超聲流量計(jì)探頭插入方式
近些年來，水資源的節(jié)約與合理利用以及水能資源的高效利用成為國家關(guān)注的焦點(diǎn)，對(duì)大口徑的準(zhǔn)確計(jì)量成為引水輸水過程及水輪機(jī)效率評(píng)估的的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。超聲流量計(jì)以其便于安裝、無口徑限制、流速范圍寬、無壓力損等特點(diǎn)成為大口徑水流量測(cè)量的主要技術(shù)手段。但是由于目前國內(nèi)水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置能力的限制，對(duì)超大口徑超聲流量計(jì)的檢定和校準(zhǔn)成為一個(gè)難題，為了解決這一困難，中國計(jì)量科學(xué)而研究院已經(jīng)制定出DN1000—DN15000液體超聲流量計(jì)非實(shí)流校準(zhǔn)規(guī)范并申請(qǐng)報(bào)批，可以通過校準(zhǔn)影響流量測(cè)量結(jié)果的各個(gè)分量來校準(zhǔn)大口徑超聲流量計(jì)。多聲道超聲流量計(jì)利用多對(duì)在一定聲道高度上安裝的超聲探頭測(cè)量對(duì)應(yīng)聲道線上的平均流速，然后將這些聲道速度按照一定的權(quán)重加權(quán)求和得到整個(gè)截面的流量。超聲流量計(jì)的流量計(jì)算權(quán)重系數(shù)是根據(jù)無探頭管道的流場(chǎng)計(jì)算得到的，實(shí)際探頭安裝情況會(huì)改變聲道測(cè)量范圍并擾動(dòng)流場(chǎng)給流量計(jì)測(cè)量結(jié)果引入誤差。
針對(duì)這一問題，在非實(shí)流校準(zhǔn)中，除需校準(zhǔn)聲道距離、計(jì)時(shí)系統(tǒng)等分量外，還要評(píng)估超聲流量計(jì)探頭安裝方式引入的流量測(cè)量誤差。通過實(shí)驗(yàn)和Computational Fluid Dynamic（CFD）數(shù)值計(jì)算對(duì)管道內(nèi)探頭安裝方式：直插式（凸出）和內(nèi)裝式進(jìn)行研究，分析不同探頭和線纜安裝形式給流量測(cè)量引入的誤差。然而，超聲流量計(jì)探頭安裝形式多樣，不同的探頭安裝形式的誤差來源有所差異，對(duì)流場(chǎng)擾動(dòng)的程度也不同。
一般而言，大口徑水流量超聲流量計(jì)的探頭安裝形式主要有插入式（直插、斜插）和內(nèi)裝式,其超聲探頭可根據(jù)插入深度分為凸出、相切和凹陷三種安裝方式。(如右圖)
斜插式超聲流量計(jì)探頭插入深度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，超聲探頭的凸出或凹陷造成探頭測(cè)量的聲道范圍不同。超聲流量計(jì)測(cè)量的是兩探頭間聲道線上的平均流速值，凸出的探頭會(huì)忽略靠近邊壁部分的流速，測(cè)量的是核心區(qū)域的流速平均值，因此測(cè)量結(jié)果比無探頭影響時(shí)略高，造成流量測(cè)量正誤差；凹陷探頭測(cè)量的是管道內(nèi)聲道線以及探頭凹陷處死水區(qū)的平均流速，相比無探頭影響時(shí)，造成流量測(cè)量負(fù)誤差；按照相切位置安裝的探頭聲道范圍和無探頭時(shí)相同，因此由于聲道范圍造成的測(cè)量結(jié)果誤差為零。
其次，探頭對(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)會(huì)改變探頭附近聲道線上的水流速度，從而造成流量測(cè)量誤差。對(duì)于凸出的探頭，在沒有探頭擾流影響時(shí)，水流速度沿管道軸線方向，探頭附近的水流流速在聲道線方向上有投影分量；當(dāng)探頭擾動(dòng)時(shí)，探頭附近的水流速平行于探頭端面，造成這部分水流流速在聲道線方向的投影量為零，因此降低了聲道測(cè)量平均流速，造成流速量測(cè)量負(fù)誤差；安裝凹陷和相切方式安裝的探頭也會(huì)影響探頭附近的流場(chǎng)，在探頭附近區(qū)域改變流速的大小和方向，*終給超聲流量計(jì)聲道流速測(cè)量引入誤差。
斜插式超聲流量計(jì)的誤差來源分為聲道范圍影響誤差和探頭擾流誤差兩部分。凸出的探頭會(huì)引入正向誤差，凹陷的探頭會(huì)引入負(fù)向誤差，相切的探頭引入誤差*小，接近于零。當(dāng)探頭安裝位置相同時(shí)，小口徑流量計(jì)的探頭位置影響誤差大于大口徑流量計(jì)，并且這一差異是由于探頭擾流引起的。對(duì)于不同聲道數(shù)的流量計(jì)，探頭安裝位置引入誤差的趨勢(shì)相同。一般而言，探頭按照相切位置安裝時(shí)流量計(jì)不需對(duì)探頭影響進(jìn)行修正。
總而言之，不同的探頭插入方式會(huì)引起不同的測(cè)量誤差，大多數(shù)誤差都是不可忽略的，需要進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算得到**的誤差修正。