一、 概述
靶式流量計(jì)是差壓流量計(jì)的一個(gè)品種，它在工業(yè)上的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已有數(shù)十年的歷史。我國(guó)于20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)電動(dòng)、氣動(dòng)靶式流量變送器它是電動(dòng)、氣動(dòng)單元組合儀表的檢測(cè)儀表。由于當(dāng)時(shí)力轉(zhuǎn)換器直接采用差壓變送器的力平衡機(jī)構(gòu)，這種流量計(jì)使用時(shí)不免帶來(lái)力平衡機(jī)構(gòu)本身所造成的諸多缺陷，如零位易漂移，測(cè)量精確度低，杠桿機(jī)構(gòu)可靠性差等。由于力平衡機(jī)構(gòu)性能不佳的拖累，靶式流量計(jì)本身的許多優(yōu)點(diǎn)亦未能得到有效的發(fā)揮，至今用戶對(duì)舊靶式流量計(jì)的不良印象仍未消除。
新型靶式流量計(jì)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(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，新型靶式流量計(jì)還把微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到信號(hào)轉(zhuǎn)換器和顯示部分，流量計(jì)具有一系列優(yōu)點(diǎn)，相信今后在眾多流量計(jì)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(jì)的原理簡(jiǎn)圖如圖1所示。
在測(cè)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(shí)，靶板上受到一個(gè)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(jì)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(cè)量管內(nèi)徑，mm；
β ——直徑比，β＝d/D；
d——靶板直徑，mm。
其余符號(hào)同上。
靶板受力經(jīng)力轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)前置放大，AD轉(zhuǎn)換及計(jì)算機(jī)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(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2、 結(jié)構(gòu)形式
靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示
它由檢測(cè)裝置，力轉(zhuǎn)換器，信號(hào)處理和顯示儀
幾部分組成。檢測(cè)裝置包括測(cè)量管和靶板，力轉(zhuǎn)換器為應(yīng)變計(jì)式傳感器，信號(hào)處理和顯示儀可以就地直讀顯示或遠(yuǎn)距標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳輸?shù)取?BR>靶式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)形式可分為管道式，夾裝式和插入式等，各類(lèi)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(chǎng)直讀顯示，而分離式則把數(shù)碼顯示儀與檢測(cè)裝置分離（一般不超過(guò)100m）。
三、 流量計(jì)主要特點(diǎn)
1、 感測(cè)件為無(wú)可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固；
2、 應(yīng)用范圍和適應(yīng)性很廣泛，一般工業(yè)過(guò)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(shuō)其應(yīng)用范圍可與孔板流量計(jì)相比美。
3、 準(zhǔn)確度高，總量測(cè)量可達(dá)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(cè)量問(wèn)題，如測(cè)量含有雜質(zhì)（微粒）之類(lèi)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(cè)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(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置難以應(yīng)用的場(chǎng)合，如小口徑蒸汽流量測(cè)量等；
8、 可適應(yīng)高參數(shù)流體的測(cè)量，壓力高達(dá)數(shù)十MPa，溫度達(dá)450℃；
9、 可用于雙向流動(dòng)流體的測(cè)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(qiáng)，上游側(cè)直管段長(zhǎng)度一般5～10D即可；
12、 可采取干式（掛重法）校驗(yàn)，給用戶周期校驗(yàn)帶來(lái)方便；
13、 直讀式儀表無(wú)需外能源，清晰明了，操作簡(jiǎn)便，亦可輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（脈沖頻率或電流信號(hào)）；
14、 儀表性能價(jià)格比高，為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的流量計(jì)；
15、 安裝簡(jiǎn)單方便，易維護(hù)。
四、 選用考慮要點(diǎn)
1、 新型應(yīng)變式靶式流量計(jì)在總體性能上既具有孔板等流量計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，使用可靠，使用期限長(zhǎng)，又具有容積式流量計(jì)等總量計(jì)量精度高，重復(fù)性好等特點(diǎn)，而且性能價(jià)格比高，維修使用簡(jiǎn)便，是一類(lèi)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的流量計(jì)；
2、 國(guó)產(chǎn)SBL型應(yīng)變式靶式流量計(jì)既適用于過(guò)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(jì)量，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。
表1 SBL型靶式流量計(jì)技術(shù)參數(shù)簡(jiǎn)表
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被測(cè)介質(zhì) |
液體、氣體、蒸汽 | ||||
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公稱通徑DN mm |
管道式15～300 |
夾裝式15～600 |
插入式150～1500 | ||
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公稱壓力MPa |
0.6 ～ 10 |
0.6 ～ 42 |
0.6 ～ 42 | ||
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介質(zhì)溫度0C |
-40 ～ +80 ； +80 ～+450 | ||||
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準(zhǔn)確度 |
±0.2% |
± 0.5% |
± 1.0% |
± 1.5% | |
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范圍度 |
3：1 |
5： 1 |
10：1 |
10：1（氣體） | |
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重復(fù)性 |
0.1% ～0.08% | ||||
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供電電源 |
機(jī)內(nèi)自備鋰電池（3.6），外電源12 ～24 | ||||
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輸出形式 |
現(xiàn)場(chǎng)顯示，4 ～20，脈沖 0～10 | ||||
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測(cè)量管材料 |
ZG45, OCY18Niq 或按用戶要求提供 | ||||
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防爆標(biāo)志 |
本安型(iaBT4)， 隔爆型(act6) | ||||
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防護(hù)等級(jí) |
IP 65-- | ||||
3、由表1可見(jiàn)，流量計(jì)準(zhǔn)確度與測(cè)量的范圍度是密切相關(guān)的，同一通徑的流量計(jì)，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
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范圍度 |
±0.2% |
±0.5% |
± 1% |
±1.5% |
±2.5% |
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液體 |
3 |
5 |
10 |
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氣體 |
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15 |
20 |
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蒸汽 |
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10 |
10 |
注；范圍度：最大流量與最小流量的比值。
4、流量計(jì)的選型
1） 確切了解測(cè)量對(duì)象的實(shí)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(jìn)行輔助計(jì)算
a.把被測(cè)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(jì)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(cè)介質(zhì)工作狀態(tài)下密度與水的密度不同時(shí)，流量范圍將相應(yīng)改變，因此必須把被測(cè)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(cè)介質(zhì)的質(zhì)量流量，kg/h；
公式 ——分別為水，被測(cè)介質(zhì)的體積流量，m3/h；
ρ’，ρ ——分別為水，被測(cè)介質(zhì)的密度， kg/m3。
最小流量亦可按上述原理進(jìn)行換算。
一般氣體，蒸汽流量計(jì)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(lèi)似的，這里不再重述。
b.計(jì)算最大流量時(shí)靶板受力Fmax及最小流量時(shí)靶板受力Fmin，在流量計(jì)額定流量范圍內(nèi)，流體對(duì)靶板的作用力不應(yīng)超過(guò)允許值，制造廠的產(chǎn)品技術(shù)說(shuō)明書(shū)應(yīng)提供各種口徑靶板受力的允許值。選型時(shí)，需校核靶受力值，它是為了不致發(fā)生分辨力（最小流量時(shí)）不足或儀表?yè)p壞（最大流量時(shí)）
式中符號(hào)同上。
c. 計(jì)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(dòng)力粘度，Pa·S
1） 選型
根據(jù)輔助計(jì)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(shuō)明書(shū)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(cè)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(lái)。否則重選D或β，如重選D（或β）則上述部分步驟重新驗(yàn)算。若用戶有壓力損失限值要求，則應(yīng)驗(yàn)正壓損是否滿足要求，否則需重新進(jìn)行口徑的選擇。
5 流量計(jì)的干式校驗(yàn)
流量計(jì)的干式校驗(yàn)安裝簡(jiǎn)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(guò)螺釘?shù)男】讙焐享来a盤(pán)，使砝碼盤(pán)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(yàn)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(shuō)明書(shū)要求），在未加砝碼前，電流表指針指示下限值(4mA)，向碼盤(pán)加入靶受力的上限值(Fmax)進(jìn)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(shí)電流表應(yīng)恢復(fù)到原下限值位置，否則應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)整。
2） 示值校驗(yàn)
按流量計(jì)受力上限值Fmax分為五個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)，并算出與各校驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的力值F及相應(yīng)的信號(hào)電流值。
向砝碼盤(pán)中依次加入各校驗(yàn)點(diǎn)相應(yīng)力值的砝碼，讀出輸出信號(hào)電流的實(shí)際值I，正反行程各校驗(yàn)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(shí)流校準(zhǔn)，要獲得高準(zhǔn)確度，必要的實(shí)流校準(zhǔn)還是需要的。
