西森径流速计型插入式流量计的工作原理

西森径流速计型插入式流量计的工作原理

西森插入式流量计径流速计型插入式流量计

    （1）差压式均速管流量传感器（国外商品名为Annubar，音译阿纽巴）

差压式均速管流量传感器由一根横贯管道直径的中空金属杆及引压管件组成。中空金属杆迎流面有多点测量孔测量总压，背流面有一点或多点测压孔测量静压。由总压与静压的差值差压反映流量值。流量计算式为

式中  q_m，qv——分别为质量流量（kg/s）体积流量（m3/s）；

        α——流量系数;

        ε——可膨胀性系数;

        A——管道横截面面积，m2；

        ρ——被测介质密度，kg/m3；

       Δp——流量计输出差压，Pa 

 (2)热式均速管流量传感器  

    热式均速管流量传感器在中空金属管中按照速度面积法布置的热丝感测元件每一只元件与转换器构成一台测速计（图1）。目前常用的是恒温工作方式，流体流速的变化引起热丝电阻的变化，热丝电阻作为惠斯登电桥的一臂接入桥路，其信号端与差动放大器连接，将输出信号在电桥的电源上进行反馈。差动放大器放大电桥的不平衡电压，与此成正比的电流在电桥回路中流过。此时输出电压与流体质量流速的方根值成比例变化。

    近年来，为对付速度分布畸变（这种情况在大型管道（如烟囱）是普遍存在的），采用

多根检测杆按速度面积法布置，如图2所示。  

速度面积法的原理如下。

    速度面积法是测量管道某横截面上多个局部流速并通过在该横截面上的速度分布的积分来推算流量的方法。

    对于圆形管道通常将管道截面分为面积相等的若干部分，测出每一部分的测点的速度，同时近似地认为每一部分中其他各点的速度都与该测点相等，即都等于测点测得的值，整个

管道的质量流量qm计算式为

   式中  q_m——质量流量；

      A——管道横截面面积；

       n——管道横截面的等分数；

      ρ_iv_i——测点处的质量流速。  

 下面用算术法计算轴向平均速度时测点的分布。

    圆形横截面的各测点应设置在同心圆上，在横截面上至少为2个相互正交的直径上，每个半径上可设置3点或5点。

    1）对数一线性法  设每个截面元上速度分布的数学模型为，v=Algy+By+C

   式中y——距管壁的距离;

     A、B、C——常数。

    圆形横截面侧点分布见表1。轴向平均速度等于各个半径上平均速度的算术平均值。 

 表1圆形截面测点分布(对数一线性法）

 2）对数一契比雪夫法  设在横截面的周边的截面元内速度分布的数学模型为对数式，而在其他截面中为多项式。圆形横截面测点分布见表2。轴向平均速度等于各个半径上平均速度的算术平均值。

 表2圆形截面测点分布(对数一契比雪夫法）

 矩形截面的测点位置应根据平行于各管壁的直线的交叉点来确定。  

 表3矩形截面测点位置与加权系数(对数-线性法）

 1）对数一线性法  数学模型见圆形横截面所述，可以采用各种测点数目，本法采用26点法。测点分布如图2所示。对于所用测速仪表要求L/d＞H/d≥22，d含义同前。轴向平均速度等于各个局部速度的加权平均值，表3中给出了各测点的加权系数Ki;，则

，本方法

2）对数一契比雪夫法  数学模型见圆形横截面所述。测点位置见图3，测点分布见表,4

    选择平行于矩形短边的数目（P）至少等于5根的横向直线，在每根直线上安置数目（P’）至少等于5点的测量点。表4中Xi，Yi——以矩形中心为坐标原点的横坐标和纵坐标。   

表4矩形截面测点分布(对数一契比雪夫法)

（3）差压式均速管流量计与热式均速管流量计的比较

    比较差压式均速管流量计和热式均速管流量计，我们可以看到两者在测量原理上有重大的差别。差压式均速管流量计的总压检测点位置虽然亦按速度面积法布置，但是它不能起到真实的速度面积法的检测作用。因为各检测点的总压在检测杆管内已经混合为单一的总压了。检测杆内介质流动复杂，混合的总压值很难说等于按照速度面积法求得的总压平均值，况且静压孔处于检测杆背部涡流区，无法测得真实的静压值。

    热式均速管流量计检测件上各只热丝感测元件不但严格按照速度面积法配置，而且每一只热丝感测元件都单独配电子线路，可以测得各点的局部流速，这样按速度面积法进行加权平均求得的管道内的平均流速就能反映实际的平均流速了。尤其重要的是设计者可以根据管道内流速分布的状况安装多根检测件，使整个测量截面的流速分布的信息都可以获得。对于速度分布严重畸变，非圆截面管道(矩形或多边形管道)管道内极其复杂的流速分布都可以达到精确测量的目的。当然在使用热式均速管感测元件时亦有一些课题需探讨，例如检测杆对流场的干扰影响，感测元件如何适应恶劣的工作条件等。