靶式流量計的測量原理和選擇方法

靶式流量計是60年代為解決介質(zhì)黏度高、雷諾數(shù)低的流量測量而發(fā)展起來的一種流量計。它具有安裝維護(hù)方便、不易阻塞等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的靶式流量計測量原理是杠桿平衡原理，直接采用差壓變送器的力平衡機(jī)構(gòu)而設(shè)計的儀表，它的缺點(diǎn)是精度低，量程比小，并有力平衡機(jī)構(gòu)本身造成的缺陷，如零點(diǎn)易漂移，杠桿機(jī)構(gòu)可靠性差等。
新型靶式流量計的力轉(zhuǎn)換器采用應(yīng)變式力轉(zhuǎn)換器，它改進(jìn)了上述缺點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、精確度高、壓損低、校驗(yàn)方便易維護(hù)等特點(diǎn)，并且新型靶式流量計還把微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到信號轉(zhuǎn)換器和顯示部分，大大提高了流量計的性能。
我廠2002年對裝置進(jìn)行了改造，新增許多測量回路，引進(jìn)一批新型靶式流量計，投入運(yùn)行后，運(yùn)行
良好，現(xiàn)將這一新型靶表及其在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題、處理方法作以簡單介紹。
1 新型靶式流量計的測量原理
新式的靶式流量計利用壓敏電阻（是一種對所受壓力非常敏感的電阻）構(gòu)成的惠斯登電橋平衡技術(shù)，克服了傳統(tǒng)靶式流量計利用杠桿平衡原理在實(shí)際應(yīng)用中存在的缺陷，極大地提高了測量精度。
用專業(yè)．現(xiàn)從事1X2S PLC及常規(guī)儀表等的管理和維護(hù)工作
圖1 流量計測量原理簡圖
R1、R2、R3、R4為壓敏電阻應(yīng)變片
圖2 電橋平衡原理圖
靶板的受力經(jīng)不銹鋼靶桿傳遞給壓敏電阻應(yīng)變片，再經(jīng)應(yīng)變片電阻構(gòu)成的惠斯登電橋把力轉(zhuǎn)換成與流速平方成正比的電信號。在應(yīng)變片橋路中應(yīng)變
片A2、A4朝向介質(zhì)流動的方向；A 、A3背向介質(zhì)流動的方向。受力后A2、A4受擠壓，電阻減??；Al，A3
受拉伸，電阻增大。此時電橋平衡被打破。產(chǎn)生與流速平方成正比的電信號。

2005年第lO期 陳普光：新型靶式流量計在石油化工中的應(yīng)用
2 參數(shù)的計算
當(dāng)流體沖擊靶板時，靶板受力為：
F=Cd×lD× ×A／2 （1）
式中 F：靶板受力，N；Cd：阻力系數(shù)；lD：流體密度kg·
em。。； ：流體速度，m·s ；A：靶片受力面積，crn2。
受力F后，靶桿產(chǎn)生彎曲變形，應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)
變￡，有：
= {6L／（6×h ）}×F=E×￡ （2）
式中 ：平均應(yīng)力，N；L：力F到應(yīng)變片中心距
離，em；6、h：靶桿橫截面寬度、厚度，em；E：彈性模
量；￡：平均應(yīng)變。
受力F后，應(yīng)變電阻變化率與應(yīng)變量關(guān)系：
K=（△R／R）／￡ （3）
式中 K：應(yīng)變片靈敏系數(shù)；R：應(yīng)變片電阻，Q；△ 尺：
應(yīng)變片電阻變化，△Q。
電橋電源電壓為 ，電橋輸出電壓信號為△ ：
^ r
{（Rl+△R1）（R3+AR3）一（R2+AR2）（R4+△R4）
△ —／（R1+R2+／kRl+／kR2）—（R3+R4+／kR3+／kR4）I ，
若RI= R2=R3= R4，△Rl／Rl、△R2／R2、
△R3／R3、△R4／R4較小，則可簡化為：
△U =U／4×K ×（el一 2+ 3一 4） （4）
可見輸出電壓與各個橋臂的電阻變化的代數(shù)和近似為線形關(guān)系，△ 與F成正比，與 成正比，所以，通過將傳感器輸出電壓△ 進(jìn)行處理，可計算出流量。
3 在流量計選擇中應(yīng)注意的事項(xiàng)
首先要了解被測對象的參數(shù)，包括介質(zhì)組分，流量范圍（最大流量、最小流量、正常流量），工作壓力，溫度，黏度，管道內(nèi)徑，允許壓力損失量；然后通過輔助計算
把被測流體流量換算為標(biāo)況下標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)流量，再計算最大流量靶板受力Fmax及最小流量靶板受力Fmin，F(xiàn)nmx超過最大允許值會損壞儀表，F(xiàn)min小于最小允許值會造成分辨率不足；最后根據(jù)輔助計算得到的流量范圍，管道雷諾數(shù)、初選口徑及J3值，從產(chǎn)品說明書中技術(shù)參數(shù)表查得流量系數(shù)0值，要求最小雷諾數(shù)大于臨界雷諾數(shù)。
4 流量計的現(xiàn)場校驗(yàn)方法
靶式流量計定期校驗(yàn)可采用干式校驗(yàn)也就是俗稱的掛重法校驗(yàn)，具體方法見圖3。
靶表
靶式流量計掛重校驗(yàn)方法
注意：砝碼盤重心要始終位于靶板中心軸線上，重力方向垂直于靶平面。
校驗(yàn)步驟：
（1）零位及量程調(diào)整：接通電源，預(yù)熱，未加法碼時，電流表指示下限（4ma）；向砝碼盤加靶受力上限Fmax，使電流表指示上限（20mA）。
（2）示值校驗(yàn)：把Fmax值分為5個校點(diǎn)，算出各點(diǎn)F值及對應(yīng)電流值，向砝碼盤中依次加入各點(diǎn)力值砝碼，讀出電流實(shí)際值，，正反行程各校一次。說明：流體作用于靶板力與掛重作用力有區(qū)別，要想得到更高精確度，須實(shí)流校驗(yàn)。
5 維護(hù)
在應(yīng)用過程中靶表會出現(xiàn)應(yīng)變電橋零點(diǎn)漂移、靶桿變型、傳感器零點(diǎn)誤差、二次儀表誤差等現(xiàn)象，對這些情況，可以按以下方法處理：（1）由于電阻值的誤差及粘貼不對稱，或傳感器溫度變化，會造成零點(diǎn)的漂移，可以在橋臂上加調(diào)零電阻或溫度補(bǔ)償電阻解決；（2）當(dāng)靶表遇到的流量很大時，有可能造成靶桿變形超過其彈性形變，當(dāng)流量回零時，靶桿不能立即恢復(fù)原位，造成誤差，對于這種情況應(yīng)定期對傳感器零點(diǎn)進(jìn)行重新修正；（3）由于流量計位置的變動，靶桿靶片受重力影響，會在電橋兩端產(chǎn)生附加電壓，造成誤差，所以在每次移動位置后，必須進(jìn)行零
點(diǎn)修正。另外由于靶表直接安裝在現(xiàn)場管線上，受環(huán)境溫度的影響，二次儀表模擬器件有可能發(fā)生溫漂，造成誤差，這需要維護(hù)人員應(yīng)定時檢N-次儀表
零點(diǎn)電壓，及時消除二次儀表零點(diǎn)漂移。
6 結(jié)語
我廠引進(jìn)的幾臺新型靶表結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、調(diào)試容易、并且精度高，在應(yīng)用中收到了較好效果，隨著生產(chǎn)的需要，新型應(yīng)變式靶式流量計必將在化工領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。