基于电涡流的新型靶式流量计

　　流量计量是计量中的一个重要组成部分.目前已开发和使用的流量仪表大致可分为差压式、容积式、浮子式、叶轮式、电磁式等10大类100多个品种,基本能解决工业生产中流量测量的一般问题.但是,一些特殊领域的流量测量问题仍难以解决,如脏污、高黏度和具有腐蚀性的流体等,用一般的孔板流量计测量已经难以达到精度要求,而电磁流量计却不能对非导电液体和气体进行测量[1].由于这些介质会使流量计的腐蚀、磨损、堵塞时有发生,所以流量仪表的测量准确度、运行费用、安装维护费用、压力损失等都尚存在一定问题.

　　靶式流量计是20世纪60年代出现的,其传感器不与流体介质直接接触,因此对检测介质的种类要求不高,尤其适用于高黏度、低雷诺数的流体及含有微小颗粒的流体的测量,在一定程度上解决了“困难流体”的检测问题.靶式流量计以其结构简单、无可动部件,且维护方便、不易堵塞的优点而得到广泛的应用[2],可适用于石油、化工、能源、食品、环保和水利等领域的测量[3].

　　不管是传统气动和电动靶式流量计还是目前市场上存在的应变片电桥和电容力传感器靶式流量计,都是以测量流体对靶的作用力为直接研究对象,主要选用了力传感器.其中,气动和电动靶式流量计的机械结构复杂、灵敏度低、量程范围窄,早已不符合高精度测量的要求[4];而应变片式的设计中,应变片直接贴在弹性体上,容易受介质温度变化影响产生温漂,抗过载能力较差[5].鉴于流体本身在流动过程中对靶的冲击力,会使得靶和传感器之间的距离产生了变化.本次设计,就以测量靶杆与传感器的微小位移变化为基点,选择位移传感器来进行测量.

　　本文主要介绍一种新型的基于电涡流传感器的靶式流量计.电涡流传感器是以高频电涡流效应为原理的非接触式位移传感器,可对进入其测量范围内的金属物体运动参数进行精密的非接触测量.电涡流传感器正是因为其特殊的测试原理,因而对油污、尘埃、湿度、干扰磁场等不敏感,特别适用于在油、汽、水恶劣环境下长期工作.在用该新型靶式流量计对气体流量进行检测时,无论是线性度、稳定性、低流量特性、范围度等各方面都表现出较好的特性,并进一步拓展了靶式流量计的研究.

　　1　电涡流靶式流量计原理和结构

　　靶式流量计是通过一块靶板将流体所携带的动压能转化为对靶的作用力,再经过检测靶板所受作用力的大小,从而计算得到相应的流速及流量.流体流动时对中心靶的作用力主要是流体对靶的冲击力和因流速在靶后分离产生的差压而形成的作用力.经计算分析可知,流体对靶的作用力F与流速u的平方成正比,其关系如式(1).