摘(zhai)要:插入(ru)式流量(liang)計 結構(gou)和原理(li),以及兩(liang)種常用(yong)測量方(fang)法的理(li)論依據(ju),并在🔴此(ci)基礎上(shang),設計了(le)一種插(cha)入式流(liu)量計在(zai)水流量(liang)标準裝(zhuang)置上的(de)不同流(liu)速實驗(yan)。通過對(dui)數據分(fen)析,爲插(cha)入式流(liu)量㊙️計的(de)校準和(he)使用提(ti)供了更(geng)有效的(de)方法。
0引(yin)言
　　随着(zhe)現代工(gong)業的不(bu)斷發展(zhan),流量計(ji)已成爲(wei)生産過(guo)程中☔的(de)一個重(zhong)要部件(jian)。由于大(da)多數流(liu)量計采(cai)用管💘道(dao)法蘭式(shi)結構，當(dang)出現故(gu)☔障時，需(xu)停止生(sheng)産才可(ke)進行維(wei)修🐉、保養(yang);而插入(ru)式👣流量(liang)計的特(te)殊㊙️結構(gou)形式,可(ke)在不停(ting)止🙇🏻生産(chan)的狀态(tai)下進行(hang)。因此，爲(wei)确保長(zhang)期工作(zuo)中流量(liang)計的計(ji)量準确(que)性,需定(ding)期進行(hang)量值溯(su)源👄。同時(shi)，由于在(zai)實驗室(shi)進行校(xiao)準時,要(yao)求該流(liu)量計在(zai)滿足安(an)裝要求(qiu)的情況(kuang)下，應具(ju)有高🈲的(de)精度等(deng)級,增加(jia)了校準(zhun)難度。因(yin)此☎️，需在(zai)不改變(bian)現有實(shi)🐕驗裝置(zhi)的情況(kuang)下，選擇(ze)一種較(jiao)爲合适(shi)的測量(liang)方法。
1結(jie)構與原(yuan)理
　　插入(ru)式流量(liang)計是以(yi)插入形(xing)式安裝(zhuang)的流量(liang)儀表命(ming)名，典🌈型(xing)的💘電流(liu)速計型(xing)插入式(shi)流量計(ji)由測量(liang)頭、插入(ru)杆、插入(ru)機構、轉(zhuan)換器和(he)儀表殼(ke)體(測量(liang)管道)構(gou)成。目前(qian),主要包(bao)括點流(liu)速計型(xing)和徑流(liu)速計型(xing)。其中,國(guo)内使用(yong)較🥰多的(de)爲點流(liu)速計型(xing)插入式(shi)流量計(ji)。其結🐪構(gou)如圖1所(suo)示。首先(xian),使用測(ce)量頭插(cha)入管道(dao)中某一(yi)特🈲定位(wei)置,并測(ce)量👌局部(bu)流速;然(ran)後，根據(ju)管道内(nei)流速分(fen)布及儀(yi)表與管(guan)道的幾(ji)何參數(shu)等計♈算(suan)流量值(zhi)。其具有(you)🈲結構簡(jian)單、安裝(zhuang)維護簡(jian)便、壓損(sun)小、價格(ge)低廉等(deng)優點,但(dan)測量精(jing)度低。
 
2測(ce)量方法(fa)
　　流量是(shi)指單位(wei)時間内(nei)通過某(mou)個流通(tong)界面的(de)流體容(rong)♍積或質(zhi)♻️量。在時(shi)間測量(liang)應用中(zhong)，通常爲(wei)測量管(guan)道⚽某一(yi)🌍界面的(de)流速及(ji)該截面(mian)的面積(ji)的乘積(ji)。點流速(su)計型插(cha)入式流(liu)量計的(de)✉️流量測(ce)量主要(yao)采用流(liu)速-面積(ji)法計算(suan)。按照流(liu)速測量(liang)方式的(de)不同，分(fen)✉️爲單點(dian)流速法(fa)(即通過(guo)測量單(dan)點流速(su)計算流(liu)量㊙️)和平(ping)均流速(su)💃法(測量(liang)平均流(liu)速)。
2.1單點(dian)流速法(fa)
　　單點流(liu)速法測(ce)量流量(liang)是指在(zai)管道截(jie)面上隻(zhi)測量㊙️一(yi)點流速(su)以計算(suan)流量的(de)方法。該(gai)方法是(shi)通過測(ce)量圓管(guan)道.上任(ren)意半徑(jing)，上的流(liu)速和測(ce)量點與(yu)中心線(xian)的距離(li)，再根據(ju)式(4)計算(suan)圓管截(jie)面的平(ping)均流速(su)，從而得(de)到管道(dao)截面的(de)流量。
根(gen)據流體(ti)力學理(li)論，當管(guan)道中介(jie)質爲紊(wen)流狀态(tai)時，流速(su)分布模(mo)型爲:
 
　　其(qi)中，vx一距(ju)離管道(dao)中心線(xian)rx的流速(su),m/s;Umax管道中(zhong)心線的(de)流速，m/s;r,--流(liu)速測🐉點(dian)與管道(dao)中心線(xian)的距離(li),m;R一管道(dao)内半徑(jing),m;n一随雷(lei)諾數不(bu)‼️同而變(bian)化的指(zhi)數。
　　雷諾(nuo)數Re的計(ji)算公式(shi)爲:
 
2.2平均(jun)流速法(fa)
　　根據檢(jian)測規程(cheng)中管道(dao)截面平(ping)均流速(su)位置在(zai)(0.242±0.013)R處，通㊙️過(guo)測量管(guan)道的平(ping)均流速(su)與管道(dao)面積計(ji)算流量(liang)。流量計(ji)算公式(shi)爲:
 
面的(de)面積.m2。
3實(shi)驗方法(fa)與結果(guo)及分析(xi)
　　選擇水(shui)流量标(biao)準裝置(zhi)，管道直(zhi)徑300mm,測量(liang)段.上遊(you)長度約(yue)🛀🏻7000mm,下遊長(zhang)✍️度5000mm,滿足(zu)流量計(ji)的安裝(zhuang)要求，并(bing)選用一(yi)種超聲(sheng)波插📐入(ru)式流量(liang)計。其測(ce)量原理(li)爲超聲(sheng)波束在(zai)液體中(zhong)傳播時(shi)，流體的(de)流動使(shi)傳播時(shi)👌間産生(sheng)微小變(bian)化，且傳(chuan)播時間(jian)的變化(hua)與液體(ti)的流速(su)成正比(bi)，從而得(de)到液體(ti)的流速(su)。水溫✨29.3℃,通(tong)過查表(biao)可得取(qu)水的運(yun)動粘度(du)v=8.2x10-7m2/s,并根據(ju)邊界層(ceng)效應，平(ping)均流速(su)選取(0.242+0.013)R=38.25mm(即(ji)rx=111.75mm)。同時,爲(wei)了使實(shi)🔱驗結果(guo)具有較(jiao)好的對(dui)比性，單(dan)點流速(su)法選擇(ze)與其相(xiang)接近的(de)位置,流(liu)量計探(tan)頭安裝(zhuang)位置rx=110mm,即(ji)👈距離管(guan)道内壁(bi)40mm處。兩種(zhong)方法試(shi)✌️驗時，流(liu)速從0.5m/s開(kai)始，以0.5m/s爲(wei)測量間(jian)隔,逐漸(jian)将流速(su)增加至(zhi)3.5m/s,測量不(bu)♌同流速(su)時的标(biao)準流速(su)與被測(ce)流速,并(bing)采用單(dan)點流速(su)法，以被(bei)測流速(su)爲基礎(chu)數據計(ji)算平均(jun)🛀流速;然(ran)後，采用(yong)平均流(liu)速法，以(yi)👌被測平(ping)均流速(su)計算被(bei)🔴測流量(liang)🔞。其中,平(ping)均流速(su)法是通(tong)過在平(ping)均流速(su)測量點(dian)🏃🏻直接測(ce)得流💯速(su)，并采用(yong)流速與(yu)流量計(ji)算公式(shi)得到流(liu)量。将兩(liang)種方法(fa)測⭐:量計(ji)算得到(dao)的流量(liang)與标準(zhun)流量進(jin)✌️行計算(suan),即可得(de)到示值(zhi)誤差。
3.1實(shi)驗結果(guo)
3.1.1單點流(liu)速法測(ce)量數據(ju)
　　單點流(liu)速法測(ce)量數據(ju)與計算(suan)結果如(ru)表1所示(shi)。
 
　　由表1可(ke)知,被測(ce)平均流(liu)速均小(xiao)于被測(ce)流速，且(qie)差值會(hui)随🌈流速(su)的🏃增加(jia)而逐漸(jian)變大;被(bei)測流速(su)與标準(zhun)流速存(cun)在一定(ding)的差值(zhi)，當流速(su)在3.5m/s左右(you)時，與标(biao)準流速(su)❌相差可(ke)達0.053m/s,與被(bei)測平均(jun)流速差(cha)值約爲(wei)0.04m/s。差值産(chan)生的‼️主(zhu)要原因(yin)是測量(liang)管道的(de)口徑、超(chao)聲波探(tan)頭的安(an)裝位置(zhi)、雷諾數(shu)與n值的(de)計算取(qu)舍。此外(wai)，流量的(de)穩定性(xing)也是不(bu)可忽略(lue)的因素(su)。
3.1.2平均流(liu)速法測(ce)量數據(ju)
　　平均流(liu)速法測(ce)量數據(ju)與計算(suan)結果如(ru)表2所示(shi)。
 
　　由表2可(ke)知,通過(guo)流量計(ji)測量可(ke)得被測(ce)平均流(liu)速,可直(zhi)接計算(suan)流量,過(guo)程較爲(wei)簡單,且(qie)不涉及(ji)雷諾數(shu)等參數(shu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,減小了(le)附♊加誤(wu)差。
3.2實驗(yan)結果分(fen)析
　　插入(ru)式流量(liang)計适用(yong)于大口(kou)徑管道(dao)的測量(liang),實驗選(xuan)用的⛱️DN300mm管(guan)🛀道🥰,由于(yu)超聲探(tan)頭離管(guan)壁較近(jin)，在管壁(bi)摩擦力(li)的作用(yong)下,會造(zao)成低流(liu)速情況(kuang)下邊界(jie)層較厚(hou)，影響較(jiao)大,但邊(bian)界層會(hui)随流速(su)的增加(jia)而逐漸(jian)變薄,且(qie)大部分(fen)流體處(chu)于正常(chang)的紊流(liu)㊙️狀态，影(ying)響較小(xiao)，使流速(su)趨于标(biao)準👅流速(su)。因此，根(gen)據表1、表(biao)2的數據(ju)可知，在(zai)流速相(xiang)近的情(qing)況下，當(dang)單點流(liu)速法和(he)平均流(liu)速法在(zai)低流速(su)時，前者(zhe)誤差優(you)于後者(zhe),且二者(zhe)均爲負(fu)值。同時(shi)，随着流(liu)速的增(zeng)加✉️，誤差(cha)值會逐(zhu)漸接近(jin),變爲正(zheng)值😄，且後(hou)者優于(yu)前者。
4結(jie)論
　　插入(ru)式流量(liang)計以突(tu)出的優(you)點被廣(guang)泛應用(yong)于各個(ge)領域,但(dan)⭐在校準(zhun)或使用(yong)時需綜(zong)合考慮(lü)管徑與(yu)流速的(de).大小，一(yi)般适👄用(yong)于較大(da)的管徑(jing)，因此，在(zai)管徑确(que)定的情(qing)況下,若(ruo)流速較(jiao)小🧡，則可(ke)優先采(cai)用單點(dian)流速法(fa)🤞;若流速(su)較大.則(ze)可采用(yong)平均流(liu)🔞速法，從(cong)而減小(xiao)計算時(shi)對測量(liang)結果的(de)影響，進(jin)一步提(ti)高測量(liang)的正确(que)率。該方(fang)法可爲(wei)插入式(shi)流量計(ji)的安裝(zhuang)及使用(yong)提供一(yi)定的理(li)論依據(ju)。

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