摘要(yào):插入式流(liu)量計 結構(gou)和原理,以(yi)及兩種常(cháng)用測量方(fang)法的理論(lùn)依據,并在(zài)此基礎上(shang),設計了一(yi)種插入式(shi)流量計在(zai)水流量标(biao)準裝置上(shàng)的不同流(liú)速實驗。通(tōng)過對數據(ju)分析📧,爲插(cha)入式流量(liàng)計的校準(zhun)和使用提(tí)供🌈了更有(yǒu)效的方法(fǎ)。
0引言
　　随着(zhe)現代工業(yè)的不斷發(fa)展,流量計(ji)已成爲生(shēng)産過程中(zhong)的✏️一個重(zhòng)要部件。由(yóu)于大多數(shu)流量計采(cai)用管道法(fǎ)蘭式結構(gou)，當出✊現故(gù)障時，需停(tíng)止生産才(cai)可進行維(wéi)修、保養;而(ér)插入式流(liu)量計☀️的特(tè)殊結構形(xíng)式,可在不(bu)停止生産(chan)的狀态下(xià)進行。因此(cǐ)，爲确保長(zhang)期工作中(zhōng)流量計的(de)計量準确(què)性,需定期(qi)進行量值(zhí)溯源。同時(shí)，由于在🔴實(shí)驗室進行(háng)校準時,要(yào)求該流量(liang)計在🔞滿足(zú)安裝要求(qiú)的情況下(xià)，應具有高(gao)的精度等(deng)級,增加了(le)校準難度(dù)。因此🌏，需在(zai)不改變現(xian)有實驗裝(zhuāng)置的情況(kuàng)下，選擇一(yi)種較爲合(he)适的測量(liang)方法。
1結構(gou)與原理
　　插(chā)入式流量(liàng)計是以插(cha)入形式安(an)裝的流量(liàng)儀表命名(ming)，典型的電(diàn)流速計型(xíng)插入式流(liú)量計由測(ce)量頭、插入(ru)杆🌂、插入機(ji)構、轉換器(qi)和儀表殼(ke)體(測量管(guan)道)構成。目(mu)前,主🏃‍♂️要包(bāo)括點流速(sù)計型和徑(jìng)流速計型(xing)。其中,國内(nèi)使用較多(duo)的爲點流(liu)速計型插(cha)入式流量(liàng)計。其結💋構(gòu)如圖1所示(shì)。首先,使用(yong)測量頭插(cha)入管道中(zhong)某一特定(dìng)位置,并測(cè)量局部流(liú)速;然後，根(gēn)據管道内(nèi)流速分布(bu)及儀表與(yu)管道🔴的幾(jǐ)何參數等(deng)計算流量(liang)值。其具❗有(yǒu)結構簡單(dān)、安裝維護(hu)簡便、壓損(sǔn)小、價格低(di)廉等優點(dian),但測量精(jing)度低。
 
2測量(liàng)方法
　　流量(liang)是指單位(wei)時間内通(tōng)過某個流(liu)通界面的(de)流體容☀️積(jī)或質量。在(zài)時間測量(liàng)應用中，通(tōng)常爲測量(liang)管道👈某一(yī)❓界面的流(liú)🏃🏻速及該截(jié)面的面積(ji)的乘積。點(diǎn)流速🤩計型(xíng)插入式流(liú)量計的流(liú)量測量主(zhǔ)要采用流(liú)速-面積法(fǎ)計算。按照(zhào)流速測量(liang)方式的不(bu)同，分🔴爲單(dan)點流🌈速法(fǎ)(即通過✌️測(cè)量單點流(liú)速計算流(liú)量)和平均(jun1)流速✍️法(測(ce)量平均流(liu)速)。
2.1單點流(liu)速法
　　單點(diǎn)流速法測(ce)量流量是(shi)指在管道(dào)截面上隻(zhi)測量一點(dian)流速以🍓計(jì)算流量的(de)方法。該方(fāng)法是通過(guo)測量🙇‍♀️圓管(guan)道.上任意(yì)半徑，上的(de)🔞流速和測(ce)量點與中(zhōng)心線的距(ju)離，再根據(ju)式(4)計算圓(yuán)管截面的(de)平均流速(sù)，從而得到(dao)管道截面(mian)的流量。
根(gēn)據流體力(lì)學理論，當(dang)管道中介(jiè)質爲紊流(liu)狀态時，流(liu)速分✂️布模(mo)型爲:
 
　　其中(zhōng)，vx一距離管(guǎn)道中心線(xiàn)rx的流速,m/s;Umax管(guǎn)道中心線(xian)的流速，m/s;r,--流(liú)速測點與(yu)管道中心(xīn)線的距離(li),m;R一管道内(nei)半徑,m;n一随(suí)雷諾數不(bu)同而變化(huà)的指數。
　　雷(léi)諾數Re的計(ji)算公式爲(wèi):
 
2.2平均流速(su)法
　　根據檢(jiǎn)測規程中(zhōng)管道截面(mian)平均流速(sù)位置在(0.242±0.013)R處(chù)，通🧑🏽‍🤝‍🧑🏻過⛹🏻‍♀️測量(liang)管道🚩的平(ping)均流速與(yǔ)管道面積(jī)計算流量(liàng)。流量計算(suan)公式爲🛀:
 
面(mian)的面積.m2。
3實(shi)驗方法與(yu)結果及分(fen)析
　　選擇水(shui)流量标準(zhun)裝置，管道(dào)直徑300mm,測量(liàng)段.上遊長(zhang)度約7000mm,下遊(yóu)長度5000mm,滿足(zú)流量計的(de)安裝要求(qiú)，并選用一(yi)種超聲波(bo)插入式流(liu)量計。其測(cè)量原理爲(wèi)超聲波束(shu)在液體中(zhōng)傳播時，流(liú)體的流動(dong)使傳播時(shí)間産生微(wēi)小變化，且(qie)傳播時間(jian)的變化與(yǔ)液體的流(liu)速成正比(bi)，從☔而得到(dào)液體的流(liu)速。水溫🥰29.3℃,通(tōng)過查表可(kě)得取水的(de)運動粘度(du)v=8.2x10-7m2/s,并根據邊(biān)界層效應(ying)，平均流速(sù)選取(0.242+0.013)R=38.25mm(即rx=111.75mm)。同(tong)時,爲了使(shǐ)實驗結果(guǒ)具有較♻️好(hao)的對比性(xìng)，單點流速(su)法選擇與(yu)其相接近(jìn)的位置,流(liu)量計探頭(tóu)安裝位置(zhi)rx=110mm,即距離管(guǎn)道内壁40mm處(chù)。兩種方法(fa)試驗時，流(liú)速從0.5m/s開始(shi)，以💃🏻0.5m/s爲測量(liang)間隔,逐漸(jian)将流速增(zeng)加至3.5m/s,測量(liàng)不🌈同流速(sù)時的标準(zhun)流速❤️與被(bei)測流速❓,并(bing)采用單點(diǎn)流速法，以(yǐ)被測流速(sù)爲基礎數(shù)據計算平(píng)均💃流♈速;然(rán)後，采用平(ping)均流速法(fa)，以被測平(píng)均流速計(jì)算被測流(liu)量。其中,平(píng)均流速法(fa)是通過💞在(zài)平均流速(su)測量點直(zhí)接測得流(liu)速，并采用(yong)流速與流(liú)量計算公(gōng)式得到流(liu)量。将兩種(zhǒng)方法測:量(liang)計算得到(dào)的流量與(yu)标準流量(liang)進⛹🏻‍♀️行計算(suàn),即可得到(dào)示值誤差(cha)。
3.1實驗結果(guǒ)
3.1.1單點流速(sù)法測量數(shù)據
　　單點流(liú)速法測量(liàng)數據與計(jì)算結果如(ru)表1所示。
 
　　由(yóu)表1可知,被(bèi)測平均流(liu)速均小于(yú)被測流速(sù)，且差值會(hui)随流速的(de)增加而逐(zhú)漸變大;被(bei)測流速與(yu)标準流速(su)存在一定(dìng)的☔差值，當(dāng)流速在3.5m/s左(zuǒ)右時，與标(biao)準流速相(xiang)差可達0.053m/s,與(yǔ)被測平均(jun)流速差值(zhí)約爲0.04m/s。差值(zhi)産生的主(zhu)要原因是(shì)測量管🏃🏻‍♂️道(dao)的口徑、超(chāo)聲波探頭(tou)的安裝✂️位(wei)置、雷諾數(shu)與n值的計(jì)算㊙️取舍。此(cǐ)外，流♻️量的(de)穩定性⛷️也(ye)是不可忽(hu)略的因素(sù)。
3.1.2平均流速(sù)法測量數(shu)據
　　平均流(liu)速法測量(liàng)數據與計(ji)算結果如(rú)表2所示。
 
　　由(you)表2可知,通(tong)過流量計(ji)測量可得(de)被測平均(jun)流速,可🍉直(zhi)接計❄️算流(liú)量,過程較(jiào)爲簡單,且(qie)不涉及雷(lei)諾數等參(can)數,減小了(le)附加誤差(cha)。
3.2實驗結果(guǒ)分析
　　插入(rù)式流量計(jì)适用于大(da)口徑管道(dao)的測量,實(shi)驗選用的(de)DN300mm管道,由于(yu)超聲探頭(tóu)離管壁較(jiao)近，在管壁(bì)摩擦力的(de)作用下,會(huì)💰造成低流(liú)速情況下(xià)邊界層較(jiao)厚，影🈲響較(jiao)大,但邊界(jiè)層會随流(liu)速的增加(jia)而逐漸變(biàn)薄,且大部(bù)分流體處(chu)于正常的(de)紊流狀态(tài)，影響較小(xiǎo)，使流💘速趨(qū)于标準流(liú)速。因此，根(gēn)🏒據表1、表2的(de)數據可知(zhi)，在流速相(xiang)近的情況(kuang)下，當單點(dian)流速法和(hé)平均流速(su)法在低流(liu)速時，前者(zhě)誤💁差優于(yu)後者,且二(èr)者均爲負(fu)值。同時❓，随(sui)着流速的(de)增加，誤差(cha)值會逐漸(jian)接近,變爲(wei)正值，且後(hou)者優于前(qian)者。
4結論
　　插(cha)入式流量(liàng)計以突出(chū)的優點被(bei)廣泛應用(yong)于各個✊領(ling)域,但在校(xiao)準或使用(yòng)時需綜合(he)考慮管徑(jìng)與流速的(de).大小，一❗般(ban)适用于較(jiào)大的管徑(jing)，因此，在管(guǎn)徑确定的(de)情況下,若(ruò)流速較小(xiao)，則可優先(xian)采用單點(diǎn)流速法;若(ruò)流速較大(dà).則可采用(yòng)平均流速(sù)法，從而減(jian)小計算時(shí)對測量結(jié)果的影響(xiǎng)，進一步提(ti)高測量的(de)正确率。該(gai)方法可爲(wèi)插☂️入式流(liu)量計的👄安(ān)裝及使用(yong)提供一定(ding)的理論依(yi)據。

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