摘(zhāi)要:插入式(shì)流量計 結構(gòu)和(hé)原理(lǐ),以及(jí)兩種常用(yòng)測量方法的理(lǐ)論依(yī)據,并(bìng)在此基礎上,設(shè)計了一種插入(rù)式流(liú)量計在水(shuǐ)流量(liàng)标準裝(zhuāng)置上的(de)不同流速實驗(yàn)。通過對數據分析,爲插(chā)入(rù)式流(liú)量計(jì)的校準和(hé)使用(yòng)提供了更(gèng)有效的(de)方(fāng)法。
0引(yǐn)言
　　随着(zhe)現(xiàn)代工(gōng)業的不(bú)斷(duàn)發展(zhǎn),流量計已(yǐ)成爲(wèi)生産過程(chéng)中的(de)一個重要部件(jiàn)。由于(yú)大多(duō)數流(liú)量計采用管道(dào)法蘭式結(jié)構，當(dāng)出現(xiàn)故障時，需(xū)停止生(shēng)産才可(kě)進行維(wéi)修、保養(yǎng);而插入(rù)式流量(liàng)計的(de)特殊結構(gòu)形式,可(kě)在(zài)不停(tíng)止生産的狀(zhuàng)态下進行。因此，爲确保長期工作(zuò)中流(liú)量(liàng)計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)确性,需定(dìng)期進行量(liàng)值溯源。同時，由于在(zài)實驗室(shì)進行校(xiào)準時,要求該流量計在(zài)滿(mǎn)足安(ān)裝要(yào)求(qiú)的情況(kuàng)下，應具(jù)有(yǒu)高的(de)精度等(děng)級,增加了校(xiào)準難(nán)度。因(yīn)此(cǐ)，需(xū)在不改變(biàn)現有實(shí)驗(yàn)裝(zhuāng)置的情(qíng)況下，選擇(zé)一種較爲合适(shì)的測量方法。
1結構與原理(lǐ)
　　插入(rù)式流(liú)量(liàng)計是(shì)以(yǐ)插入形式安裝(zhuāng)的流量儀表命(mìng)名，典型的(de)電流速計型插入式(shì)流量(liàng)計由(yóu)測量(liàng)頭、插入杆(gǎn)、插入(rù)機構、轉換(huàn)器和(hé)儀表殼(ké)體(測量管道)構(gòu)成。目前(qián),主要包(bāo)括點(diǎn)流(liú)速計(jì)型和(hé)徑流速計型。其中,國内使(shǐ)用較(jiào)多的爲點流速計型(xíng)插入式(shì)流量計(jì)。其結(jié)構如圖1所(suǒ)示。首先,使(shǐ)用測(cè)量頭(tóu)插入管道(dào)中某一特定位(wèi)置,并(bìng)測量局部(bù)流速;然後(hòu)，根據(jù)管道内(nèi)流速分(fèn)布及儀表與管(guǎn)道的幾何參數(shù)等計算流(liú)量(liàng)值(zhí)。其具有結(jié)構簡(jiǎn)單、安裝維護簡便、壓損小、價格(gé)低廉等優(yōu)點,但(dàn)測量(liàng)精度低。
 
2測(cè)量方法
　　流(liú)量是指單位時間内(nèi)通過某個(gè)流通(tōng)界面(miàn)的流體容(róng)積或質量(liàng)。在時間測量應(yīng)用中(zhōng)，通常爲(wèi)測(cè)量管(guǎn)道某(mǒu)一(yī)界面的(de)流速(sù)及該(gāi)截面(miàn)的面(miàn)積的乘積(jī)。點流速計(jì)型插(chā)入式流量計的(de)流量測量(liàng)主要(yào)采用流速(sù)-面積(jī)法計(jì)算。按照流(liú)速測(cè)量方式的不同(tóng)，分爲(wèi)單點流速法(即通過(guò)測量單(dān)點流速(sù)計算(suàn)流量)和平(píng)均流速法(fǎ)(測量(liàng)平均流(liú)速)。
2.1單點(diǎn)流速(sù)法
　　單(dān)點流(liú)速法(fǎ)測量流量(liàng)是指在(zài)管道(dào)截面上隻測(cè)量一(yī)點流速以計算(suàn)流量的(de)方法。該方法是通過測(cè)量圓(yuán)管道.上任(rèn)意半(bàn)徑(jìng)，上(shàng)的流速和測量點與(yǔ)中心線(xiàn)的距離(lí)，再(zài)根據式(4)計算(suàn)圓管截面(miàn)的平(píng)均流速，從而得(dé)到管道截(jié)面的(de)流量(liàng)。
根據流體(tǐ)力(lì)學理論(lùn)，當管(guǎn)道中介質爲紊(wěn)流狀态時(shí)，流速(sù)分布(bù)模(mó)型爲:
 
　　其中，vx一距離管道(dào)中心線rx的流速(sù),m/s;umax管道中心(xīn)線(xiàn)的(de)流速，m/s;r,--流(liú)速(sù)測點(diǎn)與管(guǎn)道中心線的距(jù)離,m;r一(yī)管道(dào)内半徑,m;n一随雷諾數(shù)不(bú)同而變(biàn)化的指數。
　　雷諾數re的計算公式(shì)爲:
 
2.2平均流速法
　　根(gēn)據(jù)檢測(cè)規程(chéng)中管道截(jié)面平均流(liú)速(sù)位(wèi)置在(zài)(0.242±0.013)r處，通過測(cè)量管(guǎn)道的平均(jun1)流速與(yǔ)管道面(miàn)積計(jì)算流量。流量(liàng)計(jì)算公式(shì)爲(wèi):
 
面的面積(jī).m2。
3實(shí)驗方法與結(jié)果及(jí)分析(xī)
　　選擇水流量标(biāo)準裝(zhuāng)置(zhì)，管(guǎn)道(dào)直(zhí)徑300mm,測(cè)量段.上遊(yóu)長度約7000mm,下(xià)遊長(zhǎng)度5000mm,滿(mǎn)足(zú)流量計的安(ān)裝要求，并(bìng)選用一種超聲(shēng)波插入式流量(liàng)計。其(qí)測量原理(lǐ)爲超聲(shēng)波(bō)束在(zài)液(yè)體中傳播時(shí)，流體的流動(dòng)使(shǐ)傳播(bō)時間産生(shēng)微小變化(huà)，且傳(chuán)播時間(jiān)的變化(huà)與液體(tǐ)的(de)流速(sù)成正比，從而得(dé)到液體(tǐ)的(de)流速。水溫(wēn)29.3℃,通過查表(biǎo)可得取水(shuǐ)的運(yùn)動粘度v=8.2x10-7m2/s,并根據(jù)邊界(jiè)層效應，平均流(liú)速選取(0.242+0.013)r=38.25mm(即(jí)rx=111.75mm)。同時,爲了使實驗結(jié)果具有較(jiào)好的對(duì)比(bǐ)性，單(dān)點流速法選擇(zé)與其相接近的位置,流(liú)量計探(tàn)頭安裝位置rx=110mm,即(jí)距(jù)離(lí)管道内壁(bì)40mm處。兩(liǎng)種方法試(shì)驗時，流速(sù)從0.5m/s開(kāi)始，以0.5m/s爲測量間隔,逐(zhú)漸将(jiāng)流速(sù)增加至3.5m/s,測量不同流速時(shí)的标準流速與被測(cè)流速,并(bìng)采(cǎi)用單(dān)點流(liú)速(sù)法(fǎ)，以被(bèi)測(cè)流(liú)速(sù)爲基礎(chǔ)數據計算平均流速;然(rán)後(hòu)，采用平均流速法，以(yǐ)被測平(píng)均流速(sù)計(jì)算(suàn)被測流量(liàng)。其中(zhōng),平均流速(sù)法是通過在平(píng)均流速(sù)測量點直接測得流速(sù)，并采用流(liú)速與(yǔ)流量計算公(gōng)式(shì)得到流量。将兩(liǎng)種方法(fǎ)測:量計(jì)算得到的流量與标準流量進行計算,即可得(dé)到示值誤差。
3.1實(shí)驗結(jié)果(guǒ)
3.1.1單點流速法測量數據(jù)
　　單(dān)點流速法測(cè)量數(shù)據(jù)與計算結果如表1所示(shì)。
 
　　由表1可(kě)知(zhī),被測(cè)平均(jun1)流速均小(xiǎo)于被測流速，且(qiě)差值(zhí)會随流速(sù)的增(zēng)加而逐漸(jiàn)變大;被測流速與标(biāo)準流(liú)速存在一定的差值(zhí)，當流速在(zài)3.5m/s左(zuǒ)右時，與标準(zhǔn)流速(sù)相差可達(dá)0.053m/s,與被(bèi)測平均流速差(chà)值約爲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(tàn)頭的(de)安(ān)裝位置(zhì)、雷諾數與n值的(de)計算(suàn)取舍(shě)。此(cǐ)外(wài)，流量(liàng)的穩定性(xìng)也是不可忽略(luè)的因素。
3.1.2平(píng)均流(liú)速法測量數據
　　平均流速法測(cè)量數據(jù)與(yǔ)計算結果(guǒ)如表2所示(shì)。
 
　　由表2可(kě)知,通過(guò)流量計測量可(kě)得被測平均流(liú)速,可直接計算(suàn)流量(liàng),過程較爲簡單,且不涉及雷諾數等(děng)參數(shù),減小了附加(jiā)誤(wù)差。
3.2實驗結(jié)果分析
　　插入(rù)式流量(liàng)計适(shì)用于大口徑管道的測量(liàng),實驗選用的dn300mm管道,由于(yú)超聲探(tàn)頭離管壁(bì)較近(jìn)，在管壁摩擦力(lì)的作(zuò)用(yòng)下,會造(zào)成低(dī)流(liú)速情況(kuàng)下邊(biān)界層(céng)較厚(hòu)，影響(xiǎng)較(jiào)大(dà),但邊(biān)界層會随流速(sù)的增(zēng)加而逐漸(jiàn)變薄,且(qiě)大部分(fèn)流體處(chù)于(yú)正常(cháng)的紊流(liú)狀(zhuàng)态，影(yǐng)響較小，使流速(sù)趨于标準(zhǔn)流速(sù)。因此(cǐ)，根(gēn)據表(biǎo)1、表(biǎo)2的數據可知，在(zài)流速(sù)相近的情況下，當單(dān)點流(liú)速法和(hé)平均流(liú)速法(fǎ)在低(dī)流速時，前者誤差優(yōu)于後者(zhě),且二者(zhě)均爲(wèi)負值。同時(shí)，随(suí)着流速的增(zēng)加，誤(wù)差值會逐(zhú)漸接近,變爲正(zhèng)值，且(qiě)後者優于(yú)前者。
4結論
　　插入式流(liú)量計以突(tū)出的優點被廣泛應用于各個(gè)領域,但在(zài)校準或使(shǐ)用時需綜(zōng)合考慮管徑與流速的(de).大小(xiǎo)，一(yī)般适(shì)用于(yú)較大(dà)的管徑，因此，在(zài)管徑确定(dìng)的情況下(xià),若流速較(jiào)小，則可優先(xiān)采(cǎi)用單(dān)點(diǎn)流速法(fǎ);若流速(sù)較大.則可采用平均流(liú)速法，從而減小(xiǎo)計算時對測量結果的影響，進一步提高(gāo)測量的正确率(lǜ)。該方法可(kě)爲插入式(shì)流量計的安裝及使(shǐ)用(yòng)提(tí)供一(yī)定的(de)理(lǐ)論依據。

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