摘(zhai)要:插入(ru)式流量(liang)計 結(jie)構(gou)和原理(li),以及兩種(zhong)常用(yong)測量方法的理(li)論依據(ju),并(bing)在此(ci)基礎(chu)上,設計了(le)一種(zhong)插入(ru)式流量計在水流量(liang)标準裝(zhuang)置上的(de)不同(tong)流速實驗(yan)。通過對(dui)數據分析,爲(wei)插(cha)入(ru)式流(liu)量計(ji)的校(xiao)準和(he)使用(yong)提供了更(geng)有效的方(fang)法。
0引(yin)言
　　随着現代工(gong)業的不斷(duan)發展(zhan),流量(liang)計(ji)已成爲(wei)生産(chan)過程(cheng)中的(de)一個(ge)重(zhong)要部件(jian)。由于大(da)多(duo)數流量計(ji)采用(yong)管道(dao)法蘭式結(jie)構，當(dang)出現(xian)故(gu)障時，需(xu)停止(zhi)生(sheng)産(chan)才可(ke)進行(hang)維修、保養(yang);而插(cha)入式(shi)流量計的(de)特(te)殊結構(gou)形式,可在(zai)不停(ting)止生産的狀态(tai)下進行。因(yin)此，爲(wei)确保(bao)長期(qi)工作(zuo)中流量計的計(ji)量準(zhun)确性,需定(ding)期進(jin)行量值溯(su)源。同(tong)時(shi)，由于在(zai)實驗(yan)室進行校(xiao)準時(shi),要(yao)求(qiu)該流(liu)量計在(zai)滿(man)足安(an)裝要(yao)求的(de)情況(kuang)下，應具有高的精度(du)等級,增加(jia)了校準難(nan)度。因此，需(xu)在(zai)不(bu)改變(bian)現有實驗(yan)裝置(zhi)的情況(kuang)下，選擇(ze)一種(zhong)較(jiao)爲合适的測(ce)量(liang)方法。
1結(jie)構與原理
　　插入式流量計是以(yi)插入(ru)形式安裝(zhuang)的流量(liang)儀表命(ming)名，典型的(de)電流(liu)速計(ji)型插(cha)入式(shi)流量計由(you)測量(liang)頭、插入杆(gan)、插入(ru)機構、轉(zhuan)換(huan)器和儀表(biao)殼體(測量(liang)管道)構成(cheng)。目前(qian),主要包括點流(liu)速計型(xing)和徑流(liu)速計(ji)型。其(qi)中,國(guo)内使用較多的(de)爲點流(liu)速(su)計型(xing)插入式流量計(ji)。其結(jie)構(gou)如圖1所(suo)示。首(shou)先(xian),使用測量頭(tou)插入(ru)管道(dao)中某一(yi)特(te)定位(wei)置,并(bing)測量局部(bu)流速;然(ran)後(hou)，根據管道(dao)内(nei)流速分(fen)布及(ji)儀表(biao)與管(guan)道的(de)幾(ji)何(he)參數(shu)等計算流量值(zhi)。其具(ju)有結構簡(jian)單、安裝維(wei)護簡(jian)便、壓(ya)損(sun)小(xiao)、價格(ge)低廉等優(you)點,但(dan)測量精(jing)度(du)低。
 
2測(ce)量方法(fa)
　　流量是(shi)指單位(wei)時間内(nei)通過某個(ge)流通(tong)界面(mian)的流體容(rong)積或質量。在時間測(ce)量應用中(zhong)，通常爲(wei)測(ce)量管(guan)道某(mou)一界面的(de)流速及該截面的面積的乘積(ji)。點流(liu)速(su)計(ji)型插(cha)入式流量(liang)計的(de)流量測量(liang)主要(yao)采用(yong)流速-面積(ji)法計算。按(an)照流速測(ce)量方(fang)式的(de)不同，分爲單點(dian)流速(su)法(即通過(guo)測量(liang)單點流速計算(suan)流量(liang))和平(ping)均流(liu)速法(fa)(測量平均(jun)流(liu)速)。
2.1單點(dian)流速(su)法
　　單(dan)點流(liu)速法(fa)測(ce)量流量(liang)是指在(zai)管(guan)道截面上(shang)隻(zhi)測量一(yi)點流(liu)速以(yi)計算流量(liang)的(de)方法。該(gai)方法(fa)是(shi)通(tong)過測(ce)量圓(yuan)管(guan)道.上任(ren)意半徑，上的流(liu)速和測量(liang)點與(yu)中心線(xian)的距離(li)，再根(gen)據式(shi)(4)計算(suan)圓管(guan)截面(mian)的平(ping)均流(liu)速，從(cong)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)道中介質爲紊(wen)流狀态時，流速(su)分布模型爲:
 
　　其(qi)中，vx一(yi)距離管道(dao)中心(xin)線rx的流速(su),m/s;Umax管道中心線的(de)流速(su)，m/s;r,--流速測點(dian)與管(guan)道(dao)中(zhong)心線(xian)的距(ju)離,m;R一管道(dao)内半(ban)徑,m;n一(yi)随雷諾數不同而變(bian)化的指(zhi)數(shu)。
　　雷諾(nuo)數Re的(de)計算公式(shi)爲:
 
2.2平均流速法(fa)
　　根據(ju)檢(jian)測規程(cheng)中管道(dao)截(jie)面平均流(liu)速(su)位置在(zai)(0.242±0.013)R處，通過測(ce)量管(guan)道的(de)平均(jun)流速(su)與管(guan)道面(mian)積計(ji)算流(liu)量。流量計(ji)算公(gong)式爲:
 
面的面積(ji).m2。
3實驗(yan)方法(fa)與結(jie)果及分析(xi)
　　選擇水流量标(biao)準裝(zhuang)置，管(guan)道直徑300mm,測(ce)量(liang)段.上遊(you)長度(du)約7000mm,下(xia)遊長(zhang)度5000mm,滿(man)足流量計(ji)的安(an)裝要(yao)求，并(bing)選用(yong)一種超聲(sheng)波插(cha)入(ru)式流量(liang)計。其(qi)測(ce)量(liang)原理(li)爲超聲(sheng)波束在(zai)液體(ti)中(zhong)傳(chuan)播時(shi)，流體的流動使(shi)傳播時間(jian)産生(sheng)微小變化(hua)，且傳(chuan)播時(shi)間(jian)的變化(hua)與液體(ti)的流速(su)成正(zheng)比，從而得(de)到液體(ti)的(de)流速(su)。水溫(wen)29.3℃,通過查表(biao)可得取水的運(yun)動粘(zhan)度(du)v=8.2x10-7m2/s,并根據(ju)邊界層效應，平均流速選取(0.242+0.013)R=38.25mm(即(ji)rx=111.75mm)。同時(shi),爲(wei)了使實(shi)驗結(jie)果具(ju)有較(jiao)好的對比性，單(dan)點流(liu)速法選擇(ze)與其相(xiang)接(jie)近的(de)位置(zhi),流量計探(tan)頭安(an)裝位(wei)置rx=110mm,即距離(li)管道内壁(bi)40mm處。兩(liang)種方(fang)法試(shi)驗時(shi)，流(liu)速從0.5m/s開(kai)始，以0.5m/s爲測量間(jian)隔,逐漸将流速(su)增加至(zhi)3.5m/s,測(ce)量不(bu)同流(liu)速時(shi)的标(biao)準流(liu)速與被測流速,并(bing)采(cai)用單(dan)點流速法，以被(bei)測流(liu)速爲基礎(chu)數據計(ji)算(suan)平均(jun)流速(su);然(ran)後(hou)，采用(yong)平均流速(su)法，以被測平均(jun)流速(su)計算被(bei)測(ce)流量(liang)。其中(zhong),平均流速(su)法是(shi)通過(guo)在平均流(liu)速測量點(dian)直接測得(de)流速，并采(cai)用流(liu)速與(yu)流量計(ji)算(suan)公式(shi)得到(dao)流量。将兩(liang)種方法測(ce):量計(ji)算得到(dao)的流量(liang)與标(biao)準流(liu)量進(jin)行計(ji)算,即(ji)可得(de)到示(shi)值誤差。
3.1實(shi)驗結(jie)果
3.1.1單點流(liu)速法(fa)測量數據(ju)
　　單點(dian)流速法測(ce)量數據與(yu)計算結果(guo)如表1所示(shi)。
 
　　由表1可知(zhi),被測平均(jun)流速均小(xiao)于被測流(liu)速，且(qie)差值(zhi)會随(sui)流速(su)的增加(jia)而(er)逐漸變大(da);被測(ce)流速(su)與标準(zhun)流(liu)速存在一(yi)定(ding)的差值(zhi)，當流速(su)在3.5m/s左右(you)時，與(yu)标(biao)準(zhun)流速(su)相差可達(da)0.053m/s,與被測平(ping)均流速差(cha)值約(yue)爲(wei)0.04m/s。差(cha)值産(chan)生的主(zhu)要(yao)原因(yin)是測量管(guan)道的(de)口徑(jing)、超(chao)聲波探(tan)頭的安裝(zhuang)位置(zhi)、雷諾(nuo)數(shu)與(yu)n值的(de)計算取(qu)舍(she)。此外，流量(liang)的(de)穩定性(xing)也是(shi)不可(ke)忽略(lue)的因(yin)素。
3.1.2平(ping)均流(liu)速法(fa)測量(liang)數據(ju)
　　平均(jun)流(liu)速(su)法測(ce)量數據(ju)與計算結果(guo)如表2所示(shi)。
 
　　由表(biao)2可知,通過(guo)流量(liang)計(ji)測量可(ke)得被測平均流(liu)速,可(ke)直接(jie)計算(suan)流量(liang),過(guo)程較爲簡單(dan),且不涉及(ji)雷諾數等(deng)參數(shu),減小(xiao)了(le)附(fu)加誤(wu)差。
3.2實(shi)驗結(jie)果分(fen)析
　　插(cha)入式流量(liang)計适用(yong)于(yu)大口(kou)徑管(guan)道(dao)的測量(liang),實驗選(xuan)用的DN300mm管(guan)道,由于(yu)超(chao)聲探(tan)頭離管壁(bi)較近(jin)，在管(guan)壁摩(mo)擦力(li)的作(zuo)用下(xia),會造成低流速(su)情況(kuang)下邊(bian)界層(ceng)較厚(hou)，影響(xiang)較大,但邊(bian)界層(ceng)會随(sui)流速(su)的增(zeng)加而逐漸(jian)變薄,且大部分(fen)流體處(chu)于(yu)正常(chang)的紊流狀(zhuang)态，影響較(jiao)小，使流速(su)趨于(yu)标(biao)準(zhun)流速。因此，根據表1、表(biao)2的數(shu)據可(ke)知，在(zai)流速(su)相(xiang)近的情(qing)況下，當單點流(liu)速法和平(ping)均流(liu)速法在(zai)低(di)流速(su)時，前(qian)者(zhe)誤差優(you)于後(hou)者,且(qie)二者(zhe)均爲負(fu)值。同時(shi)，随着流速的增(zeng)加，誤(wu)差(cha)值(zhi)會逐(zhu)漸接(jie)近,變爲正值，且(qie)後者(zhe)優于(yu)前者。
4結(jie)論(lun)
　　插入(ru)式流(liu)量計以突(tu)出的優(you)點(dian)被廣(guang)泛應用于各個(ge)領域,但在(zai)校準或使用時需綜(zong)合考(kao)慮管徑與(yu)流速(su)的.大(da)小，一(yi)般适(shi)用于(yu)較大(da)的管(guan)徑，因此，在(zai)管徑确定的情(qing)況下(xia),若(ruo)流速較(jiao)小，則可優(you)先采(cai)用單(dan)點流(liu)速法(fa);若流(liu)速(su)較(jiao)大.則(ze)可采(cai)用(yong)平均流(liu)速法(fa)，從(cong)而(er)減小計算(suan)時對(dui)測量(liang)結果的(de)影(ying)響，進一步(bu)提高(gao)測量(liang)的正(zheng)确率(lü)。該方(fang)法可爲插(cha)入式(shi)流量(liang)計的(de)安裝(zhuang)及使(shi)用提供一(yi)定的理(li)論(lun)依據(ju)。

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