靶式流量计的分类及应用

　　0　引言

　　靶式流量计最早出现于20世纪60年代,最初主要用于解决高粘度、低雷诺数流体的流量测量问题[1]。我国于70年代开始开发该种仪表,由于受当时技术水平的限制,主要有气动靶式流量计和矢量机构电动靶式流量计两种类型。因为品种单一、调试繁琐、密封不可靠、抗干扰能力差等原因,致使靶式流量计在80年代至90年代初几乎退出市场。随着电子技术的飞速发展及新型传感器技术的涌现,靶式流量计在测量精度、抗干扰性、密封可靠性、校验调试等方面都有很大进步,重新获得了市场认可,成为流量测量的常用设备。据统计,近几年我国市场靶式流量计的需求量平均约为1.2~1.5万台。

　　1　靶式流量计测量原理

　　在恒定截面的圆筒形直管段的截面中心与流束垂直的方向设置一个称为靶的圆板,流体沿靶周围流过时,靶受到推力的作用,力的大小与流体的动能和靶的面积成正比。当管道的雷诺数大于流量计的界限雷诺数时,流量与靶受到的力有确定的数值对应关系。可用式(1)进行计算:

　　式中:qm为质量流量,kg/s; qv为体积流量,m3/s;α为流量系数(常数);γ为流束膨胀系数(常数),对于不可压缩性流体γ=1,对于可压缩性流体γ<1;D为管道内径,m;d为靶片直径,m;ρ为流体密度,kg/m3;F为靶片受到的力,N。

　　2　靶式流量计的分类

　　靶式流量计的关键技术是力的转换方式,即传感器的结构形式。经过几十年的发展进步,其类型已多种多样。不同的生产厂商有不同分类方法,目前尚无统一标准规定。为便于描述和统一认识,本文从两个方面对靶式流量计按结构和信号转换形式进行了分类,如图1所示。

　　按结构形式分为:轴封膜片结构型;挠性管结构型;扭力管结构型和差压靶结构型。

　　按信号转换形式分为:力-气压转换型,称为气动靶式流量计;力-位移-电压转换型、力-应变-电压转换型、力-扭距-电压转换型,此三种转换形式都称为电动靶式流量计;另外还有力-差压转换型,称为差压靶式流量计。

　　无论何种结构形式,靶式流量计都由力产生装置(靶片和测量管)、力转换装置和信号处理单元(包括显示部分)三大部分组成。

　　2.1　轴封膜片气动靶式流量计

　　轴封膜片气动式流量计是一种力-气压转换型的流量计,结构如图2所示,其工作过程[3]是:杠杆在靶力的作用下绕轴封膜片转动,改变喷嘴的出气间隙,从而改变气动放大单元的输入压力,最终改变输出压力,使输出压力随着靶力的变化而变化。调试时,通过零点调整机构来调整喷嘴的初始位置,以设定零点;通过改变满量程调整机构的位置来调整喷嘴的出气间隙,也可以通过改变靶片的大小,使不同的流量产生相同的靶力来调整满量程。