按照流量計(jì)的工作原理來(lái)分類(lèi)說(shuō)明不同，插入式流量計(jì)是一類(lèi)按結(jié)構(gòu)形式劃分的流量計(jì)，它包括工作原理不同的各種流量計(jì)。之所以這樣分類(lèi)，是由于插入式流量計(jì)在使用中有一些共同的特點(diǎn)，而正是這些特點(diǎn)促使插入式流量計(jì)近年來(lái)有了較大的發(fā)展，并且從整個(gè)流量計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)看，它有強(qiáng)大的生命力，在眾多的流量計(jì)中占有重要的位置。

1、插入式流量計(jì)的分類(lèi)

目前已經(jīng)推廣使用的插入式流量計(jì)已有多種型式，按插入式流量計(jì)檢測(cè)頭的工作原理可以分成插入式渦輪、插入式渦街、插入式電磁、均速管和熱式流量計(jì)等;按插入式流量計(jì)的測(cè)點(diǎn)數(shù)可分為點(diǎn)流型和徑流型兩大類(lèi)。

1）點(diǎn)流型插入式流量計(jì)

點(diǎn)流型插入式流量計(jì)包括插入渦輪、插入渦街、插入電磁流量計(jì)、靶式流量計(jì)及皮托管等。此類(lèi)流量計(jì)實(shí)際上是一臺(tái)流速計(jì)，它測(cè)量管道中某特定位置的局部流速，然后根據(jù)管道內(nèi)的流速分布及儀表和管道的幾何參數(shù)等推算出流量值。

由于靶式流量計(jì)往往將檢測(cè)頭和測(cè)量管做成一體型流量計(jì).并通過(guò)測(cè)量由于靶前后的差壓引起的靶受力來(lái)測(cè)量流量、有自己的流量系數(shù)，而且測(cè)量靶有較大的幾何尺寸.并不是測(cè)量一點(diǎn)的流速，所以人們一般不將靶式流量計(jì)歸在插入式流量計(jì)的范疇.而作為差壓式流量計(jì)的一種加以討論。但從結(jié)構(gòu)上看，它也屬于一種插入式流量計(jì)，管道中的流速分布對(duì)測(cè)量有較大的影響。

2）徑流型插人式流量計(jì)

徑流型插入式流量計(jì)根據(jù)管道直徑上流速的綜合值來(lái)推算流量值。它包括均速管流量計(jì)、多點(diǎn)插入型熱式質(zhì)量流量計(jì)，均速管型插入式電磁流量計(jì)及渦街流量計(jì)等。與上述同樣的原因，渦街流量計(jì)雖然在結(jié)構(gòu)上是插入式儀表，但由于其儀表特性和使用特點(diǎn)與大多數(shù)插入式流量計(jì)有較大的差別，而且，渦街流量傳感器一般都做成帶測(cè)量短管的形式，直接輸出與流量成正比的頻率信號(hào).結(jié)構(gòu)上并不能將旋渦發(fā)生體自由地插入或卸出，所以一般并不將渦街流量計(jì)作為插入式流量計(jì)的一個(gè)品種來(lái)討論。

2、插入式流量計(jì)的測(cè)量原理

1)點(diǎn)流型插入式流量計(jì)的測(cè)量原理

點(diǎn)流型插入式流量傳感器的結(jié)構(gòu)如圖11-1所示。

它由測(cè)量頭、插入桿、插入機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換器和測(cè)量管道等幾個(gè)組件構(gòu)成。使用時(shí)將測(cè)量頭插入到管道中某特定位置(一般為管道軸線處或管道平均流速處)，測(cè)量該處的局部流速，然后根據(jù)管內(nèi)流速分布和儀表與管道的幾何參數(shù)等推算得到流過(guò)管道的流量值。

對(duì)于點(diǎn)流型插入式流量計(jì)來(lái)說(shuō)，由于測(cè)量頭只測(cè)量管道中的一點(diǎn)流速，要根據(jù)一點(diǎn)的流速來(lái)推知管道內(nèi)的平均流速顯然會(huì)有很大的困難，管內(nèi)的流速分布及平均流速位置將對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大的影響。下面對(duì)頻率信號(hào)輸出型測(cè)量頭和模擬信號(hào)輸出型測(cè)量頭等幾種不同類(lèi)型的插入式流量計(jì)來(lái)討論點(diǎn)流型插入式流量計(jì)的測(cè)量原理。

（1）頻率信號(hào)輸出型測(cè)量頭

使用頻率信號(hào)輸出測(cè)量頭的插入式流量計(jì)有插入式渦輪和插入式渦街流量計(jì)，其流量計(jì)算公式為

qv=f/k

式中qv是體積流量（m3/s）；f是流量計(jì)頻率輸出信號(hào)（Hz）；K是流量計(jì)儀表系數(shù)（1/m3）。

流量計(jì)儀表系數(shù)K的計(jì)算公式為

式中，Ko是測(cè)量頭的儀表系數(shù)（1/m）；a是速度分布系數(shù)，它是管道內(nèi)平均流速與測(cè)量頭處流速的比值，用來(lái)修正由于測(cè)量頭處的流速與管內(nèi)平均流速的差異造成的影響；β是阻塞系數(shù)，用來(lái)修正由于插入桿和測(cè)量頭引起的管道流通面積減小及管內(nèi)速度分布畸變所造成的影響。γ是干擾系數(shù)，主要用來(lái)修正由于上游阻流件所引起的速度分布畸變以及管道所開(kāi)窗口帶來(lái)的影響。A是測(cè)量管橫截面積，m2。

（2）模擬信號(hào)輸出型測(cè)量頭

使用模擬信號(hào)輸出測(cè)量頭的插入式流量計(jì)有皮托管（輸出差壓信號(hào)，經(jīng)差壓變送器后為電流信號(hào)輸出）和插入式電磁流量計(jì)(輸出電勢(shì)信號(hào))，其流量計(jì)算公式為

式中，K是流量計(jì)的流量系數(shù)，

Kv是測(cè)量頭的流速系數(shù)，

△p是皮托管輸出差壓信號(hào)（Pa）；e是插入電磁輸出電勢(shì)信號(hào)（V）；ρ是被測(cè)介質(zhì)密度（kg/m3）。

2)點(diǎn)流型插入式流量計(jì)有關(guān)系數(shù)的確定

（1）流量計(jì)速度分布系數(shù)a的確定速度分布系數(shù)a是管道平均流速與測(cè)量頭所處位置局部流速之比。它限管內(nèi)流體速度分布形式有極大的關(guān)系。

a、對(duì)于光滑管道.在充分發(fā)展紊流條件下，管內(nèi)流速分布的*簡(jiǎn)單公式是指數(shù)公式

式中，指數(shù)n是一個(gè)與雷諾數(shù)Re有關(guān)的數(shù)，一般可用n-1.56lg Re來(lái)表示

對(duì)于這樣的速度分布，其平均流速

平均流速所在位置為

所以，如果測(cè)量頭插到軸線處，則速度分布系數(shù)

如果測(cè)量頭插到管道平均流速處，則速度分布系數(shù)a=1。

b、對(duì)于粗糙管道，管內(nèi)流速分布除與雷諾數(shù)有關(guān)外，還與管道壁面的相對(duì)粗糙度△/D的關(guān)系可用科爾布魯克（Colebrook）公式來(lái)表示

由于上式為一非顯示方程，應(yīng)用迭代法求解。初始值λ0按下式估計(jì)時(shí)，一次牛頓迭代獲得的結(jié)果在±0.01%之內(nèi)。

Teyssandier根據(jù)Pai速度分布公式求得用于粗糙管平均流速

所以，如果測(cè)*頭插到軸線處，則速度分布系數(shù)a用下式近似地表示，可獲得較高的測(cè)量精度。

如果測(cè)量頭插到管道平均流速處，則速度分布系數(shù)a=1。

根據(jù)式11-7和式11-11計(jì)算得到的結(jié)果列于表11-1所示，a的變化趨勢(shì)如圖11-2所示。