摘要:插入(ru)式流量計(ji) 結構和原(yuan)理,以及兩(liang)種常用測(ce)量方法的(de)理論依據(ju),并在🌈此基(ji)礎上,設計(ji)了一種插(cha)入式流量(liang)計在水流(liu)量标準裝(zhuang)置上的不(bu)同流速實(shi)驗。通過對(dui)數據分析(xi),爲插入式(shi)流量計的(de)校準和使(shi)用提供了(le)更有效的(de)方法。
0引言(yan)
　　随着現代(dai)工業的不(bu)斷發展,流(liu)量計已成(cheng)爲生産過(guo)程中的一(yi)個🌂重要部(bu)件。由于大(da)多數流量(liang)計采用管(guan)道法蘭式(shi)結構，當出(chu)🔞現故👈障時(shi)，需停止生(sheng)産才可進(jin)行維修、保(bao)養;而✂️插入(ru)式流量計(ji)的特殊結(jie)構形式,可(ke)在不停止(zhi)生産的狀(zhuang)态下進行(hang)。因此，爲确(que)保長期工(gong)作中流量(liang)計的計量(liang)準确性,需(xu)定期進行(hang)量值溯源(yuan)。同時，由于(yu)在實驗室(shi)進行校準(zhun)時,要求該(gai)流量計在(zai)滿足安裝(zhuang)要求的情(qing)況下，應具(ju)有高🌐的精(jing)度等級,增(zeng)加了校準(zhun)難度。因此(ci)，需在不改(gai)變現有實(shi)驗裝置的(de)情況下，選(xuan)擇一種較(jiao)爲合适的(de)測量方法(fa)。
1結構與原(yuan)理
　　插入式(shi)流量計是(shi)以插入形(xing)式安裝的(de)流量儀表(biao)命名，典型(xing)的電流速(su)計型插入(ru)式流量計(ji)由測量頭(tou)、插⭕入杆、插(cha)入機構、轉(zhuan)換器和儀(yi)表殼體(測(ce)量管道)構(gou)成。目前,主(zhu)要包括點(dian)流速計型(xing)和徑流速(su)計型。其中(zhong),國内使用(yong)較🔞多的爲(wei)點流速計(ji)型插入式(shi)流🎯量計。其(qi)結㊙️構如圖(tu)1所示。首先(xian),使用測量(liang)頭插入管(guan)🈲道中某一(yi)特定位置(zhi),并測量局(ju)部流速;然(ran)後，根據管(guan)道内流速(su)分❄️布及儀(yi)表與管道(dao)的幾何參(can)數等計算(suan)流量值。其(qi)具有結構(gou)簡單、安裝(zhuang)維護簡便(bian)、壓損小、價(jia)格低廉等(deng)優點,但測(ce)量精度低(di)。
 
2測量方法(fa)
　　流量是指(zhi)單位時間(jian)内通過某(mou)個流通界(jie)面的流體(ti)容積🔞或質(zhi)量。在時間(jian)測量應用(yong)中，通常爲(wei)測量管道(dao)某一界面(mian)的流速及(ji)該截面的(de)面積的乘(cheng)積。點流速(su)計型插🏃🏻‍♂️入(ru)式流量計(ji)的流量測(ce)量主要采(cai)用流速-面(mian)積法計算(suan)。按照流速(su)測量方式(shi)的不同，分(fen)爲單點流(liu)速法(即通(tong)過測量單(dan)點流🐅速計(ji)算流量)和(he)平均流速(su)法(測量平(ping)均💋流速)。
2.1單(dan)點流速法(fa)
　　單點流速(su)法測量流(liu)量是指在(zai)管道截面(mian)上隻測量(liang)一點流速(su)以計算流(liu)量的方法(fa)。該方法是(shi)通過測量(liang)圓管道.上(shang)💚任意半徑(jing)🔴，上的流速(su)和測量點(dian)與中心線(xian)的距離，再(zai)根據式(4)計(ji)算圓管截(jie)面的平均(jun)流速，從而(er)得到管道(dao)截面的流(liu)量。
根據流(liu)體力學理(li)論，當管道(dao)中介質爲(wei)紊流狀态(tai)時🈲，流速分(fen)布☂️模型爲(wei):
 
　　其中，vx一距(ju)離管道中(zhong)心線rx的流(liu)速,m/s;Umax管道中(zhong)心線的流(liu)🆚速，m/s;r,--流㊙️速🈚測(ce)點與管道(dao)中心線的(de)距離,m;R一管(guan)道内半徑(jing)☂️,m;n一随雷諾(nuo)數不同而(er)變化🏒的指(zhi)數。
　　雷諾數(shu)Re的計算公(gong)式爲:
 
2.2平均(jun)流速法
　　根(gen)據檢測規(gui)程中管道(dao)截面平均(jun)流速位置(zhi)在(0.242±0.013)R處，通過(guo)✍️測量👄管🛀道(dao)的平均流(liu)速與管道(dao)面積計算(suan)流量。流量(liang)計算公式(shi)爲:
 
面的面(mian)積.m2。
3實驗方(fang)法與結果(guo)及分析
　　選(xuan)擇水流量(liang)标準裝置(zhi)，管道直徑(jing)300mm,測量段.上(shang)遊長度約(yue)7000mm,下遊長度(du)5000mm,滿足流量(liang)計的安裝(zhuang)要求，并選(xuan)用一種超(chao)聲波插入(ru)式流量計(ji)。其測量原(yuan)理爲超聲(sheng)波束在液(ye)體中傳播(bo)時，流體的(de)流動使傳(chuan)播時🚩間産(chan)生微小🐪變(bian)化，且傳播(bo)時間的變(bian)化與液體(ti)的流速☁️成(cheng)正比，從👨‍❤️‍👨而(er)得到液體(ti)的流速。水(shui)溫29.3℃,通過查(cha)表可☀️得取(qu)水的運動(dong)粘度v=8.2x10-7m2/s,并根(gen)📐據邊界層(ceng)效應，平均(jun)流速選取(qu)(0.242+0.013)R=38.25mm(即rx=111.75mm)。同時,爲(wei)了使實驗(yan)結果具有(you)較好的對(dui)比性，單點(dian)流速法選(xuan)擇與其相(xiang)接近的💋位(wei)置,流量計(ji)探頭安裝(zhuang)位置rx=110mm,即距(ju)離管道内(nei)壁40mm處。兩種(zhong)方法試驗(yan)時，流速從(cong)0.5m/s開始，以0.5m/s爲(wei)測量間隔(ge),逐漸将流(liu)速🔴增加至(zhi)3.5m/s,測量不同(tong)流速時的(de)标準流速(su)與被測流(liu)速,并采用(yong)單點流速(su)法，以被測(ce)流速爲基(ji)礎數據計(ji)算平均流(liu)速;然後，采(cai)用平均流(liu)速法，以被(bei)測平均流(liu)速計算被(bei)🚩測流量📐。其(qi)中,平均流(liu)速法是通(tong)過在平♻️均(jun)流速測量(liang)點直接測(ce)得流速，并(bing)采用流速(su)與流量計(ji)算公式得(de)到流量。将(jiang)兩種方法(fa)測:量計算(suan)得到的流(liu)量與标準(zhun)流量進行(hang)計算,即可(ke)得到示值(zhi)⭕誤差。
3.1實驗(yan)結果
3.1.1單點(dian)流速法測(ce)量數據
　　單(dan)點流速法(fa)測量數據(ju)與計算結(jie)果如表1所(suo)示。
 
　　由表1可(ke)知,被測平(ping)均流速均(jun)小于被測(ce)流速，且差(cha)值會随流(liu)速的增加(jia)而逐漸變(bian)大;被測流(liu)速與标準(zhun)流速存在(zai)一♌定的差(cha)值，當流速(su)在3.5m/s左右時(shi)，與标準流(liu)速相差可(ke)達0.053m/s,與被🍉測(ce)平均流速(su)差值約爲(wei)0.04m/s。差值産生(sheng)的主要原(yuan)因是測量(liang)管道的口(kou)徑、超聲波(bo)探頭的安(an)裝位置、雷(lei)諾數🌍與n值(zhi)的計算取(qu)舍。此外，流(liu)量的穩定(ding)性也是不(bu)可忽🥰略的(de)因素。
3.1.2平均(jun)流速法測(ce)量數據
　　平(ping)均流速法(fa)測量數據(ju)與計算結(jie)果如表2所(suo)示。
 
　　由表2可(ke)知,通過流(liu)量計測量(liang)可得被測(ce)平均流速(su),可🌐直接計(ji)算流量,過(guo)程較爲簡(jian)單,且不涉(she)及雷諾數(shu)等參數,減(jian)小了附加(jia)誤差。
3.2實驗(yan)結果分析(xi)
　　插入式流(liu)量計适用(yong)于大口徑(jing)管道的測(ce)量,實驗選(xuan)用㊙️的DN300mm管道(dao),由于超聲(sheng)探頭離管(guan)壁較近，在(zai)管壁摩擦(ca)✨力的作用(yong)下,會造成(cheng)低流速情(qing)況下邊界(jie)層較厚，影(ying)響較大,但(dan)邊界✍️層會(hui)随流速的(de)增加而逐(zhu)漸變薄,且(qie)大部分流(liu)😄體處于正(zheng)常的紊流(liu)狀态，影響(xiang)較小，使流(liu)❌速趨于标(biao)準流速。因(yin)此，根據表(biao)1、表2的數據(ju)可知，在流(liu)速相近的(de)情況下，當(dang)單點流速(su)法和平均(jun)流速法在(zai)低流速時(shi)⁉️，前者誤差(cha)優于㊙️後者(zhe),且二者均(jun)爲負值。同(tong)時☎️，随着流(liu)速的增加(jia)，誤差值會(hui)逐漸接近(jin),變爲正值(zhi)，且後者優(you)于前者。
4結(jie)論
　　插入式(shi)流量計以(yi)突出的優(you)點被廣泛(fan)應用于各(ge)個領☔域,但(dan)在校準或(huo)使用時需(xu)綜合考慮(lü)管徑與流(liu)速的.大小(xiao)，一般适用(yong)于較大🔆的(de)管徑，因此(ci)，在管徑确(que)定的情況(kuang)下,若流速(su)較小，則可(ke)優先采用(yong)單點流速(su)法;若流速(su)較大.則可(ke)采用平均(jun)流速法，從(cong)而減小計(ji)算時對測(ce)量結果的(de)影響，進一(yi)步提高測(ce)量的正确(que)率。該方法(fa)可爲插入(ru)式流量計(ji)的🈲安裝及(ji)使用提供(gong)一定的理(li)論依據。

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