摘要(yao):插入式流(liu)量計 結構(gòu)和原理,以(yǐ)及兩種常(chang)用測量方(fāng)法的理論(lùn)依據,并⛷️在(zai)此基礎上(shang),設計了一(yī)種插入式(shì)流量計在(zài)水流量标(biao)🎯準裝置上(shàng)的不同流(liu)速實驗。通(tōng)過對數據(jù)分析,爲插(chā)入式流量(liang)計的校準(zhǔn)和使🥵用提(ti)供了更有(you)效的方法(fa)。
0引言
　　随着(zhe)現代工業(ye)的不斷發(fa)展,流量計(ji)已成爲生(shēng)産過程中(zhōng)☀️的一個重(zhong)要部件。由(yóu)于大多數(shu)流量計采(cai)用管道法(fǎ)蘭式結構(gòu)，當出現故(gù)障時，需停(ting)止生産才(cái)可進行維(wéi)修、保養;而(ér)插入式流(liú)量計的特(te)殊結構形(xing)式,可在不(bu)停止✂️生産(chǎn)的狀态下(xià)進行。因此(cǐ)，爲确保長(zhǎng)期工⛷️作中(zhong)流量計的(de)計量準确(què)性,需定期(qi)進行量值(zhí)溯源。同時(shi)，由于在㊙️實(shi)驗室進行(háng)校準時,要(yào)求該流量(liàng)計在滿足(zu)安裝💃🏻要求(qiú)的😍情況下(xià)，應具有高(gāo)☔的精度等(deng)級,增加了(le)校準難度(dù)。因此👣，需在(zài)不改變現(xiàn)有🤞實驗裝(zhuang)置的情況(kuang)下，選📧擇一(yi)種較爲合(hé)适的測量(liàng)方法。
1結構(gou)與原理
　　插(cha)入式流量(liàng)計是以插(chā)入形式安(ān)裝的流量(liàng)儀表命名(ming)，典型的電(dian)🔅流速計型(xíng)插入式流(liú)量計由測(cè)量頭、插入(rù)杆、插入機(jī)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(su)計型和徑(jing)流速計型(xing)。其中,國内(nei)使用較多(duo)的爲點流(liú)速計型插(chā)入式流量(liàng)計。其結構(gòu)如圖1所示(shì)。首先,使用(yòng)測量頭插(cha)入管道中(zhōng)某一特定(dìng)位置,并測(cè)量局部流(liu)速;然後，根(gen)據管道内(nèi)流速分布(bu)及儀表與(yǔ)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(sun)小、價格低(di)廉等優點(diǎn),但測量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻精(jing)度低。
 
2測量(liàng)方法
　　流量(liàng)是指單位(wèi)時間内通(tōng)過某個流(liu)通界面的(de)流體容積(ji)或質🔴量。在(zài)時間測量(liang)應用中，通(tong)常爲測量(liang)管道某一(yī)界面的流(liu)速及該截(jie)面的面積(jī)的乘積。點(diǎn)流速計型(xing)插入式流(liu)量計的流(liu)量測量主(zhu)要采用流(liu)速-面積法(fǎ)計算。按照(zhao)流速測量(liang)方式的不(bú)同，分爲單(dān)點流速法(fǎ)(即通過測(ce)量單點流(liu)速計算流(liú)量)和平均(jun1)流速🈲法(測(cè)量平均流(liú)速)。
2.1單點流(liú)速法
　　單點(diǎn)流速法測(cè)量流量是(shi)指在管道(dào)截面上隻(zhī)測量一點(diǎn)🚶‍♀️流速以計(jì)算流量的(de)方法。該方(fāng)法是通過(guò)測量圓管(guǎn)道.上🔴任意(yi)半徑🔆，上的(de)流速和測(ce)量點與中(zhong)心線的距(jù)離，再根據(ju)式(4)計算🌈圓(yuan)管截面的(de)平🔴均流速(su)，從而得到(dào)管道截面(mian)的流量。
根(gen)據流體力(lì)學理論，當(dang)管道中介(jie)質爲紊流(liú)狀态時，流(liú)🐉速分布模(mo)型爲:
 
　　其中(zhōng)，vx一距離管(guan)道中心線(xiàn)rx的流速,m/s;Umax管(guan)道中心線(xiàn)的流速，m/s;r,--流(liú)速🔴測👄點與(yǔ)管道中心(xin)線的距離(lí),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(lei)諾數Re的計(jì)算公式爲(wèi):
 
2.2平均流速(sù)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(chu)，通過測量(liang)管道的平(píng)均流速與(yu)管道面積(jī)計算流量(liàng)。流量計算(suan)公式爲:
 
面(miàn)的面積.m2。
3實(shi)驗方法與(yǔ)結果及分(fèn)析
　　選擇水(shui)流量标準(zhǔn)裝置，管道(dao)直徑300mm,測量(liang)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(bō)插入式流(liu)量計。其測(ce)量原理爲(wei)超聲波束(shù)在液體中(zhōng)傳播時，流(liú)體的流動(dong)使傳播時(shi)間産生微(wei)小變化，且(qiě)傳播時間(jian)的變化與(yu)液體的流(liu)速成正比(bǐ)，從而得到(dào)液體的流(liu)速。水溫29.3℃,通(tong)過查表可(ke)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(shi)實驗結果(guǒ)具有較好(hao)的對比性(xìng)，單點流速(sù)法選擇與(yu)其相接近(jin)的位置,流(liú)量計探頭(tou)安⛷️裝位置(zhì)rx=110mm,即距離管(guan)道内壁40mm處(chu)。兩種方法(fa)試驗時，流(liu)速從0.5m/s開始(shi)，以⛱️0.5m/s爲測量(liàng)間隔,逐漸(jiàn)♊将流速㊙️增(zēng)加至3.5m/s,測量(liàng)不同流速(su)時的标準(zhun)流速與被(bei)測流速,并(bìng)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(ran)後，采用平(ping)均🐅流速法(fǎ)，以被測平(ping)均流速計(jì)算被測流(liú)量🥰。其中,平(ping)均流速法(fǎ)是通過在(zài)平均流速(su)測量點直(zhi)接測得流(liú)速，并采用(yòng)流速與流(liu)量計算公(gōng)式得到流(liu)量。将兩種(zhong)方法測:量(liàng)計算得到(dao)的流量🔞與(yǔ)标準流量(liàng)進行計算(suan),即可得到(dào)示值誤差(cha)。
3.1實驗結果(guo)
3.1.1單點流速(sù)法測量數(shù)據
　　單點流(liu)速法測量(liang)數據與計(jì)算結果如(ru)表1所示。
 
　　由(yóu)表1可知,被(bei)測平均流(liú)速均小于(yu)被測流速(su)，且差值💛會(huì)随流♋速的(de)增加而逐(zhú)漸變大;被(bei)測流速與(yǔ)标準流速(sù)存在一定(dìng)的🐆差值，當(dang)流速在3.5m/s左(zuǒ)右時，與标(biāo)準流速☂️相(xiàng)差可達0.053m/s,與(yǔ)被🌂測平均(jun1)流速差值(zhi)約爲♌0.04m/s。差值(zhi)産生的主(zhǔ)要原因是(shi)測量管道(dao)的口徑、超(chao)聲波探頭(tóu)的安裝位(wèi)置、雷諾數(shu)與n值的計(jì)算取舍。此(ci)外，流量的(de)穩定性也(yě)是不可忽(hū)📱略的因素(su)。
3.1.2平均流速(sù)法測量數(shù)據
　　平均流(liu)速法測量(liàng)數據與計(jì)算結果如(ru)表2所示。
 
　　由(you)表2可知,通(tōng)過流量計(jì)測量可得(dé)被測平均(jun1)流速,可直(zhí)接計算流(liu)量,過程較(jiao)爲簡單,且(qie)不涉及雷(léi)諾數等參(can)數,減小🤟了(le)附加誤差(chà)。
3.2實驗結果(guo)分析
　　插入(ru)式流量計(ji)适用于大(da)口徑管道(dào)的測量,實(shí)驗選用的(de)DN300mm管道,由于(yú)超聲探頭(tou)離管壁較(jiào)近，在管壁(bì)摩擦力的(de)作用下,會(hui)造成📞低流(liu)速情況下(xià)邊界層較(jiào)厚，影🚶響較(jiào)大,但邊界(jie)層會随流(liú)速的增加(jia)而逐漸變(biàn)薄,且大部(bu)分流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻體處(chu)于正💋常的(de)紊流🏃‍♀️狀态(tài)，影響較小(xiǎo)，使流🌏速趨(qu)于标準📐流(liu)速。因此，根(gēn)據表1、表2的(de)數據可知(zhī)，在流速相(xiang)近的情況(kuàng)下，當單點(diǎn)流速法和(he)平均流速(sù)💘法在低流(liu)速時，前者(zhe)誤差優于(yú)㊙️後者,且二(èr)者均爲負(fù)值。同時，随(sui)着流速的(de)增加✊，誤差(chà)值會逐漸(jiàn)接近,變爲(wei)正值，且後(hòu)者優于前(qián)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(yòng)于各個領(ling)域,但在校(xiao)準或使用(yong)時需綜合(he)考慮管徑(jing)與流速的(de).大小，一般(ban)适用于較(jiào)大的管徑(jing)，因此，在管(guan)徑确定🛀🏻的(de)情況下,若(ruo)流速較小(xiǎo)，則可優先(xiān)采用單點(diǎn)流速法⭐;若(ruò)流速較大(da).則可采用(yòng)平均流👌速(su)法，從而減(jian)小計算🔴時(shi)對測量結(jie)果的影響(xiang)，進一步提(tí)高測量的(de)正确率🔞。該(gai)方法可爲(wèi)插入式流(liú)量計的安(ān)裝及使用(yòng)提供一定(ding)的理論依(yi)據。

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