摘要(yào):插入式流量計(jì) 結構和原理,以(yi)及兩種常用測(ce)量方法的理論(lùn)依據,并🈲在㊙️此基(ji)礎上,設計了一(yi)種插入式流量(liàng)計在水流量标(biāo)準裝置上的不(bu)同流速實驗。通(tōng)過對數據分析(xi),爲插入式流量(liàng)計的校準和使(shi)🤩用提供了更有(you)效的方法。
0引言(yan)
　　随着現代工業(ye)的不斷發展,流(liu)量計已成爲生(sheng)産過程中的一(yī)👈個重要部件。由(yóu)于大多數流量(liàng)計采用管道法(fǎ)蘭式結構，當出(chu)現故障時，需停(ting)止生産才可進(jìn)行維修、保養;而(er)插入式流量計(jì)的特殊結構形(xíng)式,可在不停止(zhi)生産的狀态下(xia)進行。因此，爲确(què)保長期工作中(zhōng)流量計的計量(liàng)準确性,需定期(qī)進行量值溯源(yuan)。同時，由于在實(shi)驗室進行校準(zhǔn)時,要求該流量(liang)計在滿足安裝(zhuang)要求的情況下(xia)🈲，應具有高的精(jīng)度等級,增♋加了(le)校準難度。因此(ci)，需在不改變現(xiàn)有實驗裝置的(de)情況下，選擇一(yī)種較爲合适的(de)測量方法。
1結構(gou)與原理
　　插入式(shì)流量計是以插(cha)入形式安裝的(de)流量儀表命名(míng)，典型的電流速(su)計型插入式流(liu)量計由測量頭(tóu)、插入杆、插入機(jī)構、轉換器和儀(yi)表殼體(測量管(guǎn)道)構成。目前,主(zhu)要包括點流速(sù)計型和❄️徑流速(su)計型。其中,國内(nèi)使用較多的爲(wei)點流速計型插(cha)入式流👨‍❤️‍👨量計。其(qí)結構如圖1所示(shi)。首先,使用測量(liàng)頭插入管道中(zhōng)某一特定位置(zhì),并測🏃‍♂️量局部流(liú)速;然後，根據管(guǎn)道内流速分💋布(bù)及儀表與管道(dào)的幾何參數等(děng)計✂️算流量值。其(qí)具有結構簡單(dān)、安裝維護簡便(biàn)、壓損小、價格✏️低(dī)廉等優點,但測(ce)量精度低。
 
2測量(liàng)方法
　　流量是指(zhi)單位時間内通(tōng)過某個流通界(jie)面的流體容積(jī)📱或⁉️質量。在時間(jiān)測量應用中，通(tōng)常爲測量管道(dao)👨‍❤️‍👨某一界面的流(liú)速及該截面的(de)面積的乘積。點(dian)流速計型插入(ru)式流量計的流(liu)量測✌️量主要采(cǎi)用流速-面積法(fǎ)計算。按照流速(sù)測量方式的不(bú)同，分🚶爲單點流(liu)速法(即通過❓測(cè)量單點流速計(jì)算流量)和平均(jun1)流速法(測量平(ping)均流速)。
2.1單點流(liú)速法
　　單點流速(su)法測量流量是(shì)指在管道截面(mian)上隻測量一點(dian)流速以計算流(liú)量的方法。該方(fang)法是通過測量(liang)圓管道.上任意(yi)半徑，上的流速(sù)和測量點與中(zhōng)心線的距離💯，再(zài)根據式(4)計算✍️圓(yuán)管截面的平均(jun)流速，從而得到(dào)管道截面的流(liu)量。
根據流體力(lì)學理論，當管道(dào)中介質爲紊流(liú)狀态時❤️，流速分(fen)布模型爲:
 
　　其中(zhong)，vx一距離管道中(zhōng)心線rx的流速,m/s;Umax管(guan)道中心線的流(liú)速，m/s;r,--流速測🔴點與(yǔ)管道中心線的(de)距離,m;R一管道内(nèi)半徑⭕,m;n一随雷諾(nuò)數不同而變化(hua)🔞的指數。
　　雷諾數(shu)Re的計算公式爲(wei):
 
2.2平均流速法
　　根(gen)據檢測規程中(zhong)管道截面平均(jun1)流速位置在(0.242±0.013)R處(chu)，通過🥰測量🈲管💞道(dào)的平均流速與(yu)管道面積計算(suàn)流量。流量計算(suàn)公🈲式爲:
 
面的面(mian)積.m2。
3實驗方法與(yǔ)結果及分析
　　選(xuǎn)擇水流量标準(zhǔn)裝置，管道直徑(jing)300mm,測量段.上遊長(zhang)度約7000mm,下遊長🐆度(dù)5000mm,滿足流量計的(de)安裝要求，并選(xuǎn)用一種💘超聲波(bo)插入式流量計(ji)。其測量原理爲(wei)超聲波束在✔️液(yè)體中傳播時💋，流(liu)體的流動使傳(chuan)播時間産生微(wēi)小變化，且傳播(bo)時間的變化與(yu)液體的流速成(chéng)正比，從⛹🏻‍♀️而得到(dào)液體的流速。水(shuǐ)溫29.3℃,通過查表可(kě)得取水的運動(dong)粘度v=8.2x10-7m2/s,并根據邊(bian)界層效應，平均(jun1)流速選取(0.242+0.013)R=38.25mm(即rx=111.75mm)。同(tóng)時❌,爲了使實驗(yàn)結果具有較好(hao)的對比♻️性，單點(diǎn)流速法選擇與(yu)其相接近的位(wèi)置,流量計探頭(tou)安裝位置rx=110mm,即距(jù)離管道⚽内壁40mm處(chu)。兩種方法試驗(yan)時，流速從0.5m/s開始(shi)，以0.5m/s爲測量間隔(gé),逐漸⛹🏻‍♀️将流速🍉增(zeng)加至3.5m/s,測量不同(tóng)流速時🐅的标準(zhun)流速與被測流(liú)速,并采用單點(diǎn)流速法，以被測(cè)流速爲基礎數(shu)據計算平均流(liú)速;然後，采用平(ping)均💚流速法，以🌐被(bèi)測平均流速計(ji)算被測流量㊙️。其(qi)中,平均流速法(fa)是通過在平✌️均(jun)流速測量點直(zhi)接測得流速，并(bìng)采用流速與流(liu)量🈲計算公式🈚得(dé)到流量。将兩種(zhǒng)方🌏法測:量計算(suan)得到的流量與(yǔ)标準流量進行(háng)計算,即可得到(dao)示值誤差。
3.1實驗(yàn)結果
3.1.1單點流速(sù)法測量數據
　　單(dan)點流速法測量(liàng)數據與計算結(jie)果如表1所示。
 
　　由(yóu)表1可知,被測平(píng)均流速均小于(yú)被測流速，且差(chà)值♉會🧡随流速的(de)增加而逐漸變(biàn)大;被測流速與(yǔ)标準流速存🌈在(zai)一定的差值，當(dang)流速在3.5m/s左右時(shi)，與标準流速相(xiàng)差可達0.053m/s,與被🧑🏾‍🤝‍🧑🏼測(cè)平均流速差🏒值(zhi)約爲0.04m/s。差值産生(shēng)的主要原因是(shi)測量管道的口(kǒu)徑💋、超聲波探頭(tou)的安裝位置、雷(lei)諾數😍與n值的計(ji)算取舍。此外，流(liú)量的穩定性也(yě)是不可忽略的(de)因素。
3.1.2平均流速(su)法測量數據
　　平(ping)均流速法測量(liang)數據與計算結(jié)果如表2所示。
 
　　由(you)表2可知,通過流(liu)量計測量可得(dé)被測平均流速(su),可直接計🥰算流(liú)量,過程較爲簡(jian)單,且不涉及雷(léi)諾數等參數,減(jian)小了附❌加誤差(cha)。
3.2實驗結果分析(xī)
　　插入式流量計(ji)适用于大口徑(jing)管道的測量,實(shí)驗選用的DN300mm管道(dao),由于超聲探頭(tou)離管壁較近，在(zai)管壁摩擦力的(de)作用下,會造成(cheng)低流🔴速情況下(xia)邊界層較厚，影(ying)響較大❗,但邊界(jiè)層會随流速的(de)🈲增加而逐漸變(bian)薄,且大部分流(liú)🌏體處于正常的(de)紊流狀态，影響(xiǎng)較小，使流🌈速趨(qū)于标準流速。因(yin)此，根據表1、表2的(de)數據可知，在流(liu)速相近的情況(kuàng)下，當單點流速(su)法和平均流速(su)法在低流速時(shí)，前者誤差優于(yu)後者,且二💞者均(jun1)爲負值。同時，随(suí)着流速的增加(jia)，誤差值會逐漸(jiàn)接近,變爲正值(zhí)👈，且後者優于前(qián)者。
4結論
　　插入式(shi)流量計以突出(chu)的優點被廣泛(fàn)應用于各個領(ling)域💘,但在㊙️校準或(huo)使用時需綜合(hé)考慮管徑與流(liu)速🈲的.大小，一般(ban)适👣用于較大的(de)管徑，因此，在管(guǎn)徑确定的情況(kuang)下,若流速較小(xiǎo)，則可優先采用(yòng)單點流速法;若(ruò)流速較大.則可(ke)采用平均流速(sù)法，從而⭐減小計(ji)算時對測量結(jie)果的影響，進一(yi)步提高測量的(de)正确率。該方法(fa)可爲插入式流(liu)量計的安裝及(jí)使用提供一定(dìng)的理論依據。

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