【論文摘要】靶式流量計是差壓流量計的一個品種，它在工業(yè)上的開發(fā)應(yīng)用已有數(shù)十年的歷史。我國于20世紀(jì)70年代開發(fā)電動、氣動靶式流量變送器它是電動、氣動單元組合儀表的檢測儀表。由于當(dāng)時力轉(zhuǎn)換器直接采用差壓變送器的力平衡機構(gòu)，這種流量計使用時不免帶來力平衡機構(gòu)本身所造成的諸多缺陷，如零位易漂移，測量精確度低，杠桿機構(gòu)可靠性差等。由于力平衡機構(gòu)性能不佳的拖累，靶式流量計本身的許多優(yōu)點亦未能得到有效的發(fā)揮，至今用戶對舊靶式流量計的不良印象仍未消除。
一、 概述
靶式流量計是差壓流量計的一個品種，它在工業(yè)上的開發(fā)應(yīng)用已有數(shù)十年的歷史。我國于20世紀(jì)70年代開發(fā)電動、氣動靶式流量變送器它是電動、氣動單元組合儀表的檢測儀表。由于當(dāng)時力轉(zhuǎn)換器直接采用差壓變送器的力平衡機構(gòu)，這種流量計使用時不免帶來力平衡機構(gòu)本身所造成的諸多缺陷，如零位易漂移，測量精確度低，杠桿機構(gòu)可靠性差等。由于力平衡機構(gòu)性能不佳的拖累，靶式流量計本身的許多優(yōu)點亦未能得到有效的發(fā)揮，至今用戶對舊靶式流量計的不良印象仍未消除。
新型靶式流量計的力轉(zhuǎn)換器采用應(yīng)變式力轉(zhuǎn)換器，它完全消除了上述力平衡機構(gòu)的缺點，新型靶式流量計還把微電子技術(shù)和計算機技術(shù)應(yīng)用到信號轉(zhuǎn)換器和顯示部分，流量計具有一系列優(yōu)點，相信今后在眾多流量計中發(fā)揮重要的作用。
二、 原理和結(jié)構(gòu)
1、 工作原理
靶式流量計的原理簡圖如圖1所示。
在測量管（儀表表體）中心同軸放置一塊園形靶板，當(dāng)流體沖擊靶板時，靶板上受到一個力F，它與流速V，介質(zhì)密度ρ和靶板受力面積A之間關(guān)系式如式（1）所示。
（1）
式中 F ——靶板上受的力，N；
CD ——阻力系數(shù)；
ρ——流體密度，kg/m3；
V——流體流速，m/s；
A——靶板受力面積，m2。
經(jīng)推導(dǎo)與換算，得流量計算式如下：
式中 qm，qv——分別為質(zhì)量流量和體積流量，kg/h，m3/h；
α——流量系數(shù)；
D ——測量管內(nèi)徑，mm；
β ——直徑比，β＝d/D；
d——靶板直徑，mm。
其余符號同上。
靶板受力經(jīng)力轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)前置放大，AD轉(zhuǎn)換及計算機處理后，可得到相應(yīng)的流量和總量。如圖1所示。
圖2 靶式流量計結(jié)構(gòu)簡圖
2、 結(jié)構(gòu)形式
靶式流量計結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示
它由檢測裝置，力轉(zhuǎn)換器，信號處理和顯示儀幾部分組成。檢測裝置包括測量管和靶板，力轉(zhuǎn)換器為應(yīng)變計式傳感器，信號處理和顯示儀可以就地直讀顯示或遠(yuǎn)距標(biāo)準(zhǔn)信號傳輸?shù)取?BR>靶式流量計的結(jié)構(gòu)形式可分為管道式，夾裝式和插入式等，各類結(jié)構(gòu)形式還可分為一體式和分離式二種。一體式為現(xiàn)場直讀顯示，而分離式則把數(shù)碼顯示儀與檢測裝置分離（一般不超過100m）。
三、 流量計主要特點
1、感測件為無可動部件，結(jié)構(gòu)簡單牢固；
2、應(yīng)用范圍和適應(yīng)性很廣泛，一般工業(yè)過程中的流體介質(zhì)，包括液、氣和蒸汽，口徑范圍（DN15以上），各種工作狀態(tài)（高、低溫，常壓、高壓）皆可應(yīng)用，可以說其應(yīng)用范圍可與孔板流量計相比美。
3、準(zhǔn)確度高，總量測量可達0.2%R；
4、范圍度寬，4：1～15：1至30：1；
5、可解決困難的流量測量問題，如測量含有雜質(zhì)（微粒）之類的臟污流體；原油、污水、高溫渣油、漿液、燒堿液，瀝青等；
6、靈敏度高，能測量微小流量，流速可低至0.08m/s；
7、用于小口徑(DN15～DN50)，低雷諾數(shù)(Red=103～5×103)的流體，它可以彌補標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置難以應(yīng)用的場合，如小口徑蒸汽流量測量等；
8、可適應(yīng)高參數(shù)流體的測量，壓力高達數(shù)十MPa，溫度達450℃；
9、可用于雙向流動流體的測量；
10、壓力損失較低，約為標(biāo)準(zhǔn)孔板的一半；
11、抗上游阻流件干擾能力強，上游側(cè)直管段長度一般5～10D即可；
12、可采取干式（掛重法）校驗，給用戶周期校驗帶來方便；
13、直讀式儀表無需外能源，清晰明了，操作簡便，亦可輸出標(biāo)準(zhǔn)信號（脈沖頻率或電流信號）；
14、儀表性能價格比高，為經(jīng)濟實惠的流量計；
15、安裝簡單方便，易維護。
四、 選用考慮要點
1、新型應(yīng)變式靶式流量計在總體性能上既具有孔板等流量計的結(jié)構(gòu)簡單牢固，使用可靠，使用期限長，又具有容積式流量計等總量計量精度高，重復(fù)性好等特點，而且性能價格比高，維修使用簡便，是一類經(jīng)濟實惠的流量計；
2、國產(chǎn)SBL型應(yīng)變式靶式流量計既適用于過程工業(yè)控制系統(tǒng)，亦可用于能源（水，天然氣，蒸汽，油品等）的貿(mào)易結(jié)算計量，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。 表1 SBL型靶式流量計技術(shù)參數(shù)簡表
被測介質(zhì) 液體、氣體、蒸汽 公稱通徑DN mm 管道式15～300 夾裝式15～600 插入式150～1500 公稱壓力MPa 0.6 ～ 10 0.6 ～ 42 0.6 ～ 42 介質(zhì)溫度0C -40 ～ +80 ； +80 ～+450 準(zhǔn)確度 ±0.2% ± 0.5% ± 1.0% ± 1.5% 范圍度 3：1 5： 1 10：1 10：1（氣體） 重復(fù)性 0.1% ～0.08% 供電電源 機內(nèi)自備鋰電池（3.6），外電源12 ～24 輸出形式 現(xiàn)場顯示，4 ～20，脈沖 0～10 測量管材料 ZG45, OCY18Niq 或按用戶要求提供 防爆標(biāo)志 本安型(iaBT4)， 隔爆型(act6) 防護等級 IP 65-- 3、由表1可見，流量計準(zhǔn)確度與測量的范圍度是密切相關(guān)的，同一通徑的流量計，準(zhǔn)確度愈高，則范圍度愈小，表2所示為在各種流體中，它們之間的關(guān)系。 表2 范圍度 ±0.2% ±0.5% ± 1% ±1.5% ±2.5% 液體 3 5 10 氣體 15 20 蒸汽 10 10 注；范圍度：最大流量與最小流量的比值。 4、流量計的選型 1）確切了解測量對象的實際參數(shù)，包括流體名稱（組分），流量范圍（最大、最小和常用流量），流體工作壓力，溫度，工作狀態(tài)下密度，粘度，安裝處管道內(nèi)徑，允許的壓力損失等。 2）進行輔助計算 a.把被測流體最大流量換算為校準(zhǔn)狀態(tài)下的校準(zhǔn)介質(zhì)的最大流量。 一般流量計的液體產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)的流量范圍是以水介質(zhì)表示的，如被測介質(zhì)工作狀態(tài)下密度與水的密度不同時，流量范圍將相應(yīng)改變，因此必須把被測介質(zhì)的最大流量按下式換算為水的最大流量
式中 公式——分別為水，被測介質(zhì)的質(zhì)量流量，kg/h；
公式 ——分別為水，被測介質(zhì)的體積流量，m3/h；
ρ’，ρ ——分別為水，被測介質(zhì)的密度， kg/m3。
最小流量亦可按上述原理進行換算。
一般氣體，蒸汽流量計產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)用空氣作為校準(zhǔn)介質(zhì)得到的，它們流量范圍的換算原則與上述液體介質(zhì)是類似的，這里不再重述。
b.計算最大流量時靶板受力Fmax及最小流量時靶板受力Fmin，在流量計額定流量范圍內(nèi)，流體對靶板的作用力不應(yīng)超過允許值，制造廠的產(chǎn)品技術(shù)說明書應(yīng)提供各種口徑靶板受力的允許值。選型時，需校核靶受力值，它是為了不致發(fā)生分辨力（最小流量時）不足或儀表損壞（最大流量時）
式中符號同上。
c. 計算最小雷諾數(shù) ReDmin
式中 ReDmin——管道最小雷諾數(shù)；
（qm）min——最小質(zhì)量流量，kg/h；
D——管道內(nèi)徑，mm；
ρ ——流體動力粘度，Pa·S
1）選型
根據(jù)輔助計算得到的流量范圍 ，管道雷諾數(shù)以及初選的口徑及β值從產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)（產(chǎn)品使用說明書中附有的）圖表中查得流量系數(shù)α（注意；ReDmin 應(yīng)大于界限雷諾數(shù)Rek），將初選的D，β, α以及被測介質(zhì)的最大流量，密度等代入式（6），（7）算出F值。若符合F的允許范圍，則可將初選產(chǎn)品規(guī)格確定下來。否則重選D或β，如重選D（或β）則上述部分步驟重新驗算。若用戶有壓力損失限值要求，則應(yīng)驗正壓損是否滿足要求，否則需重新進行口徑的選擇。
5 流量計的干式校驗
流量計的干式校驗安裝簡圖如圖3所示，將靶板中心的固定螺釘換成尾部帶有小孔的掛重專用螺釘，裝好靶板，通過螺釘?shù)男】讙焐享来a盤，使砝碼盤重心始終位于靶板的中心軸線上，重力方向垂直于靶平面。
校驗的程序如下
1）零位和量程調(diào)整
接通電源，預(yù)熱（按產(chǎn)品說明書要求），在未加砝碼前，電流表指針指示下限值(4mA)，向碼盤加入靶受力的上限值(Fmax)進行量程調(diào)整，使電流表指示上限值(20mA)
將砝碼全部取下，此時電流表應(yīng)恢復(fù)到原下限值位置，否則應(yīng)重新進行調(diào)整。
2）示值校驗
按流量計受力上限值Fmax分為五個校驗點，并算出與各校驗點對應(yīng)的力值F及相應(yīng)的信號電流值。
向砝碼盤中依次加入各校驗點相應(yīng)力值的砝碼，讀出輸出信號電流的實際值I，正反行程各校驗一次。
6 應(yīng)該指出，流體作用于靶板的力與掛重作用的力還是有區(qū)別的，因此掛重法并不能完全代替實流校準(zhǔn)，要獲得高準(zhǔn)確度，必要的實流校準(zhǔn)還是需要的。
一、 概述
靶式流量計是差壓流量計的一個品種，它在工業(yè)上的開發(fā)應(yīng)用已有數(shù)十年的歷史。我國于20世紀(jì)70年代開發(fā)電動、氣動靶式流量變送器它是電動、氣動單元組合儀表的檢測儀表。由于當(dāng)時力轉(zhuǎn)換器直接采用差壓變送器的力平衡機構(gòu)，這種流量計使用時不免帶來力平衡機構(gòu)本身所造成的諸多缺陷，如零位易漂移，測量精確度低，杠桿機構(gòu)可靠性差等。由于力平衡機構(gòu)性能不佳的拖累，靶式流量計本身的許多優(yōu)點亦未能得到有效的發(fā)揮，至今用戶對舊靶式流量計的不良印象仍未消除。
新型靶式流量計的力轉(zhuǎn)換器采用應(yīng)變式力轉(zhuǎn)換器，它完全消除了上述力平衡機構(gòu)的缺點，新型靶式流量計還把微電子技術(shù)和計算機技術(shù)應(yīng)用到信號轉(zhuǎn)換器和顯示部分，流量計具有一系列優(yōu)點，相信今后在眾多流量計中發(fā)揮重要的作用。
二、 原理和結(jié)構(gòu)
1、 工作原理
靶式流量計的原理簡圖如圖1所示。
在測量管（儀表表體）中心同軸放置一塊園形靶板，當(dāng)流體沖擊靶板時，靶板上受到一個力F，它與流速V，介質(zhì)密度ρ和靶板受力面積A之間關(guān)系式如式（1）所示。
（1）式中 F ——靶板上受的力，N；
CD ——阻力系數(shù)；
ρ——流體密度，kg/m3；
V——流體流速，m/s；
A——靶板受力面積，m2。
經(jīng)推導(dǎo)與換算，得流量計算式如下：
式中 qm，qv——分別為質(zhì)量流量和體積流量，kg/h，m3/h；
α——流量系數(shù)；
D ——測量管內(nèi)徑，mm；
β ——直徑比，β＝d/D；
d——靶板直徑，mm。
其余符號同上。
靶板受力經(jīng)力轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)前置放大，AD轉(zhuǎn)換及計算機處理后，可得到相應(yīng)的流量和總量。如圖1所示。
圖2 靶式流量計結(jié)構(gòu)簡圖
2、 結(jié)構(gòu)形式
靶式流量計結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示
它由檢測裝置，力轉(zhuǎn)換器，信號處理和顯示儀幾部分組成。檢測裝置包括測量管和靶板，力轉(zhuǎn)換器為應(yīng)變計式傳感器，信號處理和顯示儀可以就地直讀顯示或遠(yuǎn)距標(biāo)準(zhǔn)信號傳輸?shù)取?BR>靶式流量計的結(jié)構(gòu)形式可分為管道式，夾裝式和插入式等，各類結(jié)構(gòu)形式還可分為一體式和分離式二種。一體式為現(xiàn)場直讀顯示，而分離式則把數(shù)碼顯示儀與檢測裝置分離（一般不超過100m）。
三、 流量計主要特點
1、感測件為無可動部件，結(jié)構(gòu)簡單牢固；
2、應(yīng)用范圍和適應(yīng)性很廣泛，一般工業(yè)過程中的流體介質(zhì)，包括液、氣和蒸汽，口徑范圍（DN15以上），各種工作狀態(tài)（高、低溫，常壓、高壓）皆可應(yīng)用，可以說其應(yīng)用范圍可與孔板流量計相比美。
3、準(zhǔn)確度高，總量測量可達0.2%R；
4、范圍度寬，4：1～15：1至30：1；
5、可解決困難的流量測量問題，如測量含有雜質(zhì)（微粒）之類的臟污流體；原油、污水、高溫渣油、漿液、燒堿液，瀝青等；
6、靈敏度高，能測量微小流量，流速可低至0.08m/s；
7、用于小口徑(DN15～DN50)，低雷諾數(shù)(Red=103～5×103)的流體，它可以彌補標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置難以應(yīng)用的場合，如小口徑蒸汽流量測量等；
8、可適應(yīng)高參數(shù)流體的測量，壓力高達數(shù)十MPa，溫度達450℃；
9、可用于雙向流動流體的測量；
10、壓力損失較低，約為標(biāo)準(zhǔn)孔板的一半；
11、抗上游阻流件干擾能力強，上游側(cè)直管段長度一般5～10D即可；
12、可采取干式（掛重法）校驗，給用戶周期校驗帶來方便；
13、直讀式儀表無需外能源，清晰明了，操作簡便，亦可輸出標(biāo)準(zhǔn)信號（脈沖頻率或電流信號）；
14、儀表性能價格比高，為經(jīng)濟實惠的流量計；
15、安裝簡單方便，易維護。
四、 選用考慮要點
1、新型應(yīng)變式靶式流量計在總體性能上既具有孔板等流量計的結(jié)構(gòu)簡單牢固，使用可靠，使用期限長，又具有容積式流量計等總量計量精度高，重復(fù)性好等特點，而且性能價格比高，維修使用簡便，是一類經(jīng)濟實惠的流量計；
2、國產(chǎn)SBL型應(yīng)變式靶式流量計既適用于過程工業(yè)控制系統(tǒng)，亦可用于能源（水，天然氣，蒸汽，油品等）的貿(mào)易結(jié)算計量，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。 表1 SBL型靶式流量計技術(shù)參數(shù)簡表
被測介質(zhì) 液體、氣體、蒸汽 公稱通徑DN mm 管道式15～300 夾裝式15～600 插入式150～1500 公稱壓力MPa 0.6 ～ 10 0.6 ～ 42 0.6 ～ 42 介質(zhì)溫度0C -40 ～ +80 ； +80 ～+450 準(zhǔn)確度 ±0.2% ± 0.5% ± 1.0% ± 1.5% 范圍度 3：1 5： 1 10：1 10：1（氣體） 重復(fù)性 0.1% ～0.08% 供電電源 機內(nèi)自備鋰電池（3.6），外電源12 ～24 輸出形式 現(xiàn)場顯示，4 ～20，脈沖 0～10 測量管材料 ZG45, OCY18Niq 或按用戶要求提供 防爆標(biāo)志 本安型(iaBT4)， 隔爆型(act6) 防護等級 IP 65-- 3、由表1可見，流量計準(zhǔn)確度與測量的范圍度是密切相關(guān)的，同一通徑的流量計，準(zhǔn)確度愈高，則范圍度愈小，表2所示為在各種流體中，它們之間的關(guān)系。 表2 范圍度 ±0.2% ±0.5% ± 1% ±1.5% ±2.5% 液體 3 5 10 氣體 15 20 蒸汽 10 10 注；范圍度：最大流量與最小流量的比值。 4、流量計的選型 1）確切了解測量對象的實際參數(shù)，包括流體名稱（組分），流量范圍（最大、最小和常用流量），流體工作壓力，溫度，工作狀態(tài)下密度，粘度，安裝處管道內(nèi)徑，允許的壓力損失等。 2）進行輔助計算 a.把被測流體最大流量換算為校準(zhǔn)狀態(tài)下的校準(zhǔn)介質(zhì)的最大流量。 一般流量計的液體產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)的流量范圍是以水介質(zhì)表示的，如被測介質(zhì)工作狀態(tài)下密度與水的密度不同時，流量范圍將相應(yīng)改變，因此必須把被測介質(zhì)的最大流量按下式換算為水的最大流量
式中 公式——分別為水，被測介質(zhì)的質(zhì)量流量，kg/h；
公式 ——分別為水，被測介質(zhì)的體積流量，m3/h；
ρ’，ρ ——分別為水，被測介質(zhì)的密度， kg/m3。
最小流量亦可按上述原理進行換算。
一般氣體，蒸汽流量計產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)用空氣作為校準(zhǔn)介質(zhì)得到的，它們流量范圍的換算原則與上述液體介質(zhì)是類似的，這里不再重述。
b.計算最大流量時靶板受力Fmax及最小流量時靶板受力Fmin，在流量計額定流量范圍內(nèi)，流體對靶板的作用力不應(yīng)超過允許值，制造廠的產(chǎn)品技術(shù)說明書應(yīng)提供各種口徑靶板受力的允許值。選型時，需校核靶受力值，它是為了不致發(fā)生分辨力（最小流量時）不足或儀表損壞（最大流量時）
式中符號同上。
c. 計算最小雷諾數(shù) ReDmin
式中 ReDmin——管道最小雷諾數(shù)；
（qm）min——最小質(zhì)量流量，kg/h；
D——管道內(nèi)徑，mm；
ρ ——流體動力粘度，Pa·S
1）選型
根據(jù)輔助計算得到的流量范圍 ，管道雷諾數(shù)以及初選的口徑及β值從產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)（產(chǎn)品使用說明書中附有的）圖表中查得流量系數(shù)α（注意；ReDmin 應(yīng)大于界限雷諾數(shù)Rek），將初選的D，β, α以及被測介質(zhì)的最大流量，密度等代入式（6），（7）算出F值。若符合F的允許范圍，則可將初選產(chǎn)品規(guī)格確定下來。否則重選D或β，如重選D（或β）則上述部分步驟重新驗算。若用戶有壓力損失限值要求，則應(yīng)驗正壓損是否滿足要求，否則需重新進行口徑的選擇。
5 流量計的干式校驗
流量計的干式校驗安裝簡圖如圖3所示，將靶板中心的固定螺釘換成尾部帶有小孔的掛重專用螺釘，裝好靶板，通過螺釘?shù)男】讙焐享来a盤，使砝碼盤重心始終位于靶板的中心軸線上，重力方向垂直于靶平面。
校驗的程序如下
1）零位和量程調(diào)整
接通電源，預(yù)熱（按產(chǎn)品說明書要求），在未加砝碼前，電流表指針指示下限值(4mA)，向碼盤加入靶受力的上限值(Fmax)進行量程調(diào)整，使電流表指示上限值(20mA)
將砝碼全部取下，此時電流表應(yīng)恢復(fù)到原下限值位置，否則應(yīng)重新進行調(diào)整。
2）示值校驗
按流量計受力上限值Fmax分為五個校驗點，并算出與各校驗點對應(yīng)的力值F及相應(yīng)的信號電流值。
向砝碼盤中依次加入各校驗點相應(yīng)力值的砝碼，讀出輸出信號電流的實際值I，正反行程各校驗一次。
6 應(yīng)該指出，流體作用于靶板的力與掛重作用的力還是有區(qū)別的，因此掛重法并不能完全代替實流校準(zhǔn)，要獲得高準(zhǔn)確度，必要的實流校準(zhǔn)還是需要的。
