摘要(yào):插入式(shi)流量計(ji)
結構和(hé)原理,以(yǐ)及兩種(zhong)常用測(ce)量方法(fa)的理論(lun)依據,并(bing)在💘此基(jī)礎🥵上,設(shè)計了一(yī)種插入(rù)式流量(liàng)計在水(shui)流量标(biāo)準裝置(zhi)上的不(bu)同流✍️速(su)實驗。通(tōng)過對數(shù)據分析(xī),爲插入(ru)式流量(liang)計的校(xiào)準和使(shi)用提供(gong)了更有(you)效的方(fang)法。
0引言(yan)
随着現(xiàn)代工業(ye)的不斷(duan)發展,流(liu)量計已(yǐ)成爲生(shēng)産過程(cheng)中的一(yi)個重要(yào)部件。由(yóu)于大多(duō)數流量(liàng)計采用(yong)管🌂道法(fa)🤞蘭式結(jié)構，當出(chū)現故障(zhàng)時，需停(ting)止生産(chan)才可進(jìn)行維修(xiū)、保養;而(er)👨❤️👨插入式(shì)流量計(ji)的特殊(shū)❗結構形(xing)式,可在(zài)不停止(zhǐ)生産的(de)狀态下(xia)進行。因(yin)此，爲确(que)保長期(qī)工作中(zhōng)流量計(jì)的計量(liang)準确性(xìng),需定期(qī)進行量(liàng)值溯源(yuán)☔。同時，由(you)于在實(shí)驗室進(jìn)行校準(zhǔn)時,要求(qiu)該流量(liàng)計在👣滿(man)足安裝(zhuang)要求的(de)情況下(xià)，應具有(you)高的精(jing)度等級(ji),增加🛀了(le)校準難(nan)度。因此(ci)，需在不(bú)改變現(xiàn)有實驗(yàn)裝置的(de)情況下(xia)，選㊙️擇一(yī)種較爲(wei)合适的(de)📞測量方(fang)法。
1結構(gòu)與原理(lǐ)
插入式(shi)流量計(ji)是以插(chā)入形式(shì)安裝的(de)流量儀(yí)表命名(ming)🏃♀️，典㊙️型🌈的(de)電流速(sù)計型插(cha)入式流(liú)量計由(you)測量頭(tou)、插入杆(gan)、插入機(ji)構、轉換(huan)器和儀(yí)表殼體(tǐ)(測量管(guan)道)構成(cheng)。目前,主(zhǔ)要包括(kuò)點流速(sù)計型和(he)徑流速(su)計型。其(qi)中,國内(nei)使用較(jiào)多的爲(wei)點流速(su)計型插(chā)入式流(liú)量計。其(qi)結構如(rú)圖1所示(shi)。首先,使(shǐ)用測量(liang)頭插入(ru)管道中(zhong)某一特(te)定位置(zhì),并測量(liàng)局部流(liu)速;然後(hòu)，根據管(guǎn)道内流(liu)速分布(bu)及儀表(biao)與管道(dao)的幾何(he)參數等(deng)計🌈算流(liú)量值。其(qí)具有結(jié)構簡單(dan)、安裝維(wei)⭐護簡便(biàn)、壓損小(xiǎo)、價格低(dī)廉等優(yōu)點,但測(cè)量精度(dù)低。
2測量(liang)方法
流(liú)量是指(zhi)單位時(shi)間内通(tong)過某個(gè)流通界(jie)面的流(liú)體容積(ji)或質🐆量(liang)。在時間(jiān)測量應(ying)用中，通(tōng)常爲測(cè)量管道(dào)某一界(jiè)面的流(liu)速及該(gai)截面的(de)面積的(de)乘積。點(dian)流速計(ji)型插入(ru)式流量(liang)計的流(liú)量測量(liàng)主要采(cǎi)用流速(sù)-面積法(fǎ)計算㊙️。按(àn)照流速(su)測量方(fāng)式的不(bú)同，分爲(wèi)單點流(liú)速法(即(jí)通過測(cè)量單點(diǎn)流☎️速計(jì)算流量(liang)😄)和平均(jun1)流速法(fa)(測量平(píng)均流速(su))。
2.1單點流(liu)速法
單(dān)點流速(su)法測量(liàng)流量是(shì)指在管(guǎn)道截面(miàn)上隻測(ce)量一點(dian)流📧速⚽以(yǐ)計算流(liu)量的方(fang)法。該方(fang)法是通(tong)過測量(liang)圓管道(dào).上⛷️任意(yi)半徑，上(shàng)的流速(su)和測量(liàng)點與中(zhōng)心線的(de)距離，再(zai)根據式(shì)(4)計算圓(yuán)管截面(mian)的平均(jun1)流速，從(cong)而得到(dào)管道截(jie)面的流(liu)量。
根據(ju)流體力(lì)學理論(lùn)，當管道(dào)中介質(zhi)爲紊流(liú)狀态時(shí)，流速分(fen)布模型(xíng)爲:
其中(zhōng)，vx一距離(li)管道中(zhong)心線rx的(de)流速,m/s;Umax管(guan)道中心(xīn)線的流(liu)速，m/s;r,--流速(su)測🎯點與(yu)管道中(zhōng)心線的(de)距離,m;R一(yi)管道内(nei)半徑,m;n一(yī)随雷諾(nuò)數不同(tong)而變化(hua)的指數(shù)。
雷諾數(shu)Re的計算(suàn)公式爲(wei):
2.2平均流(liu)速法
根(gēn)據檢測(cè)規程中(zhong)管道截(jié)面平均(jun1)流速位(wèi)置在(0.242±0.013)R處(chù)，通過測(ce)量管道(dào)的平均(jun)流速與(yu)管道面(mian)積計算(suàn)流量。流(liu)量計算(suan)公式爲(wèi):
面的面(miàn)積.m2。
3實驗(yan)方法與(yǔ)結果及(ji)分析
選(xuǎn)擇水流(liu)量标準(zhun)裝置，管(guǎn)道直徑(jing)300mm,測量段(duan).上遊長(zhang)度約🌂7000mm,下(xia)✊遊長度(dù)5000mm,滿足流(liú)量計的(de)安裝要(yào)求，并選(xuan)用一種(zhǒng)超聲波(bo)插💔入式(shì)流量計(jì)。其測量(liàng)原理爲(wei)超聲波(bō)束在液(ye)體中傳(chuán)播時💛，流(liu)體的💋流(liú)動使傳(chuan)播時間(jian)産生微(wei)小變化(hua)，且傳播(bō)時間的(de)變化與(yu)液體的(de)流速成(chéng)正比，從(cóng)而得到(dào)液體的(de)流速。水(shui)溫29.3℃,通過(guò)查表可(kě)得取水(shui)的運動(dòng)粘度v=8.2x10-7m2/s,并(bìng)根據邊(biān)界層效(xiào)應，平均(jun)流速選(xuan)取(0.242+0.013)R=38.25mm(即🙇♀️rx=111.75mm)。同(tóng)時‼️,爲了(le)使實驗(yan)結果具(jù)有較好(hao)的對比(bi)性，單點(dian)流速法(fǎ)🐅選擇與(yǔ)其相接(jie)近的位(wei)置,流量(liàng)計探頭(tou)安🥵裝位(wei)置rx=110mm,即距(jù)離管道(dào)内壁40mm處(chù)。兩種方(fāng)法試🧑🏽🤝🧑🏻驗(yàn)時，流速(sù)從0.5m/s開始(shǐ)，以0.5m/s爲測(cè)量間隔(gé),逐漸将(jiāng)流速✔️增(zeng)加至3.5m/s,測(cè)量不同(tóng)流速時(shí)🙇🏻的标準(zhun)流速✍️與(yu)被測流(liu)速,并采(cai)用單點(dian)流速法(fǎ)，以被測(ce)流速爲(wèi)基礎數(shù)據計算(suan)平均流(liú)💋速;然後(hou)，采用平(ping)均流速(su)法，以🤩被(bei)測平均(jun1)流速計(ji)算被測(ce)流量☀️。其(qí)中,平均(jun)流速法(fa)是通過(guò)在平均(jun1)流速測(cè)量點直(zhí)接測得(dé)流速☂️，并(bìng)采用流(liú)速與流(liú)量計算(suàn)公式得(dé)到流量(liàng)。将兩種(zhong)方法測(cè):量計算(suan)得到的(de)流量與(yǔ)标準流(liú)量進🔞行(háng)計算,即(ji)可得到(dào)示值誤(wù)差。
3.1實驗(yàn)結果
3.1.1單(dān)點流速(sù)法測量(liang)數據
單(dān)點流速(sù)法測量(liang)數據與(yu)計算結(jié)果如表(biao)1所示。
由(you)表1可知(zhī),被測平(píng)均流速(su)均小于(yú)被測流(liú)速，且差(cha)值會随(suí)流🏃♀️速的(de)增加而(ér)逐漸變(biàn)大;被測(ce)流速與(yu)标準流(liu)♻️速存在(zai)一定的(de)差值，當(dāng)流速在(zài)3.5m/s左右時(shí)，與标準(zhun)流速相(xiàng)差可達(dá)0.053m/s,與被測(cè)平均流(liu)速差值(zhí)約爲0.04m/s。差(chà)值産生(sheng)的✌️主要(yào)原因是(shì)測量管(guan)道的口(kou)徑、超聲(sheng)波探頭(tóu)的安裝(zhuang)位置、雷(léi)諾數與(yǔ)n值的計(jì)算取舍(shě)。此外，流(liú)🐉量的穩(wen)定性也(yě)是不可(kě)忽📐略的(de)因素。
3.1.2平(ping)均流速(sù)法測量(liàng)數據
平(píng)均流速(sù)法測量(liang)數據與(yǔ)計算結(jie)果如表(biao)2所示。
由(yóu)表2可知(zhī),通過流(liú)量計測(ce)量可得(dé)被測平(ping)均流速(sù),可直🌈接(jie)計算⭐流(liú)量,過程(cheng)較爲簡(jiǎn)單,且不(bu)涉及雷(léi)諾數等(deng)參數,減(jiǎn)小了附(fu)加誤差(cha)。
3.2實驗結(jié)果分析(xī)
插入式(shì)流量計(ji)适用于(yú)大口徑(jing)管道的(de)測量,實(shi)驗選👅用(yòng)的DN300mm管道(dào),由于超(chāo)聲探頭(tóu)離管壁(bi)較近，在(zai)管壁摩(mó)擦力的(de)作用下(xià),會造成(chéng)低流速(sù)情況下(xià)邊界層(céng)較厚，影(yǐng)👌響較大(da),但邊界(jiè)層會随(suí)流速的(de)增加而(ér)逐漸變(biàn)薄,且大(dà)部分流(liú)體處于(yú)正常的(de)紊流狀(zhuang)态，影響(xiang)較小，使(shi)流速趨(qū)于标準(zhun)流速。因(yin)此，根據(jù)表1、表2的(de)數據可(kě)知，在流(liu)速相近(jìn)的情況(kuàng)下，當單(dan)點流速(su)🚶♀️法和平(píng)均流速(su)法在低(dī)流速時(shí)，前者誤(wu)差優于(yu)🚶♀️後者,且(qiě)二者均(jun)爲負值(zhí)。同時，随(suí)着流速(su)的增加(jiā)🌈，誤差值(zhi)會逐漸(jian)接近🌈,變(biàn)爲正值(zhí)，且後者(zhě)優于前(qian)者。
4結論(lùn)
插入式(shì)流量計(ji)以突出(chu)的優點(dian)被廣泛(fan)應用于(yú)各個領(ling)域,但在(zai)🏃🏻♂️校準或(huò)使用時(shi)需綜合(hé)考慮管(guǎn)徑與流(liú)速的.大(da)小，一般(ban)适用于(yú)🏃♂️較大的(de)管徑，因(yin)此，在管(guan)徑确定(ding)👉的情況(kuàng)下,若流(liú)速較小(xiǎo)❄️，則可優(you)先采用(yong)單點流(liu)速法;若(ruò)流速較(jiào)大.則可(kě)采用平(píng)均流速(sù)法，從而(er)🏃♀️減小計(jì)算時對(duì)測量結(jie)果的影(yǐng)響，進一(yi)步提高(gao)測量的(de)正确率(lǜ)。該方法(fǎ)可爲插(cha)入式流(liu)量計的(de)安裝及(jí)使用提(ti)供一定(dìng)的理論(lun)依據。
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