市政建設(shè)的社會化等因素，隨著工業(yè)的日益現(xiàn)代化。工業(yè)，市政，能源等所用的管道口徑逐漸增大。

文丘里管）不只壓損過大，采用節(jié)流裝置（如孔板。且結(jié)構(gòu)過于龐大輕巧;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，

重量輕，插入式流量計以其結(jié)構(gòu)簡單。裝置維護簡便，壓損小，價格低廉等優(yōu)點，

普遍受到人們關(guān)注與選用。其特點是基于只測管道中一點（或幾點）流速來推算流量。

物流一般要求進行經(jīng)濟核算。雖簡單卻隱含了度難以提高的缺點。當(dāng)前市場經(jīng)濟的條件下。

有必要探詢在實際應(yīng)用條件下，為此。其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裝置的流量儀表，

通過丈量管道中的一點（或幾點）流速來推算流量的可以說，凡是可以丈量流速大小的儀表，

均可以丈量流速大小的儀表，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，一種經(jīng)典，較為準確的流速計，幾十年前常用于現(xiàn)場測量，由于易于堵塞，輸出差壓小，現(xiàn)很少用于工業(yè)現(xiàn)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(jié)構(gòu)上采取了加速，降壓措施，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。可將其做成精小的丈量頭，通過丈量管道中某點的流速來推算流量（圖1

2.優(yōu)、缺點

1結(jié)構(gòu)簡單，輕便，制造利息較低。

2壓損小，運行費用低，一種節(jié)能儀表。

3一種結(jié)構(gòu)可用于多種口徑（限于點速式）可減少用戶備用數(shù)量。

4便于包裝，運輸，裝置，維護。

5可不斷流進行裝置，裝配，防止了斷流造成的經(jīng)濟損失。

6管道中的流速分布對丈量度影響太大，要求直管段長達30D~50D

7現(xiàn)場情況復(fù)雜，對其應(yīng)用有很大影響，難以規(guī)范化。

8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=A V

但由于管道上游的各種阻力件（彎頭，變徑管，岐管，閥門等）影響，流速分布十分復(fù)雜，

不只不是常數(shù)，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3050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？流。幾十年來，工程界約定將這種流動作為流量丈量的規(guī)范流動（圖三）

早在1932年，Nikurads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=Vmy/R1/n 1

式中，V丈量點的流速；Vm管道中心的大流速；y丈量點

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。

Re

4103

2.3104

1.1105

1106

＞2106

N

6

6.6

7

8.8

10

        表一 雷諾數(shù)Re與指數(shù)n關(guān)系

盡管后來不少人認為，管壁Y=0及中心Y=0.81R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(zhuǎn)對稱于軸心，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(nèi)諾數(shù)Re圖3因此平均流速點yc將隨Re變化。

Re數(shù)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(nèi)壁粗糙度ε為0.15則ε/D=0.005可視為光滑管。由于插入式流量計一般使用的管徑都大于300mm所以很少出現(xiàn)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　影響流量度的因素

1.流速分布

以上分析的前提是丈量頭必需處于充分發(fā)展紊流中，要滿足這個條件，其上游直管段的長度Ｌ就應(yīng)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，實際應(yīng)用中，很難達到表2所示的要求，

由此將帶來較大的誤差。初步測試標明：這種以測點速確定流量的插入式流量計，

當(dāng)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(shù)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8D10D度也將會提高不少。

2.阻塞度

插入式流量計的插入桿及丈量頭將減少丈量截面，改變流速大小及分布，由此帶來流量丈量的偏差用？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(jù)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(shù)速度梯度dv/dy為如采用一般鋼管則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(yīng)用中很少（也不太可能）拆開管道來丈量管道的截面積。按ISO7145建議，通過丈量管道外部周長P

根據(jù)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，流量度往往取決于這個易于忽悠而又十分重要的截面積參數(shù)。

但其周長VDE丈量往往僅采用度很差的卷尺；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(yīng)在±1%以上。

5.流速

這里說的流速是指丈量頭所測得流速度。如果丈量頭每支都進行流速標定，則插入式流量計的度取決于丈量頭本身，

顯示儀表及檢驗裝置等幾項的度。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(chǎn)的插入式流量計的度。要強調(diào)指出的這只是流速度，而不是流量度。

四 流量度的估算

1.誤差的傳送

流量qv一些獨立參數(shù)X1X2Xn綜合推導(dǎo)量，如σX1σX2σXn對各獨立參數(shù)規(guī)范偏差的估計值。根據(jù)誤差傳送理論，流量的規(guī)范偏差σqv應(yīng)為：

流量儀表的度即計量術(shù)語中的不確定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.度的估算

1丈量頭位于平均流速點處

如上所述，當(dāng)插入式流量計丈量頭位于截面平均流速點處時，影響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(guān)，當(dāng)L達到表2所示的要求時，σV/V取0.007~0.01當(dāng)L=8D時，σV/V取0.1~0.15當(dāng)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(jù)有關(guān)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(dāng)L達到表2所示的要求時：

2當(dāng)丈量頭位于管道中心處時

五 幾點說明和建議

1評估的度僅供參考

本文對插入式流量計的度進行了量的評估，估計了各種影響因素的大小，

雖有一定的依據(jù)，且就低不就高，也僅供參考，并非不可變卦的今后的實用中，

如減少了某些因素的偏差，總的度當(dāng)然可能提高。但要達到±1%目前還是不可能的

2流速分布式?jīng)Q定因素

當(dāng)直管段長度L達到表2要求時，管內(nèi)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(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達不到表2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，成為影響度的決定性因素。

說明了即使生產(chǎn)廠家將測量頭的度提的再高，由于使用條件達不到要求，對提高流量度將無濟于事，難以奏效。

3流場調(diào)整器（FlowCondition作用

為解決現(xiàn)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(diào)整器，

如Zanker,Sprenkle,A GA ,A SME,A MCA 等。結(jié)構(gòu)基本有管束及多孔板組成，

實用中將帶來壓損大，裝置煩瑣，增加利息等弊端，使采用插入式流量計的優(yōu)點蕩然無存。

因此，采用插入式流量計的應(yīng)用中并未被廣泛推廣采用。否可研制一種擺脫管束，多孔板結(jié)構(gòu)的新型流場調(diào)整器呢？

4應(yīng)該重視流場的基礎(chǔ)研究

迄今為止，以上討論都基于無論管內(nèi)是否為充分發(fā)展紊流，丈量頭都必須安裝在平均流速點0.242R或管道中心處，達不到表2要求時

丈量度將非常低、設(shè)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(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的度，解脫直管段長度不足，度過低的困擾。

5檢測與計量是不同的概念

自控系統(tǒng)中，檢測儀表是系統(tǒng)的信息源頭，輸出信息與被檢參數(shù)的函數(shù)關(guān)系應(yīng)單一，穩(wěn)定，是簡單的線性

而并不要求測出被檢參數(shù)的確切值。而計量則不同，往往用于經(jīng)濟核算

必需知道所測參數(shù)的確切值。檢測與計量可以說采用基本相同的手段（儀表）

而要達到目的卻有所側(cè)重。作為自控系統(tǒng)中信息源頭的檢測儀表，往往更關(guān)心其重復(fù)性，也確有人把它說成度，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)，

重復(fù)性一般較好，可以用于自控系統(tǒng)中，特別是較大口徑管道難以采用其他流量計的場所。

市政建設(shè)的社會化等因素，隨著工業(yè)的日益現(xiàn)代化。工業(yè)，市政，能源等所用的管道口徑逐漸增大。

文丘里管）不只壓損過大，采用節(jié)流裝置（如孔板。且結(jié)構(gòu)過于龐大輕巧;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，

重量輕，插入式流量計以其結(jié)構(gòu)簡單。裝置維護簡便，壓損小，價格低廉等優(yōu)點，

普遍受到人們關(guān)注與選用。其特點是基于只測管道中一點（或幾點）流速來推算流量。

物流一般要求進行經(jīng)濟核算。雖簡單卻隱含了度難以提高的缺點。當(dāng)前市場經(jīng)濟的條件下。

有必要探詢在實際應(yīng)用條件下，為此。其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裝置的流量儀表，

通過丈量管道中的一點（或幾點）流速來推算流量的可以說，凡是可以丈量流速大小的儀表，

均可以丈量流速大小的儀表，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，一種經(jīng)典，較為準確的流速計，幾十年前常用于現(xiàn)場測量，由于易于堵塞，輸出差壓小，現(xiàn)很少用于工業(yè)現(xiàn)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(jié)構(gòu)上采取了加速，降壓措施，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?？蓪⑵渥龀删〉恼闪款^，通過丈量管道中某點的流速來推算流量（圖1

2.優(yōu)、缺點

1結(jié)構(gòu)簡單，輕便，制造利息較低。

2壓損小，運行費用低，一種節(jié)能儀表。

3一種結(jié)構(gòu)可用于多種口徑（限于點速式）可減少用戶備用數(shù)量。

4便于包裝，運輸，裝置，維護。

5可不斷流進行裝置，裝配，防止了斷流造成的經(jīng)濟損失。

6管道中的流速分布對丈量度影響太大，要求直管段長達30D~50D

7現(xiàn)場情況復(fù)雜，對其應(yīng)用有很大影響，難以規(guī)范化。

8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=A V

但由于管道上游的各種阻力件（彎頭，變徑管，岐管，閥門等）影響，流速分布十分復(fù)雜，

不只不是常數(shù)，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3050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？流。幾十年來，工程界約定將這種流動作為流量丈量的規(guī)范流動（圖三）

早在1932年，Nikurads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=Vmy/R1/n 1

式中，V丈量點的流速；Vm管道中心的大流速；y丈量點

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。

Re

4103

2.3104

1.1105

1106

＞2106

N

6

6.6

7

8.8

10

        表一 雷諾數(shù)Re與指數(shù)n關(guān)系

盡管后來不少人認為，管壁Y=0及中心Y=0.81R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(zhuǎn)對稱于軸心，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(nèi)諾數(shù)Re圖3因此平均流速點yc將隨Re變化。

Re數(shù)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(nèi)壁粗糙度ε為0.15則ε/D=0.005可視為光滑管。由于插入式流量計一般使用的管徑都大于300mm所以很少出現(xiàn)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　影響流量度的因素

1.流速分布

以上分析的前提是丈量頭必需處于充分發(fā)展紊流中，要滿足這個條件，其上游直管段的長度Ｌ就應(yīng)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，實際應(yīng)用中，很難達到表2所示的要求，

由此將帶來較大的誤差。初步測試標明：這種以測點速確定流量的插入式流量計，

當(dāng)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(shù)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8D10D度也將會提高不少。

2.阻塞度

插入式流量計的插入桿及丈量頭將減少丈量截面，改變流速大小及分布，由此帶來流量丈量的偏差用？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(jù)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(shù)速度梯度dv/dy為如采用一般鋼管則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(yīng)用中很少（也不太可能）拆開管道來丈量管道的截面積。按ISO7145建議，通過丈量管道外部周長P

根據(jù)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，流量度往往取決于這個易于忽悠而又十分重要的截面積參數(shù)。

但其周長VDE丈量往往僅采用度很差的卷尺；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(yīng)在±1%以上。

5.流速

這里說的流速是指丈量頭所測得流速度。如果丈量頭每支都進行流速標定，則插入式流量計的度取決于丈量頭本身，

顯示儀表及檢驗裝置等幾項的度。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(chǎn)的插入式流量計的度。要強調(diào)指出的這只是流速度，而不是流量度。

四 流量度的估算

1.誤差的傳送

流量qv一些獨立參數(shù)X1X2Xn綜合推導(dǎo)量，如σX1σX2σXn對各獨立參數(shù)規(guī)范偏差的估計值。根據(jù)誤差傳送理論，流量的規(guī)范偏差σqv應(yīng)為：

流量儀表的度即計量術(shù)語中的不確定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.度的估算

1丈量頭位于平均流速點處

如上所述，當(dāng)插入式流量計丈量頭位于截面平均流速點處時，影響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(guān)，當(dāng)L達到表2所示的要求時，σV/V取0.007~0.01當(dāng)L=8D時，σV/V取0.1~0.15當(dāng)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(jù)有關(guān)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(dāng)L達到表2所示的要求時：

2當(dāng)丈量頭位于管道中心處時

五 幾點說明和建議

1評估的度僅供參考

本文對插入式流量計的度進行了量的評估，估計了各種影響因素的大小，

雖有一定的依據(jù)，且就低不就高，也僅供參考，并非不可變卦的今后的實用中，

如減少了某些因素的偏差，總的度當(dāng)然可能提高。但要達到±1%目前還是不可能的

2流速分布式?jīng)Q定因素

當(dāng)直管段長度L達到表2要求時，管內(nèi)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(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達不到表2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，成為影響度的決定性因素。

說明了即使生產(chǎn)廠家將測量頭的度提的再高，由于使用條件達不到要求，對提高流量度將無濟于事，難以奏效。

3流場調(diào)整器（FlowCondition作用

為解決現(xiàn)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(diào)整器，

如Zanker,Sprenkle,A GA ,A SME,A MCA 等。結(jié)構(gòu)基本有管束及多孔板組成，

實用中將帶來壓損大，裝置煩瑣，增加利息等弊端，使采用插入式流量計的優(yōu)點蕩然無存。

因此，采用插入式流量計的應(yīng)用中并未被廣泛推廣采用。否可研制一種擺脫管束，多孔板結(jié)構(gòu)的新型流場調(diào)整器呢？

4應(yīng)該重視流場的基礎(chǔ)研究

迄今為止，以上討論都基于無論管內(nèi)是否為充分發(fā)展紊流，丈量頭都必須安裝在平均流速點0.242R或管道中心處，達不到表2要求時

丈量度將非常低、設(shè)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(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的度，解脫直管段長度不足，度過低的困擾。

5檢測與計量是不同的概念

自控系統(tǒng)中，檢測儀表是系統(tǒng)的信息源頭，輸出信息與被檢參數(shù)的函數(shù)關(guān)系應(yīng)單一，穩(wěn)定，是簡單的線性

而并不要求測出被檢參數(shù)的確切值。而計量則不同，往往用于經(jīng)濟核算

必需知道所測參數(shù)的確切值。檢測與計量可以說采用基本相同的手段（儀表）

而要達到目的卻有所側(cè)重。作為自控系統(tǒng)中信息源頭的檢測儀表，往往更關(guān)心其重復(fù)性，也確有人把它說成度，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)，

重復(fù)性一般較好，可以用于自控系統(tǒng)中，特別是較大口徑管道難以采用其他流量計的場所。

市政建設(shè)的社會化等因素，隨著工業(yè)的日益現(xiàn)代化。工業(yè)，市政，能源等所用的管道口徑逐漸增大。

文丘里管）不只壓損過大，采用節(jié)流裝置（如孔板。且結(jié)構(gòu)過于龐大輕巧;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，

重量輕，插入式流量計以其結(jié)構(gòu)簡單。裝置維護簡便，壓損小，價格低廉等優(yōu)點，

普遍受到人們關(guān)注與選用。其特點是基于只測管道中一點（或幾點）流速來推算流量。

物流一般要求進行經(jīng)濟核算。雖簡單卻隱含了度難以提高的缺點。當(dāng)前市場經(jīng)濟的條件下。

有必要探詢在實際應(yīng)用條件下，為此。其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裝置的流量儀表，

通過丈量管道中的一點（或幾點）流速來推算流量的可以說，凡是可以丈量流速大小的儀表，

均可以丈量流速大小的儀表，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，一種經(jīng)典，較為準確的流速計，幾十年前常用于現(xiàn)場測量，由于易于堵塞，輸出差壓小，現(xiàn)很少用于工業(yè)現(xiàn)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(jié)構(gòu)上采取了加速，降壓措施，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?？蓪⑵渥龀删〉恼闪款^，通過丈量管道中某點的流速來推算流量（圖1

2.優(yōu)、缺點

1結(jié)構(gòu)簡單，輕便，制造利息較低。

2壓損小，運行費用低，一種節(jié)能儀表。

3一種結(jié)構(gòu)可用于多種口徑（限于點速式）可減少用戶備用數(shù)量。

4便于包裝，運輸，裝置，維護。

5可不斷流進行裝置，裝配，防止了斷流造成的經(jīng)濟損失。

6管道中的流速分布對丈量度影響太大，要求直管段長達30D~50D

7現(xiàn)場情況復(fù)雜，對其應(yīng)用有很大影響，難以規(guī)范化。

8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=A V

但由于管道上游的各種阻力件（彎頭，變徑管，岐管，閥門等）影響，流速分布十分復(fù)雜，

不只不是常數(shù)，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3050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？流。幾十年來，工程界約定將這種流動作為流量丈量的規(guī)范流動（圖三）

早在1932年，Nikurads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=Vmy/R1/n 1

式中，V丈量點的流速；Vm管道中心的大流速；y丈量點

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。

Re

4103

2.3104

1.1105

1106

＞2106

N

6

6.6

7

8.8

10

        表一 雷諾數(shù)Re與指數(shù)n關(guān)系

盡管后來不少人認為，管壁Y=0及中心Y=0.81R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(zhuǎn)對稱于軸心，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(nèi)諾數(shù)Re圖3因此平均流速點yc將隨Re變化。

Re數(shù)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(nèi)壁粗糙度ε為0.15則ε/D=0.005可視為光滑管。由于插入式流量計一般使用的管徑都大于300mm所以很少出現(xiàn)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　影響流量度的因素

1.流速分布

以上分析的前提是丈量頭必需處于充分發(fā)展紊流中，要滿足這個條件，其上游直管段的長度Ｌ就應(yīng)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，實際應(yīng)用中，很難達到表2所示的要求，

由此將帶來較大的誤差。初步測試標明：這種以測點速確定流量的插入式流量計，

當(dāng)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(shù)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8D10D度也將會提高不少。

2.阻塞度

插入式流量計的插入桿及丈量頭將減少丈量截面，改變流速大小及分布，由此帶來流量丈量的偏差用？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(jù)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(shù)速度梯度dv/dy為如采用一般鋼管則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(yīng)用中很少（也不太可能）拆開管道來丈量管道的截面積。按ISO7145建議，通過丈量管道外部周長P

根據(jù)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，流量度往往取決于這個易于忽悠而又十分重要的截面積參數(shù)。

但其周長VDE丈量往往僅采用度很差的卷尺；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(yīng)在±1%以上。

5.流速

這里說的流速是指丈量頭所測得流速度。如果丈量頭每支都進行流速標定，則插入式流量計的度取決于丈量頭本身，

顯示儀表及檢驗裝置等幾項的度。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(chǎn)的插入式流量計的度。要強調(diào)指出的這只是流速度，而不是流量度。

四 流量度的估算

1.誤差的傳送

流量qv一些獨立參數(shù)X1X2Xn綜合推導(dǎo)量，如σX1σX2σXn對各獨立參數(shù)規(guī)范偏差的估計值。根據(jù)誤差傳送理論，流量的規(guī)范偏差σqv應(yīng)為：

流量儀表的度即計量術(shù)語中的不確定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.度的估算

1丈量頭位于平均流速點處

如上所述，當(dāng)插入式流量計丈量頭位于截面平均流速點處時，影響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(guān)，當(dāng)L達到表2所示的要求時，σV/V取0.007~0.01當(dāng)L=8D時，σV/V取0.1~0.15當(dāng)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(jù)有關(guān)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(dāng)L達到表2所示的要求時：

2當(dāng)丈量頭位于管道中心處時

五 幾點說明和建議

1評估的度僅供參考

本文對插入式流量計的度進行了量的評估，估計了各種影響因素的大小，

雖有一定的依據(jù)，且就低不就高，也僅供參考，并非不可變卦的今后的實用中，

如減少了某些因素的偏差，總的度當(dāng)然可能提高。但要達到±1%目前還是不可能的

2流速分布式?jīng)Q定因素

當(dāng)直管段長度L達到表2要求時，管內(nèi)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(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達不到表2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，成為影響度的決定性因素。

說明了即使生產(chǎn)廠家將測量頭的度提的再高，由于使用條件達不到要求，對提高流量度將無濟于事，難以奏效。

3流場調(diào)整器（FlowCondition作用

為解決現(xiàn)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(diào)整器，

如Zanker,Sprenkle,A GA ,A SME,A MCA 等。結(jié)構(gòu)基本有管束及多孔板組成，

實用中將帶來壓損大，裝置煩瑣，增加利息等弊端，使采用插入式流量計的優(yōu)點蕩然無存。

因此，采用插入式流量計的應(yīng)用中并未被廣泛推廣采用。否可研制一種擺脫管束，多孔板結(jié)構(gòu)的新型流場調(diào)整器呢？

4應(yīng)該重視流場的基礎(chǔ)研究

迄今為止，以上討論都基于無論管內(nèi)是否為充分發(fā)展紊流，丈量頭都必須安裝在平均流速點0.242R或管道中心處，達不到表2要求時

丈量度將非常低、設(shè)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(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的度，解脫直管段長度不足，度過低的困擾。

5檢測與計量是不同的概念

自控系統(tǒng)中，檢測儀表是系統(tǒng)的信息源頭，輸出信息與被檢參數(shù)的函數(shù)關(guān)系應(yīng)單一，穩(wěn)定，是簡單的線性

而并不要求測出被檢參數(shù)的確切值。而計量則不同，往往用于經(jīng)濟核算

必需知道所測參數(shù)的確切值。檢測與計量可以說采用基本相同的手段（儀表）

而要達到目的卻有所側(cè)重。作為自控系統(tǒng)中信息源頭的檢測儀表，往往更關(guān)心其重復(fù)性，也確有人把它說成度，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)，

重復(fù)性一般較好，可以用于自控系統(tǒng)中，特別是較大口徑管道難以采用其他流量計的場所。