探询插入式流量计的度

     2. 优、缺点
（1）结构简单，轻便，制造成本较低。
（2）压损小，运行费用低，是一种节能仪表。
（3）一种结构可用于多种口径（限于点速式），可减少用户备用数量。
（4）便于包装，运输，安装，维护。
（5）可不断流进行安装，拆卸，避免了断流造成的经济损失。
（6）管道中的流速分布对测量度影响太大，要求直管段长达30D~50D。
（7）现场情况复杂，对其应用有很大影响，难以标准化。
（8）度很难提高，一般只能达到±（3~5%）。 

     二 工业管道中的流速分布
    1.充分发展紊流
按定义，管道中的流量qv等于管道截面积A乘以通过此截面的轴向流速V，即qv=AV。但由于管道上游的各种阻力件（弯头，变径管，岐管，阀门等）的影响，流速分布十分复杂，不仅不是常数，还有径向分速，漩涡及二次流（图2）所幸在实际流体的黏性作用下，通过30—50倍管径长度的直管段后，流速分布将趋于一种较为固定的形式，这种流动称为充分发展？？流。几十年来，工程界约定将这种流动作为流量测量的标准流动（图三）。
 

表一 雷诺数Re与指数n的关系
尽管后来不少人认为，在管壁Y=0及中心Y=（0.8—1）R处，式（1）与实际情况有些出入，但因其简单，至今仍常用于描述充分发展紊流。 
     2.平均流速点yc
由于充分发展紊流的流速旋转对称于轴心，则流量qv可用积分表示：
 

以上推导得出充分紊流条件下的平均流速点为yc，只需将测量头置于yc上，就可得到流量qv；或将测量头置于管道中心（y=R）处，测得流量，再用式（4）修正，也可以得到流量qv。
    3.平均流速点是变化的
从式（1）可见，充分发展紊流速度分布取决于内诺数Re（图3）因此平均流速点yc将随Re变化。在Re数为4×103~4×106时，yc的变化规范为（0.245~0.254）R。按ISO7145规定，取其平均值为yc=（0.242±0.013）R。而插入式流量计测量头固定后，不可能随Ｒｅ改变，说明即使位置安装正确，由于Re变化，引入误差也将达到±0.7%。
不仅如此，继Nikuradse后，Logan，Townrs，Pao等人对粗糙管进行了速度分布测试，认为管壁粗糙度对其也有些影响（图4）。
 

PAO甚至认为在粗糙管条件下，yc=0.216R，且基本不变。对此可举例说明，如采用直径为300mm的新钢管，内壁粗糙度ε为0.15，则ε/D=0.005，可视为光滑管。由于插入式流量计一般使用的管径都大于300mm，所以很少出现pao
所说的管壁粗糙度也有影响的情况。
在实用中往往为便于安装，将测量头置于管道中心，此处速度分布平坦，变化梯度趋于零，避开了因此带来的测量误差。但此处所测流速不是平均流速Vc而是zui大流速Vm，因此还需系数Vc/Vm修正，才是流量qv，系数Vc/Vm也将随雷诺数Ｒｅ及粗糙度ε的变化而变化（图5）

      三　影响流量度的因素
      1.流速分布
以上分析的前提是测量头必须处于充分发展紊流中，要满足这个条件，其上游直管段的长度Ｌ就应达到如表2所示的要求。由于插入式流量计多用于大口径管道，在实际应用中，很难达到表2所示的要求，由此将带来较大的误差。初步测试表明：这种以测点速确定流量的插入式流量计，当直管段Ｌ不足8D时，流速误差 将达到±（10-15）%；L达到15D后， 可减小大±（5-8）%；而如果直管段长度达到表2所示的要求时， 仅受雷诺数Re及粗糙度的影响， 可控制在±（0.7-1）%。附带说，如采用测多点流速插入式流量计（如均速管，即使直管段只有8D—10D，度也将会提高不少。
       2.阻塞度
插入式流量计的插入杆及测量头将减少测量截面，改变流速大小及分布，由此带来流量测量的偏差用？？？来表示。
阻塞系统S可表示为

 

      3.速度梯度
如测量头定在平均流速点ye处，此处的速度分布具有较大的速度梯度dv/dy根据Piandte Von,Karman理论，实测的流速并不是测量头中心的流速，它还取决于阻力系数 速度梯度dv/dy为 。如采用一般钢管 ，则dv/dy=0.64.
      4.截面积
插入式流量计的测量头只能反映流速的大小，要进行流量测量还必须知道截面积A，但是在实际应用中很少（也不太可能）拆开管道来测量管道的截面积。按ISO 7145的建议，通过测量管道外部周长P，根据用户提供的壁厚e，可确定管道的截面积。由于管壁上往往有突起物（如焊缝），所以需要△P予以修正。
 

式中a——突起物的高度
插入式流量计不同于法兰式流量仪表，流量度往往取决于这个易于忽悠而又十分重要的截面积参数。但其周长VDE测量往往仅采用度很差的卷尺；而用户提供的壁厚资料又常忽略了管壁的锈蚀，积垢等因素，因此截面积的标准偏差估计应在±1%以上。
     5.流速
这里说的流速是指测量头所测得流速度。如果测量头每支都进行流速标定，则插入式流量计的度取决于测量头本身，显示仪表及检验装置等几项的度。如认真对待，有可能达到±1%,这可能就是不少厂家所宣称其生产的插入式流量计的度。要强调指出的是，这只是流速度，而不是流量度。

       四 流量度的估算 
    1.误差的传递
流量qv是一些独立参数X1，X2……Xn的综合推导量，如σX1，σX2……σXn是对各独立参数标准偏差的估计值。根据误差传递理论，流量的标准偏差σqv应为：
 

流量仪表的度即计量术语中的不确定e，在95%的置信度范围内，应是该参数标准偏差σ的2倍。即：
 

式中σV/V——由于速度分布的原因，所测的流速不是平均流速点的流速而引起的标准误差，它与直管段长度L有关，当L达到表2所示的要求时，σV/V取0.007~0.01；当L=8D时，σV/V取0.1~0.15；当L=15D时，σV/V取0.05~0.08。
σV/V——截面积测量的标准偏差，按常规测量，取0.008~0.015。
σS/S——因阻塞而引起的标准偏差，一般为0.0025~0.0075，此处取0.005。
σy1——因速度梯度影响产生的标准偏差，根据有关资料，dv/dy=0.64，σy1=0.067。
σy2——因测量头位置安装不准产生的标准偏差，σy2=0.01。
σV0/V0——测量头的速度标准偏差，取0.008~0.01。
将以上各项代入式（10），当L达到表2所示的要求时：