插入式渦街流量計主要用于工業(yè)管道中大口徑氣體、液體、蒸汽介質的流量測量，為了確保其測量的準確性，安裝時注意以下幾點：

1、在需要安裝插入式渦街流量計的管道正上方的水平管道上面必須割開一個直徑為100的圓孔，去掉周邊的毛刺，焊渣。 2、將配套的一端，就是帶有法蘭的短管放在孔的上面，要保持短管與管道的垂直，必須焊接牢固。 3、完成以上步驟之后在圓孔處放上墊片，然后把流量計插入，法蘭連接著，如果有球閥的話，要先把球閥放在短管上連接好再打開球閥，然后再運行流量計。 4、保證介質流動方向與流向指示桿一致，嚴禁扳動流向指示桿。 5、保證流量計前有大于15D的范圍，后面要保證有5D的直管段。 6、直管段的內徑盡可能與傳感器通徑一致，若不能一致，應采用比傳感器通徑略大的管道。 7、被測介質含有較多雜質時，應在傳感器上游直管段要求的長度以外加裝過濾器。 隨著工業(yè)的日益現代化，市政建設的社會化等因素，工業(yè)，市政，能源等所用的管道口徑逐漸增大。采用節(jié)流裝置(如孔板，文丘里管)不僅壓損過大，且結構過于龐大笨重;而采取近期嶄露頭角的超聲流量計，價格又過于昂貴。近二三十年來，插入式流量計以其結構簡單，重量輕，安裝維護簡便，壓損小，價格低廉等優(yōu)點，普遍受到人們的關注與選用。其特點是基于只測管道中一點(或幾點)的流速來推算流量，雖簡單卻隱含了精確度難以提高的缺點。在當前市場經濟的條件下，物流一般要求進行經濟核算。為此，有必要探詢在實際應用條件下，其精確度能否達到不少廠家所宣稱的±1%。

一、插入式流量計的種類與特點

1、種類

對流量儀表的劃分一般是按原理進行的，如節(jié)流，渦街，電磁，超聲等，這些儀表大多通過法蘭安裝在管道上。而插入式流量計顧名思義是以插入形式安裝的流量儀表，通過測量管道中的一點(或幾點)的流速來推算流量的?？梢哉f，凡是可以測量流速大小的儀表，均可以測量流速大小的儀表，均可成為插入式流量計(本文只討論測一點流速的插入式流量計)，這類流量計目前常用的有：

(1)皮托管，是一種經典，較為準確的流速計，幾十年前常用于現場測量，由于易于堵塞，輸出差壓小，現很少用于工業(yè)現場，但仍常用于校驗。

(2)皮托—文丘里管，也稱為雙喇叭管或雙文丘里管，也是基于皮托管測速原理，只是結構上采取了加速，降壓措施，在相同流速條件下，可較皮托管獲得更大的差壓，且不易堵塞，可耐高溫，但精確度不高。

(3)其他如渦街，渦輪，電磁等流量儀表均可反映流速的大小。可將其做成精小的測量頭，通過測量管道中某點的流速來推算流量

2.優(yōu)、缺點

(1)結構簡單，輕便，制造成本較低。
(2)壓損小，運行費用低，是一種節(jié)能儀表。
(3)一種結構可用于多種口徑(限于點速式)，可減少用戶備用數量。
(4)便于包裝，運輸，安裝，維護。
(5)可不斷流進行安裝，拆卸，避免了斷流造成的經濟損失。
(6)管道中的流速分布對測量精確度影響太大，要求直管段長達30D~50D。
(7)現場情況復雜，對其應用有很大影響，難以標準化。
(8)精確度很難提高，一般只能達到±(3~5%)。

二 工業(yè)管道中的流速分布

1.充分發(fā)展紊流

按定義，管道中的流量qv等于管道截面積A乘以通過此截面的軸向流速V，即qv=AV。但由于管道上游的各種阻力件(彎頭，變徑管，岐管，閥門等)的影響，流速分布十分復雜，不僅不是常數，還有徑向分速，漩渦及二次流(圖2)所幸在實際流體的黏性作用下，通過30—50倍管徑長度的直管段后，流速分布將趨于一種較為固定的形式，這種流動稱為充分發(fā)展紊流。幾十年來，工程界約定將這種流動作為流量測量的標準流動

早在1932年，Nikuradse就對光滑管中的這種流動進行了系統(tǒng)測試，并用(1)進行了描述：

V=Vm(y/R)^1/n(1)

式中，V——在測量點的流速；Vm——管道中心的最大流速；y——測量點至管壁的距離；R——管道半徑；n——指數，取決于雷諾數Re，如表1所示。

盡管后來不少人認為，在管壁Y=0及中心Y=(0.8—1)R處，式(1)與實際情況有些出入，但因其簡單，至今仍常用于描述充分發(fā)展紊流。

2.平均流速點yc

由于充分發(fā)展紊流的流速旋轉對稱于軸心，則流量qv可用積分表示：

以上推導得出充分紊流條件下的平均流速點為yc

只需將丈量頭置于yc上，就可得到流量qv或將丈量頭置于管道中心(y=R處，測得流量，再用式(4修正，也可以得到流量qv

3.平均流速點是變化的

從式(1可見，充分發(fā)展紊流速度分布取決于內諾數Re圖3因此平均流速點yc將隨Re變化。

Re數為4103~4106時，yc變化規(guī)范為(0.245~0.254R按ISO7145規(guī)定，取其平均值為yc=0.242±0.013R

而插入式流量計丈量頭固定后，不可能隨Ｒｅ改變，說明即使位置裝置正確，由于Re變化，引入誤差也將達到±0.7%

不只如此，繼Nikurads后，LoganTownrPao等人對粗糙管進行了速度分布測試，認為管壁粗糙度對其也有些影響(圖4)

yc=0.216R且基本不變。對此可舉例說明，PA O甚至認為在粗糙管條件下。如采用直徑為300mm新鋼管，內壁粗糙度ε為0.15則ε/D=0.005可視為光滑管。由于插入式流量計一般使用的管徑都大于300mm所以很少出現pao所說的管壁粗糙度也有影響的情況。

實用中往往為便于安裝，將丈量頭置于管道中心，此處速度分布平坦，變化梯度趨于零，避開了因此帶來的丈量誤差。

但此處所測流速不是平均流速Vc而是最大流速Vm

因此還需系數Vc/Vm修正，才是流量qv系數Vc/Vm也將隨雷諾數Ｒｅ及粗糙度ε的變化而變化(圖5）

三、影響流量精確度的因素

1.流速分布

以上分析的前提是測量頭必須處于充分發(fā)展紊流中，要滿足這個條件，其上游直管段的長度Ｌ就應達到如表2所示的要求。由于插入式流量計多用于大口徑管道，在實際應用中，很難達到表2所示的要求，由此將帶來較大的誤差。

初步測試表明：這種以測點速確定流量的插入式流量計，當直管段Ｌ不足8D時，流速誤差將達到±(10-15)%；L達到15D后，可減小大±(5-8)%；而如果直管段長度達到表2所示的要求時，僅受雷諾數Re及粗糙度的影響，可控制在±(0.7-1)%。附帶說，如采用測多點流速插入式流量計(如均速管，即使直管段只有8D—10D，精確度也將會提高不少。

2.阻塞度

插入式流量計的插入桿及測量頭將減少測量截面，改變流速大小及分布，由此帶來流量測量的偏差用σs/s來表示。

阻塞系統(tǒng)S可表示為

3.速度梯度

如測量頭定在平均流速點ye處，此處的速度分布具有較大的速度梯度dv/dy根據PiandtVon,Karman理論，實測的流速并不是丈量頭中心的流速，還取決于阻力系數λ，速度梯度dv/dy為，如采用一般鋼管λ=0.03，則dv/dy=0.64.

4.截面積

插入式流量計的丈量頭只能反映流速的大小，要進行流量丈量還必需知道截面積A

但是實際應用中很少(也不太可能)拆開管道來精確丈量管道的截面積。按ISO7145建議，通過丈量管道外部周長P

根據用戶提供的壁厚e可確定管道的截面積。由于管壁上往往有突起物(如焊縫)所以需要△P予以修正。

式中a突起物的高度

插入式流量計不同于法蘭式流量儀表，流量精確度往往取決于這個易于忽悠而又十分重要的截面積參數。但其周長VDE丈量往往僅采用精確度很差的卷尺；而用戶提供的壁厚資料又常忽略了管壁的銹蝕，積垢等因素，因此截面積的規(guī)范偏差估計應在±1%以上。

5.流速

這里說的流速是指丈量頭所測得流速精確度。如果丈量頭每支都進行流速標定，則插入式流量計的精確度取決于丈量頭本身，顯示儀表及檢驗裝置等幾項的精確度。如認真對待，有可能達到±1%,這可能就是不少廠家所宣稱其生產的插入式流量計的精確度。要強調指出的這只是流速精確度，而不是流量精確度。

四 流量精確度的估算

1.誤差的傳遞

流量qv是一些獨立參數X1，X2……Xn的綜合推導量，如σX1，σX2……σXn是對各獨立參數標準偏差的估計值。根據誤差傳送理論，流量的規(guī)范偏差σqv應為：

流量儀表的精確度即計量術語中的不確定e95%置信度范圍內，應是該參數規(guī)范偏差σ的2倍。即：

2.精確度的估算

(1)測量頭位于平均流速點處

如上所述，當插入式流量計丈量頭位于截面平均流速點處時，影響精確度的因素有速度分布，阻塞度，截面積，速度階梯，流速。其流量的精確度為：

式中σV/V由于速度分布的原因，所測的流速不是平均流速點的流速而引起的規(guī)范誤差，

與直管段長度L有關，當L達到表2所示的要求時，σV/V取0.007~0.01當L=8D時，σV/V取0.1~0.15當L=15D時，σV/V取0.05~0.08

σV/V截面積測量的規(guī)范偏差，按常規(guī)測量，取0.008~0.015

σS/S因阻塞而引起的規(guī)范偏差，一般為0.0025~0.0075此處取0.005

σy1因速度梯度影響發(fā)生的規(guī)范偏差，根據有關資料，dv/dy=0.64σy1=0.067

σy2因丈量頭位置裝置不準發(fā)生的規(guī)范偏差，σy2=0.01

取0.008~0.01σV0/V0丈量頭的速度規(guī)范偏差。

將以上各項代入式(10當L達到表2所示的要求時：

2當丈量頭位于管道中心處時

五、幾點說明和建議

(1)評估的精確度僅供參考

本文對插入式流量計的精確度進行了量的評估，估計了各種影響因素的大小，雖有一定的依據，且就低不就高，也僅供參考，并非不可變更的。在今后的實用中，如減少了某些因素的偏差，總的精確度當然可能提高。但要達到±1%目前還是不可能的。

(2)流速分布式決定因素

當直管段長度L達到表2的要求時，管內流動的為充分發(fā)展紊流，流速分布帶來的偏差σV/V僅取決于雷諾數Re及粗糙度ε大致為0.007~0.01，與其他因素的偏差接近，而其他偏差仍將起作用。而當L達不到表2的要求時，σV/V將可能達到0.05~0.15，大于其他偏差近10倍，如平方后則大于百倍，成為影響精確度的決定性因素。它說明了即使生產廠家將測量頭的精確度提的再高，由于使用條件達不到要求，對提高流量精確度將無濟于事，難以奏效。

(3)流場調整器(FlowConditioners)的作用

為解決現場直管段短又要獲得理想流場的矛盾，40年來，不少人為此努力并研制了不少流場調整器，如Zanker, Sprenkle, AGA, ASME, AMCA等。它們的結構基本有管束及多孔板組成，實用中將帶來壓損大，安裝煩瑣，增加成本等弊端，使采用插入式流量計的優(yōu)點蕩然無存。因此，在采用插入式流量計的應用中并未被廣泛推廣采用。是否可研制一種擺脫管束，多孔板結構的新型流場調整器呢？

(4)應該重視流場的基礎研究

迄今為止，以上討論都基于無論管內是否為充分發(fā)展紊流，測量頭都必須安裝在平均流速點0.242R或管道中心處，到達不到表2的要求時，測量精確度將非常低、設想如果對一典型阻力件后的流場進行系列的詳細測試研究，即或只是粗略的描述，能在不同阻力件后不同長度上找到平均流速點的相應位置，或是軸心流速與平均流速的修正函數，就有可能大大提高插入式流量計的精確度，擺脫直管段長度不足，精確度過低的困擾。

(5)檢測與計量是不同的概念

在自控系統(tǒng)中，檢測儀表是系統(tǒng)的信息源頭，它的輸出信息與被檢參數的函數關系應單一，穩(wěn)定，可以是簡單的線性，而并不要求測出被檢參數的確切值。而計量則不同，它往往用于經濟核算，必須知道所測參數的確切值。檢測與計量可以說采用基本相同的手段(儀表)，而要達到的目的卻有所側重。作為自控系統(tǒng)中信息源頭的檢測儀表，往往更關心其重復性，也確有人把它說成精確度，顯然，這是有區(qū)別的。對插入式流量儀表來說，只要在距離阻力件后一段距離，流動不再有旋渦，迥流區(qū)，它的重復性一般較好，可以用于自控系統(tǒng)中，特別是在較大口徑管道難以采用其他流量計的場合。

插入式渦街流量計主要技術指標

　　插入式渦街流量計是根據卡門渦街原理研,應用壓電檢測技術而發(fā)展起來的一種新型節(jié)能大口徑流量儀表，廣泛應用于化工、紡織、鋼鐵、冶金、橡膠、機械、輕工、電力、醫(yī)藥、石油等行業(yè)的大中型管道介質的流量計量。

　　產品特點：

　　1、插入式渦街流量計輸出與流量成正比的脈沖信號，也可輸出4～20mADC電流信號。

　　2、輸出信號頻率不受流體物理參數（如溫度、壓力、密度、成分等）的影響。

　　3、壓力損失極小

　　4、量程范圍寬，最小流量值測得很低

　　5、只要改變插入桿的長度即可測量不同口徑管道的流量，通用性強，一次投資少，可大大減少用戶備用儀表數量。

　　主要技術指標：

　　被測介質：液體、氣體、蒸汽等。

　　公稱通徑：DN600mm~DN1000mm

　　精度等級：2.5

　　介質溫度：≤250℃

　　公稱壓力：1.6MPa

　　環(huán)境條件：溫度-40～+55℃

　　相對濕度5％～90％

　　大氣壓力：86～106KPa

　　標準信號輸出型（訂貨時應注明）

　　模擬電壓：0/1～5VDC最小負載電阻500歐姆

　　模擬電流：0/2～10mADC最大負載電阻250歐姆

　　輸出示式：負載接地三線制式

　　轉換精度：±0.5％滿度值

　　供電電源：12～24VDC

　　

標簽: 插入式渦街流量計

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