靶式流量计的测量原理和选择方法

靶式流量计的测量原理和选择方法

靶式流量计是60年代为解决介质黏度高、雷诺数低的流量测量而发展起来的一种流量计。它具有安装维护方便、不易阻塞等优点。传统的靶式流量计测量原理是杠杆平衡原理，直接采用差压变送器的力平衡机构而设计的仪表，它的缺点是精度低，量程比小，并有力平衡机构本身造成的缺陷，如零点易漂移，杠杆机构可靠性差等。
新型靶式流量计的力转换器采用应变式力转换器，它改进了上述缺点，具有结构简单、精确度高、压损低、校验方便易维护等特点，并且新型靶式流量计还把微电子技术和计算机技术应用到信号转换器和显示部分，大大提高了流量计的性能。
我厂2002年对装置进行了改造，新增许多测量回路，引进一批新型靶式流量计，投入运行后，运行
良好，现将这一新型靶表及其在运行中出现的问题、处理方法作以简单介绍。
1 新型靶式流量计的测量原理
新式的靶式流量计利用压敏电阻（是一种对所受压力非常敏感的电阻）构成的惠斯登电桥平衡技术，克服了传统靶式流量计利用杠杆平衡原理在实际应用中存在的缺陷，极大地提高了测量精度。
用专业．现从事1X2S PLC及常规仪表等的管理和维护工作
图1 流量计测量原理简图
R1、R2、R3、R4为压敏电阻应变片
图2 电桥平衡原理图
靶板的受力经不锈钢靶杆传递给压敏电阻应变片，再经应变片电阻构成的惠斯登电桥把力转换成与流速平方成正比的电信号。在应变片桥路中应变
片A2、A4朝向介质流动的方向；A 、A3背向介质流动的方向。受力后A2、A4受挤压，电阻减小；Al，A3
受拉伸，电阻增大。此时电桥平衡被打破。产生与流速平方成正比的电信号。

2005年第lO期 陈普光：新型靶式流量计在石油化工中的应用
2 参数的计算
当流体冲击靶板时，靶板受力为：
F=Cd×lD× ×A／2 （1）
式中 F：靶板受力，N；Cd：阻力系数；lD：流体密度kg·
em。。； ：流体速度，m·s ；A：靶片受力面积，crn2。
受力F后，靶杆产生弯曲变形，应变片产生应
变￡，有：
= {6L／（6×h ）}×F=E×￡ （2）
式中 ：平均应力，N；L：力F到应变片中心距
离，em；6、h：靶杆横截面宽度、厚度，em；E：弹性模
量；￡：平均应变。
受力F后，应变电阻变化率与应变量关系：
K=（△R／R）／￡ （3）
式中 K：应变片灵敏系数；R：应变片电阻，Q；△ 尺：
应变片电阻变化，△Q。
电桥电源电压为 ，电桥输出电压信号为△ ：
^ 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较小，则可简化为：
△U =U／4×K ×（el一 2+ 3一 4） （4）
可见输出电压与各个桥臂的电阻变化的代数和近似为线形关系，△ 与F成正比，与 成正比，所以，通过将传感器输出电压△ 进行处理，可计算出流量。
3 在流量计选择中应注意的事项
首先要了解被测对象的参数，包括介质组分，流量范围（最大流量、最小流量、正常流量），工作压力，温度，黏度，管道内径，允许压力损失量；然后通过辅助计算
把被测流体流量换算为标况下标准介质流量，再计算最大流量靶板受力Fmax及最小流量靶板受力Fmin，Fnmx超过最大允许值会损坏仪表，Fmin小于最小允许值会造成分辨率不足；最后根据辅助计算得到的流量范围，管道雷诺数、初选口径及J3值，从产品说明书中技术参数表查得流量系数0值，要求最小雷诺数大于临界雷诺数。
4 流量计的现场校验方法
靶式流量计定期校验可采用干式校验也就是俗称的挂重法校验，具体方法见图3。
靶表
靶式流量计挂重校验方法
注意：砝码盘重心要始终位于靶板中心轴线上，重力方向垂直于靶平面。
校验步骤：
（1）零位及量程调整：接通电源，预热，未加法码时，电流表指示下限（4ma）；向砝码盘加靶受力上限Fmax，使电流表指示上限（20mA）。
（2）示值校验：把Fmax值分为5个校点，算出各点F值及对应电流值，向砝码盘中依次加入各点力值砝码，读出电流实际值，，正反行程各校一次。说明：流体作用于靶板力与挂重作用力有区别，要想得到更高精确度，须实流校验。
5 维护
在应用过程中靶表会出现应变电桥零点漂移、靶杆变型、传感器零点误差、二次仪表误差等现象，对这些情况，可以按以下方法处理：（1）由于电阻值的误差及粘贴不对称，或传感器温度变化，会造成零点的漂移，可以在桥臂上加调零电阻或温度补偿电阻解决；（2）当靶表遇到的流量很大时，有可能造成靶杆变形超过其弹性形变，当流量回零时，靶杆不能立即恢复原位，造成误差，对于这种情况应定期对传感器零点进行重新修正；（3）由于流量计位置的变动，靶杆靶片受重力影响，会在电桥两端产生附加电压，造成误差，所以在每次移动位置后，必须进行零
点修正。另外由于靶表直接安装在现场管线上，受环境温度的影响，二次仪表模拟器件有可能发生温漂，造成误差，这需要维护人员应定时检N-次仪表
零点电压，及时消除二次仪表零点漂移。
6 结语
我厂引进的几台新型靶表结构简单、安装方便、调试容易、并且精度高，在应用中收到了较好效果，随着生产的需要，新型应变式靶式流量计必将在化工领域得到更广泛的应用。