的安裝調(diào)試報告，包括：

10

GB/TXXXX—XXXX

——裝置參數(shù)配置，包括幾何參數(shù)、權(quán)重系數(shù)、非水介質(zhì)延時信息、換能器凸出效應(yīng)修正信息、零點

修正信息；

——各聲道超聲波形的圖形表達，以及信號強度和質(zhì)量指標(biāo)等；

——記錄一段時間內(nèi)瞬時流量的波動過程，統(tǒng)計其均值和標(biāo)準(zhǔn)差；

——各聲道聲速分布，統(tǒng)計一段時間內(nèi)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；

——各聲道流速分布，統(tǒng)計一段時間內(nèi)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

8測流數(shù)據(jù)質(zhì)量評價

8.1測量不確定度評價

測流裝置在安裝調(diào)試完畢并經(jīng)過一段時間的試運行后，應(yīng)在安裝調(diào)試報告基礎(chǔ)上，進行現(xiàn)場校準(zhǔn)和測

流數(shù)據(jù)不確定度評價工作。由于測流裝置的復(fù)雜性，該工作宜由有經(jīng)驗的第三方技術(shù)機構(gòu)實施。

根據(jù)測流裝置基本原理，其不確定度來源主要包括幾何參數(shù)測量、傳播時間及時間差測量、流速代表

性等三項，見表2。不確定度評價方法可參照JJF1358，各分項分別評估后，按照方和根方法可以計算測

流裝置的總不確定度，具體評估方法參見附錄E。測流裝置未達到規(guī)定安裝條件時，流速代表性引入的不

確定度難以準(zhǔn)確評估，建議雙方協(xié)商或用模型試驗、數(shù)值仿真等方法進行評價。

表2測流裝置不確定度評價項目表

項目評價方式說明

超聲波形質(zhì)量檢查

非水介質(zhì)延時檢查

傳播時間及時間現(xiàn)場靜水條件下檢查與測試

零點流速檢查

差測量引入的不

聲速及其一致性檢查

確定度

傳播時間差測量能力測試將同型號的主機和換能器送實

參見附錄D

傳播時間測量能力測試驗室檢測

流道面積

聲道長度

幾何參數(shù)測量引針對已安裝的換能器，現(xiàn)場復(fù)

聲道角度參見附錄C

入的不確定度測其幾何參數(shù)

聲道高度

水壓及溫度變化影響

直管段長度影響評價

根據(jù)現(xiàn)場安裝信息進行評估，

流速代表性引入換能器凸出效應(yīng)評價

或開展模型試驗/數(shù)值仿真分參見附錄B

的不確定度流速分布合理性檢查

析評估。

流量計算模型檢查

IEC60041—1991中測流裝置采用交叉四聲道配置，其流量測量的擴展不確定度估計在1.0%~2.0%之

間。美國機械工程師協(xié)會ASMEPTC18—2011中指出，采用交叉四聲道或交叉九聲道的測流裝置，其流量

擴展不確定度可優(yōu)于1.0%。按照本文件設(shè)計和施工的超聲測流裝置，正常工作狀態(tài)下流量測量的擴展不確

定度可優(yōu)于2%，具體數(shù)值應(yīng)以嚴謹?shù)牟淮_定度評價結(jié)果為準(zhǔn)。

11

GB/TXXXX--XXXX

8.2定期跟蹤評價

測流裝置應(yīng)在首次全面評價的基礎(chǔ)上，進行定期的原始數(shù)據(jù)跟蹤評價，以確定測流裝置是否處于正常

工作狀態(tài)。跟蹤評價應(yīng)導(dǎo)出主機存儲的長期歷史數(shù)據(jù)進行分析，必要情況下還需新增加密診斷數(shù)據(jù)進行分

析。

跟蹤評價主要包括超聲波形質(zhì)量檢查、聲速分布的一致性、流速分布規(guī)律是否變化、是否出現(xiàn)聲道缺

失、零點是否變化等。根據(jù)跟蹤評價結(jié)果，對測流數(shù)據(jù)的不確定度進行確認或更新，同時對測流裝置提出

運行維護意見。

12

GB/TXXXX—XXXX

附錄A

規(guī)范性

聲道高度與權(quán)重系數(shù)

A.1典型聲道配置

除了圖4和圖5的圓形流道和矩形流道交叉4聲道配置（8聲道）之外，典型的聲道配置還包括交叉

5聲道（10聲道）、交叉9聲道（18聲道）。圖A.1為圓形流道交叉9聲道配置。

A平面

514

413

312φ

φ211

110水流

B平面

俯視圖

換能器

110聲道1

211聲道2

312聲道3

dI

聲道4

413d2

a1d3

聲道a2a3d4

514D5a4

聲道6d5

615d6

聲道

7d7d

7168

聲道8

817聲道9

918

正視圖側(cè)視圖

圖A.1圓形流道交叉9聲道布置

A.2相對聲道高度及權(quán)重系數(shù)

測流裝置要求換能器應(yīng)精確安裝在設(shè)計的相對聲道高度位置上，可按照表A.1中的權(quán)重計算加權(quán)求和

計算流量。對于圓形流道，表A.1按照高斯-雅克比積分法給出相對聲道高度和聲道高度角，并分別給出兩

種不同積分法在該聲道高度下的權(quán)重系數(shù)；對于矩形流道，則是按照高斯-勒讓德積分法給出相對聲道高度，

并分別給出兩種不同積分法在該聲道高度下的權(quán)重系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，可以按照式（8）和式（11）分別計

算圓形流道和矩形流道的流量。

13

GB/TXXXX--XXXX

表A.1相對聲道高度與權(quán)重系數(shù)

聲圓形流道矩形流道

序

道

號相對聲聲道相對聲

數(shù)權(quán)重系數(shù)ω權(quán)重系數(shù)ω

道高度高度角i道高度i

Nitiαi高斯-雅克比圓形優(yōu)化法ti高斯-勒讓德矩形優(yōu)化法

410.80901754.000.3693160.3652220.8611360.3478550.336984

20.30901718.000.5975660.5986400.3399810.6521450.655527

510.86602560.000.2617990.2581350.9061800.2369270.228094

20.50000030.000.4534500.4558360.5384690.4786290.485402

30.0000000.000.5235990.5215040.0000000.5688890.562705

610.90096964.290.1947270.1924600.9324700.1713240.165695

20.62349038.570.3508850.3518490.6612090.3607620.363690

30.22252112.860.4375470.4372690.2386190.4679140.467005

710.92388067.500.1502790.1482960.9491080.1294850.124840

20.70710745.000.2776800.2788850.7415310.2797050.283085

30.38268322.500.3628070.3618730.4058450.3818300.379019

40.0000000.000.3926990.3935620.0000000.4179590.420611

810.93969370.000.1193880.1179660.9602900.1012290.097845

20.76604450.000.2243750.2250640.7966660.2223810.224377

30.50000030.000.3023000.3019610.5255320.3137070.312642

40.17364810.000.3437630.3438660.1834350.3626840.363020

910.95105772.000.0970810.0958490.9681600.0812740.078403

20.80901754.000.1846580.1853620.8360310.1806480.182700

30.58778536.000.2541600.2536700.6133710.2606110.258953

40.30901718.000.2987830.2991760.3242530.3123470.313833

50.0000000.000