1 范圍
本標準規定了以傳播速度差法為原理的超聲流量計的測量、安裝和技術等的要求以及試驗方法和檢驗規則等。
本標準中所規定的流量計適用于測量充滿封閉圓管的自來水，工、農業用水，其它給排水，以及其它單相（或可以認為是接近單相的）液體的流量與累積（流）量。
其它超聲流量計也可參照本標準。
2 引用標準
下列標準包含的條文通過本標準的引用而構成為本標準。在標準出版時，所示版本均為有效。所有標準均會被修訂，使用本標準各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。
GB6587.2—86、GB6587.3—86、GB6587.7—86《電子測量儀器環境試驗》
GB/T13926.2—92、GB/T13926.4—92《工業測量過程電磁兼容性試驗規范》
ZBY003—84《儀器儀表包裝通用技術條件》
3 術語及其定義和符號
3.1 術語及其定義
本標準采用（規定）了下列術語及其定義。
3.1.1 超聲流量計（Ultrasonic flowmeter）
向流體發射超聲信號，在其受到流體流動影響之后再接收此超聲信號并將檢測結果用于流量測量的計量器具。
超聲流量計（以下簡稱流量計）通常由一對或幾對超聲換能器（以下簡稱換能器），信號電纜和測量主機所組成。
3.1.2 測量管（Measurement section）
是安裝換能器的一段直管段，其兩端面應垂直于管道軸線。對單聲路流量計其長度至少為L（見附錄C中C2）再加一對換能器的長度。
3.1.3 （超聲）換能器（Ultrasonic transducer）
是超聲能的發射或接收器（也可稱傳感器），一般由傳感元件與無源材料組成。
3.1.4 傳感元件（Transducer element）
對電激勵產生聲波輸出或對聲激勵產生電輸出的一個敏感元件。
3.1.5 測量主機（Secondary device）
用于操作換能器、測量、數據處理、顯示或記錄結果的電子設備。
3.1.6 夾裝式流量計（Clamp—on meter）
換能器安裝在被測流體管道外部的流量計。
3.1.7 斜束（Diagonal beam）
當換能器被安裝得使超聲信號斜向穿越管道時超聲波束行進的路線（也稱聲路）。
3.1.8 單路斜束式流量計（Single—path diagonal—beam flowmeter）
在一對換能器之間發射超聲信號，測量出順流向與逆流向發射的聲波傳播的速度差，并由此計算液體流量及累積流量的流量計，也稱單聲路流量計。
3.1.9 多路斜束式流量計（Multi—path diagonal—beam flowmeter）
利用與單路斜束式流量計相同原理的一種流量計，但它具有多束波，以對受到干擾的流速分布進行補償，簡稱多聲路流量計。
3.1.10 速度分布修正系數（Velocity profile correction factor）
流體在傳播聲路上的平均流速與圓管橫截面上平均流速之比，是與雷諾數有關的一個系數。
3.1.11 傳播速度差法（Transmission speed difference method）
超聲波在流動的流體中傳播時，順流向與逆流向產生一個傳播速度差，這個速度差與流體流速成比例，利用此原理求流體流速的方法。
3.2 符號
本標準所用符號見表1。
4 測量原理
本標準規定的測量計是利用超聲波在流動液體中順流向與逆流向的傳播速度差與流體流速成比例的關系作為測量原理。因此只要測得超聲波在流動流體中的傳播速度差以求得流體的流速，就可根據圓管的橫截面積獲得流量與累積流量。流量計的測量原理表示在圖中。
表1 符號
| 序號 | 量 | 符號 | 量綱 | SI單位 | | 1 | 工作條件下管道的橫截面積 | A | L2 | m2 | | 2 | 聲速（靜止流體中） | C | LT-1 | m/s | | 3 | 工作條件下的管道直徑（內徑） | D | L | m | | 4 | 基本誤差 | E | | | | 5 | 重復性 | Er | | | | 6 | 質量流量 | qm | MT-1 | kg/s | | 7 | 體積流量 | qv | LsT-1 | m3/s | | 8 | 傳播時間 | t | T | s | | 9 | 流速 | v | LT-1 | m/s | | 10 | 超聲傳播方向與流動方向的夾角 | a | | rad | | 11 | 速度分布修正系數 | K | | | | 12 | 被測流體的密度 | p | ML-3 | kg·m-3 | 
流量計的測量原理圖
下面以時間差法為例推導其流量計算方法。
超聲波在液體中順流向與逆流向傳播的時間t1與t2分別由公式(1)和(2)確定。
t1=D/[(C+Vcosa)sin a] (1)
t2=D/[(C-Vcosa)sin a] (2)
傳播時間差△t由(3)式確定：
△t＝t2-t1
＝2DVctga/(C2-V2cos2a) (3)
在常用的流速范圍內由于C2>>V2cos2a，所以(3)式可寫為：
△t＝2DVctga/C2 (4)
超聲波傳播聲路上的平均流速V由(5)式計算：
V＝△tC2/(2Dctga) (5)
管道橫截面上平均流速V由(6)式計算：
V＝V/K (6)
根據(6)式管道橫截面上平均流速乘以管道的橫截面積A就獲得管道內流體的體積流量qv；
qv＝AV＝(ЛD2/4)V
＝（ЛD2/4)V/K (7)
對多聲路流量計：
 (8)
式中，Wi：聲路加權積分系數
n：聲路數
Vi：沿聲路的平均軸向流速
質量流量用(9)式表示：
qm＝qv·p (9)
5 測量的一般要求
5.1 液體
5.1.1 液體在物理上或熱力學上是均勻的，單相的或者可以認為是單相的。
5.1.2 水質：給水濁度小于10000mg/1，排水懸浮物小于1000mg/1。
5.1.3 溫度：(0～50)°C或(0～150)°C。
5.2 流體應充滿測量管
6 安裝要求
6.1 夾裝式流量計換能器的安裝參照附錄C或使用說明書進行。
6.2 測量管內壁應清潔，無明顯凹坑，積垢和起皮；其內徑的圓度誤差應小于流量計基本差誤限的1/5。
6.3 帶測量管的流量計測量管中心軸互與直管段中心軸線偏離應小于3°；法蘭連接處的密封墊圈壓緊后不應突入管內。
6.4 流量計測量管的上下游側應設置一定長度的直管段，單聲路流量計所要求的最短直管段的長度參照附錄B。
6.5 測量主機按使用說明書的要求放置和連接。
6.6 對有特殊要求的流量計應按使用說明書的要求進行安裝。
7 技術要求
7.1 流量計應符合本標準規定的要求并按規定程序批準的圖樣和設計文件進行制造。
7.2 流量計的準確度等級、重復性應符合表2的規定。
表2 流量計的準確度等級、重復性要求 | 準確度等級 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | (2.0) | 2.5 | (4.0) | 5.0 | 基本誤差限
Emax(%) | ±0.5 | ±1.0 | ±1.5 | ±2.0 | ±2.5 | ±4.0 | ±5.0 | | 重復性Er(%) | ≤0.3 | ≤0.5 | ≤0.8 | ≤1.0 | ≤1.3 | ≤2.0 | ≤2.5 | 注：(1)優先使用不帶括號的等級
(2)低流速與不管徑情況誤差要求如下：
當DN>250mm，V>1m/s時，絕對誤差不超過1m/s×Emax；
當DN≤250mm，V>2m/s時，絕對誤差不超過2m/s×Emax； | 7.3 測量范圍
7.3.1 管徑DN：按使用說明書的規定。
7.3.2 流速：一般為(0.3～6)m/s。
7.4 電磁兼容性
7.4.1 靜電放電，嚴酷等級應達到8000V。
7.4.2 脈沖群，嚴酷等級應達到2000V。
7.5 工作條件
7.5.1 環境溫度
a.換能器：普通型(0～50)°C，高溫型(0～150)°C。
b.測量主機：(-10～+45)°C或根據廠家使用說明書的規定。
7.5.2 環境濕度
相對濕度不大于85%。
7.5.3 被測管道無強烈振動。
7.5.4 工作電源：(220±22)V，50Hz。
7.6 安全性：流量計的安全性應符合GB6587.7的有關規定。
7.7 新制造的流量計表面應色澤均勻，防銹涂層不得有起皮、剝落等現象；測量主機上的防護玻璃應有良好的透明度，各插口標記明顯，接插件必須牢固可靠，不得因振動而脫落，顯示應整齊，醒目，表示功能的文字符號和標志應清晰端正。
8 試驗方法
8.1 流量計準確度和重復性試驗
流量計準確度和重復性試驗在實驗室條件下按附錄A進行。
8.2 電磁兼容性試驗
8.2.1 靜電放電試驗
按GB/T13926.2進行，其結果應符合7.4.1的要求。
8.2.2 脈沖群試驗
按GB/T13926.4進行，其結果應符合7.4.2的要求。
8.3 工作條件的適應性試驗
溫度、濕度試驗分別按GB6587.2和GB6587.3的有關規定進行；其結果應符合7.5.1、7.5.2的要求。
8.4 安全性試驗：流量計的安全性按GB6587.7的試驗方法進行；其結果應符合7.6的要求。
8.5 外觀檢查用目測法，其結果應符合7.7的要求。
9 檢驗規則
9.1 流量計須經制造廠質量檢驗部門逐臺檢驗合格，并附有證明產品質量合格的證書方能出廠。
9.2 流量計檢驗分為出廠檢驗和型式檢驗。
9.3 出廠檢驗
出廠檢驗項目按表3的規定進行，逐項符合要求方為合格品。
表3 出廠檢驗項目、要求及方法 | 序 號 | 出廠檢驗項目 | 技術要求 | 試驗方法 | | 1 | 準確度與重復性 | 7.2 | 8.1 | | 2 | 整機外觀 | 7.7 | 8.5 | 9.4 型式檢驗
9.4.1 在下列情況下一般需進行型式抽樣檢驗；
a.產品轉廠生產時；
b.正式生產后，如結構、工藝、材料有重大改變，影響產品性能指標時；
c.正常生產時，定期或積累一定產量后，應周期性進行檢驗；
d.停產半年以上，再恢復生產時；
e.出廠檢驗結果與上次型式檢驗有較大差異時；
f.國家質量監督機構提出進行型式檢驗要求時。
9.4.2 型式檢驗項目和試驗方法
型式檢驗項目按第7條的要求、試驗方法按第8條的規定進行。
9.4.3 型式檢驗抽樣及判定規則
從已經出廠檢驗合格的產品中一般抽取三臺作型式檢驗。如有一臺不合格，則對該項再抽取三臺復查。如仍不合格，則視該批為不合格，在該缺陷未排除前不能繼續投產。
10 標志、標簽與包裝
10.1 標志
10.1.1 流量計應有銘牌，銘牌上標志出；
a.制造廠名或廠標；
b.流量計名稱、型號；
c.準確度等級；
d.出廠編號和制造日期；
e.“CMC”標志或計量器具許可證編號。
10.2 包裝
10.2.1 流量計的包裝應符合ZBY003的要求。
10.2.2 隨機文件
a.裝箱單；
b.流量計出廠合格證；
c.安裝、使用說明書。
附錄A
（標準的附錄）
流量計準確度和重復性試驗
A1 水流量標準裝置
A1.1 水流量標準裝置（以下簡稱裝置），應有有效的檢定證書，其流速范圍應為(0.5～5)m/s；裝置準確度不應超過流量計基本誤差的1/3。
A1.2 裝置應備有流量計常用管徑的試驗管段，其內徑的圓度誤差應小于流量計基本誤差的限的1/5；帶標準段的流量計其內徑與裝置試驗段內徑應一致。允許內徑之差不超過±3%并不大于5mm。
A1.3 試驗的循環水應清潔。
A2 測量管道內外徑（或／和管壁厚）的量具應有有效的檢定證書，其準確度應優于測量值所要求準確度的1/3。
A3 二等溫度計一支，溫度范圍(0～50)°C，分度值0.1°C
A4 環境條件
室內溫度：(5～35)°C
相對濕度：45%～85%
大氣壓力：(86～106)kPa
A5 資料和外觀檢查
流量計的資料和外觀應符合標準第8條的要求。
A6 流量計的安裝
A6.1 主機應按照使用說明書放置。
A6.2 用量具分別在換能器安裝位置附近的同一截面上大致等角分布測量不少于4個內直徑，其平均值D和圓度誤差E1用公式(A1)、(A2)計算。
 (A1)
式中：n——測量數次；
Di——第i點的測得的管道內徑。
Ei＝Dimax-Dimin/D×100% (A2)
式中：Dimax——測得直徑的最大值；
Dimin——測得直徑的最小值。
帶標準段的流量計其內徑與裝置試驗段內徑之差E2用(A3)式計算。
E2＝D-Dm/D×100% (A3)
式中：Dm——流量計的內徑；
D、E1、E2應符合A1.2款的要求。
A6.3 夾裝式換能器的安裝應滿足標準第6條的要求。
A6.4 帶標準段的流量計安裝應符合標準第6條的要求。
A7 示值檢定。
A7.1 流量計應在下限和常用的測量管徑值的試驗管道上進行試驗。
A7.2 將流量計接通電源程序，預熱不少于30分鐘，待流量計工作正常后，允許初檢一次調正示值（調整計量糾紛除外）。
A7.3 將裝置調到最大流量循環10分鐘。
A7.4 在流量計一個測量管徑的流量范圍內選擇5個點（包括下限，范圍度不小于5），每個點測量3次。重復性試驗可任選二個點，每個檢定點測量6次。
A7.5 測量、記錄裝置的標準流量值qnij和流量計讀數qij（為測量時間內至少10個流量值的平均值或由測量時間與累積流量計算的流量值），完成一次測量。
A7.6 試驗結果的計算
A7.6.1 流量計的第i個試驗點的第j次的基本誤差Eij按(A4)計算；第i檢定點的基本誤差Ei按(A5)式計算。
Eij＝qij－qnij/qnij×100% (A4)
式中：qij——第i個點第j次的流量計讀數；
——第i個點第j次的裝置標準流量值
 (A5)
流量計的基本誤差E E＝(Ei)max (A6)
式中：(Ei)max——是試驗點中基本誤差的最大值。
E應符合表2的要求
A7.6.2 計算流量計的重復性Er
第i檢定點的重復性Eri按(A7)式計算
 (A7)
式中：ta——置信度為0.95時的t分布系數，見本附錄表A中。
流量計的重復性Er Er＝(Eri)max (A8)
式中：(Eri)max——是試驗點中重復性的最大值。
Er應符合標準正文中表2的要求
表A ta數值表 | x-1 | P | 0.95 | x-1 | P | 0.95 | x-1 | P | 0.95 | | 1 | 12.71 | 9 | 2.26 | 17 | 2.11 | | 2 | 4.30 | 10 | 2.23 | 18 | 2.10 | | 3 | 3.18 | 11 | 2.20 | 19 | 2.09 | | 4 | 2.78 | 12 | 2.18 | 20 | 2.09 | | 5 | 2.57 | 13 | 2.16 | 21 | 2.08 | | 6 | 2.45 | 14 | 2.15 | 22 | 2.07 | | 7 | 2.37 | 15 | 2.13 | 23 | 2.07 | | 8 | 2.31 | 16 | 2.12 | 24 | 2.06 | 附錄B
（標準的附錄）
單聲路流量計上、下游最短直管段長度
流量計上、下游側應設置一定長度直管段。最短直管段長度列在表B中：
表B 最短直管段長度表
注：表中的D為管道內徑
附錄C
（提示的附錄）
夾裝式流量計換能器的安裝
C1 安裝方式的選擇
安裝方式如圖C1：有Z法、V法、及X法。
圖C1 流量計換能器安裝方式
表C 聲速與水溫的關系表 | 溫度（°C） | 音速（m/s） | 溫度（°C） | 音速（m/s） | 溫度（°C） | 音速（m/s） | | 0 | 1402.74 | 1 | 1407.71 | 2 | 1412.57 | | 3 | 1417.32 | 4 | 1421.96 | 5 | 1426.50 | | 6 | 1430.92 | 7 | 1435.24 | 8 | 1439.46 | | 9 | 1443.58 | 10 | 1447.59 | 11 | 1451.51 | | 12 | 1455.34 | 13 | 1459.07 | 14 | 1462.70 | | 15 | 1466.25 | 16 | 1469.70 | 17 | 1473.07 | | 18 | 1476.35 | 19 | 1479.55 | 20 | 1482.66 | | 21 | 1485.69 | 22 | 1488.63 | 23 | 1481.50 | | 24 | 1494.29 | 25 | 1497.00 | 26 | 1499.64 | | 27 | 1502.20 | 28 | 1504.68 | 29 | 1507.10 | | 30 | 1509.44 | 31 | 1511.71 | 32 | 1513.91 | | 33 | 1516.05 | 34 | 1518.12 | 35 | 1520.12 | | 36 | 1522.06 | 37 | 1523.93 | 38 | 1525.74 | | 39 | 1527.49 | 40 | 1529.18 | 41 | 1530.80 | | 42 | 1532.37 | 43 | 1533.88 | 44 | 1535.33 | | 45 | 1536.72 | 46 | 1538.06 | 47 | 1539.34 | | 48 | 1540.57 | 49 | 1541.74 | 50 | 1542.87 | C2 安裝距離計算
C2.1 確定以下參數
a.介質溫度、聲波的入射角
b.管道內徑、管壁厚度及材質的聲速（水中聲速與水溫關系列于本附錄表C中）
C2.2 換能器安裝距離的計算
安裝距離L是發射與接收平面中心間的直線距離即軸向距離，L與換能器的安裝方式有關。以下就常用的Z法、V法、X法分別列出計算公式。
C2.2.1 流量計的換能器按Z法安裝時，L按(C1)至(C4)式計算。
L=2I1+I2 (C1)
I1=δtgθ1 (C2)
I2=Dtgθ1 (C3)
計算L時，如已知C0、C1、C,則可根據(C4)式求得θ1、θ(一般θ0 由廠家給出)。
sinθ0/C0=sinθ1/C1=sinθ/C (C4)
式中各量（見圖C2）：
δ——管壁厚；
D——管內徑；
θ0——聲波入射至管外壁的入射角；
θ1——聲波在管壁中的折射角；
θ——聲波在流體中的折射角；
C0——聲波聲楔中的聲速（指縱波）；
C1——管壁中的聲速（一般指橫波）；
C——流體中的聲速；
C2.2.2 流量計的換能器按V法安裝時，L按(C5)式計算。
L=2(I1+I2) (C5)
式中各量見圖B3 I1、I2分別按(C2)、(C3)式計算
C2.2.3 流量計的換能器按X方式安裝時，L按(C6)式計算。
L=2I1+I2 (C6)
 
圖C2 圖C3 圖C4
C3 定位
定位的方法采用紙帶包繞法或者按照說明書。
C4 安裝
C4.1 在具體安裝換能器時；一般，計算出L后，在管道上劃線定位，以便準確地安裝。亦可用坐標紙剪成寬為L的長條，圍在管壁上，使紙長等于周長，然后對折，定出換能器的位置。各也可參照使用說明書的推薦方法執行。
C4.2 在已定的安裝位置附近（比換能器約大一倍的面積）應將管壁上的油漆、鐵銹、污垢等除凈，然后擦凈露出金屬，并應無凸凹不平。
C4.3 在換能器表面均勻涂以耦合劑，將換能器上的標志對準安裝位置，使其發射面與管壁緊密接觸。
C4.4 用緊固件將換能器固定在管道上。
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