摘(zhai)要:插入式流量計(ji) 結構和原理,以及(jí)兩種常用測量方(fang)法的理論依據,并(bing)在此基礎上,設計(jì)了一種插入式流(liu)量計在水流量标(biao)準裝置上的不同(tóng)流速實驗。通過對(dui)數據分析,爲插入(ru)式流量😘計的校準(zhǔn)和使用提供了更(geng)有效的方法。
0引言(yan)
　　随着現代工業的(de)不斷發展,流量計(jì)已成爲生産過程(cheng)♻️中🚩的一個重要部(bu)件。由于大多數流(liu)量計采用管道法(fǎ)蘭式🐆結構，當出現(xian)故障時，需停止生(sheng)産才可進行維修(xiū)、保養;而插入式流(liú)量計的特殊結構(gou)形式,可在不停止(zhi)生産的狀态下進(jin)行。因此，爲确保長(zhǎng)期工作中流量計(jì)的計量準确性,需(xu)定期進😄行量值溯(su)源✍️。同時，由于在實(shi)♊驗室進行校準時(shí),要求該流量💋計在(zai)滿足安裝要求的(de)情況下，應具有高(gāo)的精度等級,增加(jiā)了校準難度。因此(ci)，需在不改變現有(you)實驗裝置的情況(kuang)下，選擇一種較爲(wèi)合适的測量方法(fǎ)。
1結構與原理
　　插入(rù)式流量計是以插(cha)入形式安裝的流(liú)量儀表命名，典型(xing)的電流速計型插(chā)入式流量計由測(cè)量頭、插入杆、插入(ru)機構、轉換器和儀(yí)表殼體(測量管道(dào))構成。目前,主要包(bāo)括點流速計型和(he)徑流速計型。其中(zhong),國🏃内使用較多的(de)爲點🈚流速計型插(cha)入式流量計。其結(jie)♋構如圖1所示。首先(xiān),使用測🏃🏻‍♂️量頭插入(ru)管道中某一特定(ding)位置,并測量局部(bù)流速;然後，根據管(guan)道内流🌈速分布及(ji)儀表與管道的幾(jǐ)何參數等計算流(liú)量值。其具❓有結構(gou)簡單、安裝維護簡(jian)便、壓損小、價格低(di)廉等優點,但測量(liang)精度低。
 
2測量方法(fa)
　　流量是指單位時(shi)間内通過某個流(liú)通界面的流體容(róng)積⭐或質量。在時間(jian)測量應用中，通常(chang)爲測量管道某一(yī)♍界面的流速及該(gāi)截面的面積的乘(chéng)積。點流速計型插(chā)入式流量計的流(liú)量測量主要采用(yong)流速-面積法計算(suàn)。按照流速測量方(fāng)式的不同，分爲單(dan)點流速法(即通過(guò)測量單點流速計(jì)算流量)和平均流(liú)速♊法(測量平均流(liu)速)。
2.1單點流速法
　　單(dān)點流速法測量流(liú)量是指在管道截(jie)面上隻測量一🤞點(diǎn)流速以計算流量(liang)的方法。該方法是(shi)通過測量圓管道(dào).上任意半徑，上的(de)流速和測量點與(yǔ)中心線的距離，再(zai)根據式(4)計算圓管(guǎn)截面的平🐇均流速(sù)，從而✨得到管道截(jie)面的流量。
根據流(liú)體力學理論，當管(guǎn)道中介質爲紊流(liú)狀态時，流速分布(bu)模型爲:
 
　　其中，vx一距(jù)離管道中心線rx的(de)流速,m/s;Umax管道中心線(xian)的流速，m/s;r,--流速測點(diǎn)與管道中心線的(de)距離,m;R一管道内半(bàn)徑,m;n一随雷諾數不(bu)同而❤️變化的指數(shu)。
　　雷諾數Re的計算公(gōng)式爲:
 
2.2平均流速法(fa)
　　根據檢測規程中(zhong)管道截面平均流(liu)速位置在(0.242±0.013)R處，通過(guò)測量管道的平均(jun1)流速與管道面積(ji)計算流量。流量計(jì)算公式爲💞:
 
面的面(mian)積.m2。
3實驗方法與結(jié)果及分析
　　選擇水(shui)流量标準裝置，管(guan)道直徑300mm,測量段.上(shang)遊長度約7000mm,下🐪遊長(zhang)🤟度5000mm,滿足流量計的(de)安裝要求，并選用(yòng)一種超聲波插入(rù)式流量計。其測量(liang)原理爲超聲波束(shu)在液體中傳播時(shí)，流體的流動使傳(chuan)播時間産生微小(xiao)變化，且傳🍉播時間(jian)的變化與液☎️體的(de)流速成正比，從👌而(ér)得到液體的流速(sù)。水溫29.3℃,通過查表可(kě)🌂得取水的運動粘(zhān)度v=8.2x10-7m2/s,并根據邊界層(ceng)效應，平均流速選(xuǎn)取(0.242+0.013)R=38.25mm(即rx=111.75mm)。同時,爲了使(shi)實驗結果🔅具有較(jiào)🔞好的對比☎️性，單點(diǎn)流速法選擇與其(qí)相接近的位置,流(liú)量計探頭安裝位(wèi)置rx=110mm,即距離管道内(nei)壁40mm處。兩種方法試(shi)驗時，流速從0.5m/s開㊙️始(shǐ)，以0.5m/s爲測量間隔,逐(zhú)漸将流速增加至(zhi)3.5m/s,測量不同流速時(shi)的标準流速與被(bei)測流速,并🔆采用單(dān)點流速法，以被測(ce)流速爲基礎數據(jù)計算平均🤞流速;然(ran)後，采用平均🈲流速(su)法，以被測平均流(liú)速計算被測流量(liàng)。其中,平均💜流速法(fǎ)是通過在平均流(liú)速測量點⛷️直接測(cè)得流速🌈，并采用流(liu)速與流量計算公(gōng)式✂️得到流量。将兩(liang)種方法測:量計算(suàn)得到的流量與标(biāo)準流量進🏒行計算(suan),即可得到示值🔞誤(wù)差。
3.1實驗結果
3.1.1單點(dian)流速法測量數據(jù)
　　單點流速法測量(liang)數據與計算結果(guǒ)如表1所示。
 
　　由表1可(kě)知,被測平均流速(sù)均小于被測流速(sù)，且差值會随流速(su)的增加而逐漸變(bian)大;被測流速與标(biao)準流速存在一定(ding)的🤩差值，當流速在(zài)3.5m/s左右時，與标準流(liu)速相差可達0.053m/s,與被(bèi)👨‍❤️‍👨測平均流速差值(zhí)約爲0.04m/s。差值産生的(de)主要原因是測量(liàng)管道的口徑、超聲(shēng)波探頭的安裝位(wei)置、雷諾數與n值的(de)計算取舍。此外，流(liu)量的穩定性也是(shi)不可忽略的因素(sù)。
3.1.2平均流速法測量(liàng)數據
　　平均流速法(fǎ)測量數據與計算(suan)結果如表2所示。
 
　　由(yóu)表2可知,通過流量(liàng)計測量可得被測(cè)平均流速,可直👣接(jiē)計算流量,過程較(jiào)爲簡單,且不涉及(jí)雷諾數等參數❌,減(jiǎn)小了附加誤差。
3.2實(shi)驗結果分析
　　插入(ru)式流量計适用于(yu)大口徑管道的測(ce)量,實驗選用的DN300mm管(guan)道,由于超聲探頭(tóu)離管壁較近，在管(guan)壁摩擦力的作用(yòng)下,會造成低流速(su)情況下邊界層較(jiào)厚，影響較大❤️,但邊(biān)界層會随流速的(de)增加而逐漸變薄(bao),且大部分流體處(chu)于正🚶常的紊流狀(zhuàng)态，影響較小，使流(liu)速趨于标準流速(su)。因此，根🤞據表1、表2的(de)數據可知，在流🐆速(sù)相近的情況下，當(dang)單點流速法和平(ping)均流速🌏法在低流(liu)速時，前者誤差優(you)于後者,且二者均(jun1)爲負值。同🔴時，随着(zhe)流速的增加，誤差(cha)值會逐漸接近,變(bian)爲正值，且後者優(you)于前者。
4結論
　　插入(rù)式流量計以突出(chu)的優點被廣泛應(yīng)用于各個領🌈域🌐,但(dàn)在校準或使用時(shi)需綜合考慮管徑(jing)與流速的.大小，一(yī)般适用于較大的(de)管徑，因此，在管徑(jing)确定的情況❌下,若(ruo)流速較小，則可優(you)先采用單點流速(su)法;若流速較大.則(zé)可采用平均流速(su)法，從而減小計算(suàn)🛀🏻時對測量結🔞果的(de)影響，進一步提高(gāo)測量的正确率💁。該(gai)方法可爲插入式(shì)流量計的安裝及(jí)使用提🈲供一定的(de)理論✉️依據。

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