插入式渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道中大口徑氣體、液體、蒸汽介質(zhì)的流量測(cè)量，為了確保其測(cè)量的準(zhǔn)確性，安裝時(shí)注意以下幾點(diǎn)：

1、在需要安裝插入式渦街流量計(jì)的管道正上方的水平管道上面必須割開(kāi)一個(gè)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(jì)插入，法蘭連接著，如果有球閥的話(huà)，要先把球閥放在短管上連接好再打開(kāi)球閥，然后再運(yùn)行流量計(jì)。 4、保證介質(zhì)流動(dòng)方向與流向指示桿一致，嚴(yán)禁扳動(dòng)流向指示桿。 5、保證流量計(jì)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(nèi)徑盡可能與傳感器通徑一致，若不能一致，應(yīng)采用比傳感器通徑略大的管道。 7、被測(cè)介質(zhì)含有較多雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)在傳感器上游直管段要求的長(zhǎng)度以外加裝過(guò)濾器。 隨著工業(yè)的日益現(xiàn)代化，市政建設(shè)的社會(huì)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(guò)大，且結(jié)構(gòu)過(guò)于龐大笨重;而采取近期嶄露頭角的超聲流量計(jì)，價(jià)格又過(guò)于昂貴。近二三十年來(lái)，插入式流量計(jì)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，安裝維護(hù)簡(jiǎn)便，壓損小，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，普遍受到人們的關(guān)注與選用。其特點(diǎn)是基于只測(cè)管道中一點(diǎn)(或幾點(diǎn))的流速來(lái)推算流量，雖簡(jiǎn)單卻隱含了精確度難以提高的缺點(diǎn)。在當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的條件下，物流一般要求進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算。為此，有必要探詢(xún)?cè)趯?shí)際應(yīng)用條件下，其精確度能否達(dá)到不少?gòu)S家所宣稱(chēng)的±1%。

一、插入式流量計(jì)的種類(lèi)與特點(diǎn)

1、種類(lèi)

對(duì)流量儀表的劃分一般是按原理進(jìn)行的，如節(jié)流，渦街，電磁，超聲等，這些儀表大多通過(guò)法蘭安裝在管道上。而插入式流量計(jì)顧名思義是以插入形式安裝的流量?jī)x表，通過(guò)測(cè)量管道中的一點(diǎn)(或幾點(diǎn))的流速來(lái)推算流量的?？梢哉f(shuō)，凡是可以測(cè)量流速大小的儀表，均可以測(cè)量流速大小的儀表，均可成為插入式流量計(jì)(本文只討論測(cè)一點(diǎn)流速的插入式流量計(jì))，這類(lèi)流量計(jì)目前常用的有：

(1)皮托管，是一種經(jīng)典，較為準(zhǔn)確的流速計(jì)，幾十年前常用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，由于易于堵塞，輸出差壓小，現(xiàn)很少用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，但仍常用于校驗(yàn)。

(2)皮托—文丘里管，也稱(chēng)為雙喇叭管或雙文丘里管，也是基于皮托管測(cè)速原理，只是結(jié)構(gòu)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?jī)x表均可反映流速的大小。可將其做成精小的測(cè)量頭，通過(guò)測(cè)量管道中某點(diǎn)的流速來(lái)推算流量

2.優(yōu)、缺點(diǎn)

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕便，制造成本較低。
(2)壓損小，運(yùn)行費(fèi)用低，是一種節(jié)能儀表。
(3)一種結(jié)構(gòu)可用于多種口徑(限于點(diǎn)速式)，可減少用戶(hù)備用數(shù)量。
(4)便于包裝，運(yùn)輸，安裝，維護(hù)。
(5)可不斷流進(jìn)行安裝，拆卸，避免了斷流造成的經(jīng)濟(jì)損失。
(6)管道中的流速分布對(duì)測(cè)量精確度影響太大，要求直管段長(zhǎng)達(dá)30D~50D。
(7)現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，對(duì)其應(yīng)用有很大影響，難以標(biāo)準(zhǔn)化。
(8)精確度很難提高，一般只能達(dá)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(guò)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(mén)等)的影響，流速分布十分復(fù)雜，不僅不是常數(shù)，還有徑向分速，漩渦及二次流(圖2)所幸在實(shí)際流體的黏性作用下，通過(guò)30—50倍管徑長(zhǎng)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(dòng)稱(chēng)為充分發(fā)展紊流。幾十年來(lái)，工程界約定將這種流動(dòng)作為流量測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)流動(dòng)

早在1932年，Nikuradse就對(duì)光滑管中的這種流動(dòng)進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試，并用(1)進(jìn)行了描述：

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

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

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

2.平均流速點(diǎn)yc

由于充分發(fā)展紊流的流速旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)于軸心，則流量qv可用積分表示：

以上推導(dǎo)得出充分紊流條件下的平均流速點(diǎn)為yc

只需將丈量頭置于yc上，就可得到流量qv或?qū)⒄闪款^置于管道中心(y=R處，測(cè)得流量，再用式(4修正，也可以得到流量qv

3.平均流速點(diǎn)是變化的

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

Re數(shù)為4103~4106時(shí)，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(jì)丈量頭固定后，不可能隨Ｒｅ改變，說(shuō)明即使位置裝置正確，由于Re變化，引入誤差也將達(dá)到±0.7%

不只如此，繼Nikurads后，LoganTownrPao等人對(duì)粗糙管進(jìn)行了速度分布測(cè)試，認(rèn)為管壁粗糙度對(duì)其也有些影響(圖4)

yc=0.216R且基本不變。對(duì)此可舉例說(shuō)明，PA O甚至認(rèn)為在粗糙管條件下。如采用直徑為300mm新鋼管，內(nèi)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(jì)一般使用的管徑都大于300mm所以很少出現(xiàn)pao所說(shuō)的管壁粗糙度也有影響的情況。

實(shí)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(kāi)了因此帶來(lái)的丈量誤差。

但此處所測(cè)流速不是平均流速Vc而是最大流速Vm

因此還需系數(shù)Vc/Vm修正，才是流量qv系數(shù)Vc/Vm也將隨雷諾數(shù)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(cè)量頭必須處于充分發(fā)展紊流中，要滿(mǎn)足這個(gè)條件，其上游直管段的長(zhǎng)度Ｌ就應(yīng)達(dá)到如表2所示的要求。由于插入式流量計(jì)多用于大口徑管道，在實(shí)際應(yīng)用中，很難達(dá)到表2所示的要求，由此將帶來(lái)較大的誤差。

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

2.阻塞度

插入式流量計(jì)的插入桿及測(cè)量頭將減少測(cè)量截面，改變流速大小及分布，由此帶來(lái)流量測(cè)量的偏差用σs/s來(lái)表示。

阻塞系統(tǒng)S可表示為

3.速度梯度

如測(cè)量頭定在平均流速點(diǎn)ye處，此處的速度分布具有較大的速度梯度dv/dy根據(jù)PiandtVon,Karman理論，實(shí)測(cè)的流速并不是丈量頭中心的流速，還取決于阻力系數(shù)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(jì)的丈量頭只能反映流速的大小，要進(jìn)行流量丈量還必需知道截面積A

但是實(shí)際應(yīng)用中很少(也不太可能)拆開(kāi)管道來(lái)精確丈量管道的截面積。按ISO7145建議，通過(guò)丈量管道外部周長(zhǎng)P

根據(jù)用戶(hù)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(jì)不同于法蘭式流量?jī)x表，流量精確度往往取決于這個(gè)易于忽悠而又十分重要的截面積參數(shù)。但其周長(zhǎng)VDE丈量往往僅采用精確度很差的卷尺；而用戶(hù)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(jì)應(yīng)在±1%以上。

5.流速

這里說(shuō)的流速是指丈量頭所測(cè)得流速精確度。如果丈量頭每支都進(jìn)行流速標(biāo)定，則插入式流量計(jì)的精確度取決于丈量頭本身，顯示儀表及檢驗(yàn)裝置等幾項(xiàng)的精確度。如認(rèn)真對(duì)待，有可能達(dá)到±1%,這可能就是不少?gòu)S家所宣稱(chēng)其生產(chǎn)的插入式流量計(jì)的精確度。要強(qiáng)調(diào)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(dú)立參數(shù)X1，X2……Xn的綜合推導(dǎo)量，如σX1，σX2……σXn是對(duì)各獨(dú)立參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計(jì)值。根據(jù)誤差傳送理論，流量的規(guī)范偏差σqv應(yīng)為：

流量?jī)x表的精確度即計(jì)量術(shù)語(yǔ)中的不確定e95%置信度范圍內(nèi)，應(yīng)是該參數(shù)規(guī)范偏差σ的2倍。即：

2.精確度的估算

(1)測(cè)量頭位于平均流速點(diǎn)處

如上所述，當(dāng)插入式流量計(jì)丈量頭位于截面平均流速點(diǎn)處時(shí)，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(cè)的流速不是平均流速點(diǎn)的流速而引起的規(guī)范誤差，

與直管段長(zhǎng)度L有關(guān)，當(dāng)L達(dá)到表2所示的要求時(shí)，σV/V取0.007~0.01當(dāng)L=8D時(shí)，σV/V取0.1~0.15當(dāng)L=15D時(shí)，σV/V取0.05~0.08

σV/V截面積測(cè)量的規(guī)范偏差，按常規(guī)測(cè)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(jù)有關(guān)資料，dv/dy=0.64σy1=0.067

σy2因丈量頭位置裝置不準(zhǔn)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(xiàng)代入式(10當(dāng)L達(dá)到表2所示的要求時(shí)：

2當(dāng)丈量頭位于管道中心處時(shí)

五、幾點(diǎn)說(shuō)明和建議

(1)評(píng)估的精確度僅供參考

本文對(duì)插入式流量計(jì)的精確度進(jìn)行了量的評(píng)估，估計(jì)了各種影響因素的大小，雖有一定的依據(jù)，且就低不就高，也僅供參考，并非不可變更的。在今后的實(shí)用中，如減少了某些因素的偏差，總的精確度當(dāng)然可能提高。但要達(dá)到±1%目前還是不可能的。

(2)流速分布式?jīng)Q定因素

當(dāng)直管段長(zhǎng)度L達(dá)到表2的要求時(shí)，管內(nèi)流動(dòng)的為充分發(fā)展紊流，流速分布帶來(lái)的偏差σV/V僅取決于雷諾數(shù)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(dāng)L達(dá)不到表2的要求時(shí)，σV/V將可能達(dá)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(shuō)明了即使生產(chǎn)廠家將測(cè)量頭的精確度提的再高，由于使用條件達(dá)不到要求，對(duì)提高流量精確度將無(wú)濟(jì)于事，難以奏效。

(3)流場(chǎng)調(diào)整器(FlowConditioners)的作用

為解決現(xiàn)場(chǎng)直管段短又要獲得理想流場(chǎng)的矛盾，40年來(lái)，不少人為此努力并研制了不少流場(chǎng)調(diào)整器，如Zanker, Sprenkle, AGA, ASME, AMCA等。它們的結(jié)構(gòu)基本有管束及多孔板組成，實(shí)用中將帶來(lái)壓損大，安裝煩瑣，增加成本等弊端，使采用插入式流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)蕩然無(wú)存。因此，在采用插入式流量計(jì)的應(yīng)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(jié)構(gòu)的新型流場(chǎng)調(diào)整器呢？

(4)應(yīng)該重視流場(chǎng)的基礎(chǔ)研究

迄今為止，以上討論都基于無(wú)論管內(nèi)是否為充分發(fā)展紊流，測(cè)量頭都必須安裝在平均流速點(diǎn)0.242R或管道中心處，到達(dá)不到表2的要求時(shí)，測(cè)量精確度將非常低、設(shè)想如果對(duì)一典型阻力件后的流場(chǎng)進(jìn)行系列的詳細(xì)測(cè)試研究，即或只是粗略的描述，能在不同阻力件后不同長(zhǎng)度上找到平均流速點(diǎn)的相應(yīng)位置，或是軸心流速與平均流速的修正函數(shù)，就有可能大大提高插入式流量計(jì)的精確度，擺脫直管段長(zhǎng)度不足，精確度過(guò)低的困擾。

(5)檢測(cè)與計(jì)量是不同的概念

在自控系統(tǒng)中，檢測(cè)儀表是系統(tǒng)的信息源頭，它的輸出信息與被檢參數(shù)的函數(shù)關(guān)系應(yīng)單一，穩(wěn)定，可以是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性，而并不要求測(cè)出被檢參數(shù)的確切值。而計(jì)量則不同，它往往用于經(jīng)濟(jì)核算，必須知道所測(cè)參數(shù)的確切值。檢測(cè)與計(jì)量可以說(shuō)采用基本相同的手段(儀表)，而要達(dá)到的目的卻有所側(cè)重。作為自控系統(tǒng)中信息源頭的檢測(cè)儀表，往往更關(guān)心其重復(fù)性，也確有人把它說(shuō)成精確度，顯然，這是有區(qū)別的。對(duì)插入式流量?jī)x表來(lái)說(shuō)，只要在距離阻力件后一段距離，流動(dòng)不再有旋渦，迥流區(qū)，它的重復(fù)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(jì)的場(chǎng)合。

插入式渦街流量計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)

　　插入式渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門(mén)渦街原理研,應(yīng)用壓電檢測(cè)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型節(jié)能大口徑流量?jī)x表，廣泛應(yīng)用于化工、紡織、鋼鐵、冶金、橡膠、機(jī)械、輕工、電力、醫(yī)藥、石油等行業(yè)的大中型管道介質(zhì)的流量計(jì)量。

　　產(chǎn)品特點(diǎn)：

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

　　2、輸出信號(hào)頻率不受流體物理參數(shù)（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(cè)得很低

　　5、只要改變插入桿的長(zhǎng)度即可測(cè)量不同口徑管道的流量，通用性強(qiáng)，一次投資少，可大大減少用戶(hù)備用儀表數(shù)量。

　　主要技術(shù)指標(biāo)：

　　被測(cè)介質(zhì)：液體、氣體、蒸汽等。

　　公稱(chēng)通徑：DN600mm~DN1000mm

　　精度等級(jí)：2.5

　　介質(zhì)溫度：≤250℃

　　公稱(chēng)壓力：1.6MPa

　　環(huán)境條件：溫度-40～+55℃

　　相對(duì)濕度5％～90％

　　大氣壓力：86～106KPa

　　標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出型（訂貨時(shí)應(yīng)注明）

　　模擬電壓：0/1～5VDC最小負(fù)載電阻500歐姆

　　模擬電流：0/2～10mADC最大負(fù)載電阻250歐姆

　　輸出示式：負(fù)載接地三線(xiàn)制式

　　轉(zhuǎn)換精度：±0.5％滿(mǎn)度值

　　供電電源：12～24VDC

　　

標(biāo)簽: 插入式渦街流量計(jì)

插入式渦街流量計(jì) 插入式渦街流量計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)_插入式渦街流量計(jì)

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