插入式流量計的原理與分（fèn）類

按照流量計的工作（zuò）原理來分類說明不同，插入式（shì）流量計是一類（lèi）按結構形式劃分的流量計，它包括工作原理不同的（de）各種（zhǒng）流量計。之所以這樣分類，是由於插入式（shì）流量計在使用中有一些共同的特點，而正是這些特點促使插入式流量計近年來有了較大的發展（zhǎn），並且從整個流量計的發展趨勢看，它有強大的生命力（lì），在眾多的流量計中（zhōng）占有重要的位置。

1、插入式流量計的分類

目前已經推廣（guǎng）使用的插入式流量計已（yǐ）有多種型式，按插入式流量（liàng）計檢測（cè）頭的工作（zuò）原理可以分成插入式渦輪、插入式渦街、插（chā）入式電磁、均速管和（hé）熱式流量計等;按（àn）插（chā）入式流（liú）量計的測點數可（kě）分為點流型和徑流型兩大類。

1）點流型插入式流量計

點流型插入（rù）式流量計包括（kuò）插入渦輪、插入渦街、插入電磁流量計、靶式流量計及皮托管等。此類流量計實際上是一台流速計，它測量管道中某特定（dìng）位置的（de）局（jú）部流速，然後根（gēn）據管道內的流速分布及儀（yí）表和管道的幾何參數等（děng）推算出流量值。

由於靶式流量計往往將檢（jiǎn）測頭和測（cè）量管做成一體型流量計.並通過測量由於（yú）靶前後的差壓引起的靶受力來測量流量、有自己的流量係數，而且測量（liàng）靶有較大的幾何尺寸.並不是測量一（yī）點（diǎn）的流速，所以人們（men）一般（bān）不將（jiāng）靶式流量計歸在（zài）插入式流量計（jì）的範疇.而作為差壓式（shì）流量（liàng）計的一種（zhǒng）加以討論（lùn）。但從（cóng）結構上（shàng）看，它也屬於一種插入式流量計，管道中的流速分布對測（cè）量有較（jiào）大的（de）影響。

2）徑流型插人（rén）式流量計

徑流型（xíng）插入式流（liú）量計根據管道直徑上流速的綜合值（zhí）來推算流量（liàng）值。它包括均速管流量計（jì）、多（duō）點插入型熱式質量流量計，均速管型插入式電磁流量計及渦街流量計等。與（yǔ）上述同樣的原因，渦街流量（liàng）計雖然在結構上是插入式儀表，但由於其儀表特性和使用特點與大多數插入式流量計有較大的差別，而且，渦街流（liú）量傳感（gǎn）器一般都做成帶測量短管的形式，直接輸出與流量（liàng）成正比的頻（pín）率（lǜ）信號.結構上並不能將（jiāng）旋渦發生體自由地插入或卸出，所以一般並不將渦街流（liú）量計作為插入式流量計的一個品種來討論。

2、插入式流（liú）量計的測量原理

1)點流型插入式流量計的測量原理

點流型（xíng）插入式流量傳感器的結構如圖11-1所示。

它由測量頭（tóu）、插入杆、插入機構、轉換器和測量（liàng）管道等幾個組件構成。使用時將測量頭插（chā）入到管道中某特（tè）定位置(一般為管道軸線處或管（guǎn）道平均流速處)，測量該處（chù）的局部流速，然後根據管內流速分布（bù）和儀（yí）表與管道（dào）的幾何參數等推算得到流過管道的流量值。

對於點流型插入式流量計來說，由（yóu）於測量頭隻（zhī）測量管道中的一點流速，要根據一點的流速來推（tuī）知管道內的平均流速顯然會有很大的困難，管內的流速分（fèn）布及平均流速位置將對測量結果有（yǒu）很大的影響。下麵對頻率信號輸出型測量頭（tóu）和模擬信號輸出型測（cè）量頭等幾種不同類型的（de）插入式流量計來討論（lùn）點流型插入式流量計的測量（liàng）原理。

（1）頻率信（xìn）號輸出（chū）型測量頭

使用頻率（lǜ）信號輸出測量頭的插入式流（liú）量計有插入式渦輪和插入式渦街流量（liàng）計，其流量計算公式為

qv=f/k

式中qv是（shì）體積流（liú）量（m3/s）；f是流（liú）量計頻率輸出信號（hào）（Hz）；K是流量計儀表係數（1/m3）。

流量（liàng）計（jì）儀表係數（shù）K的計算公式為

式中，Ko是測量頭的儀表係（xì）數（1/m）；a是速度（dù）分布係數，它是管道內平均流（liú）速與測量頭處流速的（de）比值，用來修正由於測量頭處的流速與管內平均流速（sù）的差（chà）異造成的影響；β是阻塞係數，用來修正由於插入杆和測量頭（tóu）引起的管道流（liú）通麵積減小及管內速（sù）度（dù）分布畸變（biàn）所造成的（de）影（yǐng）響。γ是幹擾（rǎo）係數，主要用來（lái）修正由於上遊阻流件所（suǒ）引起的速（sù）度分布畸變以及管道所開窗（chuāng）口帶來的影響（xiǎng）。A是測量管橫截麵積，m2。

（2）模擬信號輸出型測量頭

使用模擬信號輸出（chū）測（cè）量頭的（de）插入式（shì）流量計有皮托管（輸出差壓信號，經差壓變送器後（hòu）為電流信號（hào）輸出）和插入（rù）式電磁流（liú）量計(輸出電勢信號)，其流量計算公式為

式中，K是流量計的流量係（xì）數，

Kv是測量頭的流速（sù）係數，

△p是皮托管（guǎn）輸出差壓信號（Pa）；e是插入電磁輸出電勢（shì）信號（V）；ρ是被測介質密度（kg/m3）。

2)點（diǎn）流型插入式流量計有關係數的確定（dìng）

（1）流量計速度分（fèn）布（bù）係數a的確定速度分（fèn）布係數a是管道平均（jun1）流速與測量頭（tóu）所處位置局部流速之比。它限管內流體速度（dù）分布形式有*大的關係。

a、對於光滑管道（dào）.在充分發展紊流（liú）條件下，管內流（liú）速分布的*簡單公式是指數（shù）公式

式中，指數n是一個與雷諾數Re有（yǒu）關的數，一般可用n-1.56lg Re來表示

對於這樣的速度分布，其平均流速

平均流速所在位置為

所以，如果測量頭（tóu）插到軸線處，則速（sù）度分布係數

如果測量頭插到管道平均流速（sù）處，則（zé）速度分布係數a=1。

b、對於粗糙管道，管內流（liú）速分布除與雷諾（nuò）數有關外，還與管道壁麵的相對粗糙度△/D的（de）關係可（kě）用科爾布魯克（Colebrook）公式（shì）來表示

由於上式為一（yī）非顯示方程，應用迭代法（fǎ）求解。初始值λ0按下式估計時，一次牛頓迭代獲得的結果在±0.01%之內。

Teyssandier根據Pai速（sù）度分布公式求得（dé）用於粗糙管平均流速

所以，如果（guǒ）測（cè）*頭（tóu）插到軸線處，則速度分布係數a用下式近似地表示，可獲得較高的（de）測量精度。

如果測量頭插（chā）到管道平（píng）均流速處，則速度分布係數a=1。

根據式11-7和式11-11計算得到的結果列於表11-1所示，a的變化趨勢如（rú）圖11-2所示。