前言

　　在眾多的工業(yè)流量檢測(cè)儀表中有一種流量表叫靶式流量計(jì)。所謂的靶式是一種形象的叫法，因?yàn)檫@種儀表的檢測(cè)部件是一個(gè)如同打靶中的靶子一樣——靶片，因此這種流量計(jì)被叫做靶式流量計(jì)。

　　測(cè)量原理

　　靶式流量計(jì)雖然是一種速度式檢測(cè)儀表，但其測(cè)量原理仍然依理想流體特性的伯努力方程進(jìn)行檢測(cè)的。流量計(jì)中心的靶片即是一個(gè)力學(xué)檢測(cè)部件也是一個(gè)節(jié)流元件，流經(jīng)流量計(jì)之前的介質(zhì)受中心靶片的節(jié)流作用，發(fā)生動(dòng)能與靜壓能的相互轉(zhuǎn)換。

　　理想流體的伯努力方程：P1+ρ1V12/2=P2+ρ2V22/2

　　靶式流量計(jì)前后介質(zhì)的密度不發(fā)生變化，因此ρ1=ρ2 =ρ，流體流經(jīng)靶片時(shí)，受實(shí)心金屬片的阻擋，流體流速變?yōu)榱?，即V2=0

　　由此上述的伯努力方程就變成了：P2 - P1=ρV12/2

　　P1 、P2 是靶片前后管線內(nèi)介質(zhì)的靜壓力； V1 是靶片前介質(zhì)的平均流動(dòng)速度。

　　金屬靶片所受的的沖擊力F為靶片前后流體的壓力差ΔP 與靶片面積S的乘積。

　　即：F=ΔPS=(P2-P1)S=ρSV12/2

　　管線中流體的瞬時(shí)體積流量 ： Q=V S1

　　其中：S是靶片的面積d2π/4 ，d是靶片的直徑；

　　S1為流量計(jì)內(nèi)壁與靶片之間的流通面積（D2-d2）π/4 ,D為流量計(jì)的通徑。

　　由此可見，靶片受力與流體的流速的平方成正比，只要檢測(cè)出靶片所受的沖擊力，即可測(cè)得流體的流量。

　　上述公式的推導(dǎo)是基于理想流體忽略摩擦粘滯力等影響而得出的，實(shí)際工程應(yīng)用中要考慮能量傳遞過程中的損失，因此引入一個(gè)流量修正系數(shù)K ,其數(shù)值大小通過儀表制造廠家實(shí)驗(yàn)所得。

　　經(jīng)過化簡(jiǎn)，得出實(shí)用性的靶式流量計(jì)的流量公式為：

　　Q=KD(1/β-β)(π/2)1/2(F/ρ)1/2=K1(F/ρ)1/2

　　其中：β=d/D,是靶式流量計(jì)通徑與靶片直徑之比。

　　K1=KD(1/β-β)(π/2)1/2在流量計(jì)一定的情況下是一個(gè)具體的常數(shù)。

　　由此可見靶式流量計(jì)所測(cè)流量與靶片受力的開平方成正比，只要檢測(cè)出靶片的受力即可得知流經(jīng)流量計(jì)介質(zhì)的流量。

　　靶式流量計(jì)的構(gòu)造

　　由靶式流量計(jì)的測(cè)量原理可知，靶式流量計(jì)主要分為兩部分：力的產(chǎn)生傳遞部分，力的放大轉(zhuǎn)換部分及附屬保護(hù)部分。

　　一、力的產(chǎn)生傳遞

　　力的產(chǎn)生傳遞部分主要包括：靶片和主杠桿兩部分。靶片為力的發(fā)生器，主杠桿為力的傳遞。具體的結(jié)構(gòu)為一實(shí)心的薄靶片的中心通過一螺母固定于一金屬桿的末端，金屬桿的另一延伸到流量計(jì)的上部。固定靶片的中心與流量計(jì)的中心重合，流體通過靶片與流量計(jì)內(nèi)壁之間的空隙流過。

　　下圖為流量計(jì)的靶片和主杠桿部分

　　二、力的放大轉(zhuǎn)換

　　力的放大轉(zhuǎn)換部分主要包括：力矩轉(zhuǎn)換放大部分和信號(hào)傳遞的檢測(cè)轉(zhuǎn)換部分。

　　力矩放大部分通過主副杠桿力矩把微小的的靶片受力轉(zhuǎn)換為較大的矢量物理位移，是一個(gè)物理量的轉(zhuǎn)換放大器。

　　信號(hào)轉(zhuǎn)換部分是通過具體的儀表信號(hào)檢測(cè)處理部件把純粹的物理形變轉(zhuǎn)換為氣動(dòng)信號(hào)或電信號(hào)，經(jīng)過進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換放大輸出一個(gè)準(zhǔn)確的能夠遠(yuǎn)傳的較大功率信號(hào)。

　　根據(jù)放大轉(zhuǎn)換部分的不同，靶式流量計(jì)分為氣動(dòng)靶式流量計(jì)和電動(dòng)靶式流量計(jì)（智能電靶）。

　　氣動(dòng)靶式流量計(jì)

　　氣動(dòng)靶式流量計(jì)的轉(zhuǎn)換部分是依靠精密的氣動(dòng)儀表部件把微弱的物理矢量位移轉(zhuǎn)換放大為標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)信號(hào)20—100KPa，是上世紀(jì)八九十年代標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)儀表特征，隨著科技的發(fā)展已經(jīng)逐漸被電動(dòng)乃至更先進(jìn)的智能電動(dòng)靶式流量計(jì)所替代。

　　氣動(dòng)靶式流量計(jì)雖然技術(shù)落后，但由于其信號(hào)的轉(zhuǎn)換傳遞部分為純機(jī)械機(jī)構(gòu)，對(duì)于溫度的影響較少，防爆性能優(yōu)越，特別適合高溫高爆場(chǎng)所，因此在現(xiàn)在的一些生產(chǎn)工藝中還有應(yīng)用。

　　由于現(xiàn)在的控制系統(tǒng)的信號(hào)傳送都為電信號(hào)，因此現(xiàn)場(chǎng)使用的氣動(dòng)靶式流量計(jì)還需要一個(gè)轉(zhuǎn)換儀表，把標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)信號(hào)20—100KPa轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)4—20mA，在遠(yuǎn)傳到控制室中的控制系統(tǒng)中，這樣的轉(zhuǎn)換儀表，普遍選用微壓壓力變送器。

　　下圖為氣動(dòng)靶式流量計(jì)及配套的壓力變送器

　　氣動(dòng)靶式流量計(jì)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換部分主要包括：矢量放大器、噴嘴擋板機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)放大器三部分。

　　矢量放大器是氣動(dòng)靶式流量計(jì)力矩轉(zhuǎn)換部分，通過主副杠桿的力矩轉(zhuǎn)換作用于矢量放大器，把靶片上微小的沖擊力轉(zhuǎn)換為較大的力矩位移，帶動(dòng)噴嘴擋板機(jī)構(gòu)中的擋板動(dòng)作。擋板的移動(dòng)造成流過噴嘴氣體流量的變化，而引發(fā)噴嘴背壓的變化。噴嘴擋板機(jī)構(gòu)背壓的變化被氣體放大器放大后輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的20—1000KPa大功率的氣動(dòng)信號(hào)，由此氣動(dòng)靶式流量計(jì)實(shí)現(xiàn)了流量的檢測(cè)。

　　下圖為氣動(dòng)靶式流量計(jì)力矩轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理部分

　　電動(dòng)靶式流量計(jì)

　　電動(dòng)靶式流量計(jì)是通過精密的電子電路把微弱的物理位移轉(zhuǎn)換放大為較大功率的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)4—20mA,，其核心部分是一個(gè)精密應(yīng)力傳感器，其一端設(shè)置有一個(gè)金屬圓環(huán)安裝在靶式流量計(jì)主副杠桿機(jī)構(gòu)副杠桿的末端，靶片的受力經(jīng)過杠桿機(jī)構(gòu)放大后形成一個(gè)較大的應(yīng)力位移作用到應(yīng)力傳感器中，傳感器在應(yīng)力的作用下產(chǎn)生成正比的電壓變化流量計(jì)的精密電路對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行處理放大后輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)4—20mA。

　　電動(dòng)靶式流量計(jì)由于使用了高精度的電子電路檢測(cè)元件，其精度和反應(yīng)時(shí)間都比氣動(dòng)靶式流量計(jì)流量計(jì)有很大進(jìn)步，同時(shí)由于輸出直接為能夠遠(yuǎn)傳的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)比氣動(dòng)靶式流量計(jì)節(jié)省了一塊轉(zhuǎn)換儀表，其總體性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣動(dòng)靶式流量計(jì)，現(xiàn)已成為工業(yè)應(yīng)用中的主流。

　　電動(dòng)靶式流量計(jì)的電子電路器件對(duì)溫度敏感，高溫及較大的溫差變化會(huì)對(duì)電子器件穩(wěn)定的運(yùn)行產(chǎn)生影響，因此被測(cè)介質(zhì)高溫時(shí)其使用性能變差。

　　下圖為現(xiàn)場(chǎng)安裝的靶式流量計(jì)及面板顯示

　　三、附屬保護(hù)部分

　　為減少被測(cè)介質(zhì)的溫度對(duì)靶式流量計(jì)檢測(cè)轉(zhuǎn)換部分的影響，靶式流量計(jì)普遍在外表殼上設(shè)置有散熱片和加強(qiáng)護(hù)套。其護(hù)套預(yù)留接口可以通入冷水或蒸汽進(jìn)行降溫或伴熱。若被測(cè)介質(zhì)的溫度較高，經(jīng)過表體的散熱片后溫度仍然影響了靶式流量計(jì)的檢測(cè)轉(zhuǎn)換部分，可以采用通入冷水強(qiáng)制散熱的方式來(lái)降低溫度。如果被測(cè)介質(zhì)為粘稠易冷凝的介質(zhì)，為防止冬季氣溫低時(shí)介質(zhì)在靶式流量計(jì)散熱片內(nèi)部的主杠桿傳遞處凝結(jié)，可通過散熱片外接口通入蒸汽進(jìn)行伴熱防凝。靶式流量計(jì)這種輔助功能的設(shè)置，在實(shí)際使用中常常被忽視，而造成眾多的儀表故障發(fā)生，縮短流量計(jì)的壽命，希望引起儀表使用人員的重視。

　　靶式流量計(jì)的安裝

　　由于靶式流量計(jì)是基于理想流體的伯努力原理而進(jìn)行測(cè)量的，因此靶式流量計(jì)的安裝使用要盡可能的滿足理想流體的特征，為保證流體流經(jīng)流量計(jì)時(shí)為穩(wěn)定的恒定流，工程實(shí)施中普遍使用直管段的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　靶式流量計(jì)的測(cè)量原理決定了靶式流量計(jì)的安裝方向要正確，一定要保證靶片正面處于迎流方向，在對(duì)靶式流量計(jì)進(jìn)行安裝前一定要認(rèn)真確認(rèn)，工藝流體方向是否與流量計(jì)方向一致，否則極易造成流量計(jì)的杠桿受反向力變形損壞而無(wú)法維修。

　　靶式流量計(jì)的投用和切出

　　靶式流量計(jì)是一種在線檢測(cè)儀表，儀表在長(zhǎng)期的使用中會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的問題，甚至出現(xiàn)故障需要維修，因此需要對(duì)流量計(jì)進(jìn)行切出和投用工作。

　　靶式流量計(jì)前后方要設(shè)置手閥進(jìn)行切出投用工作，流量計(jì)切出后一定要開啟排污閥進(jìn)行排污泄壓同時(shí)確認(rèn)流量計(jì)前后閥門是否存在內(nèi)漏狀況，防止盲目拆卸引發(fā)危險(xiǎn)事故。

　　靶式流量計(jì)的投用工作要小心謹(jǐn)慎，因?yàn)榘惺搅髁坑?jì)的靶片受力是流量計(jì)介質(zhì)前后的壓差，屬于一個(gè)較小的壓力范圍，而流量計(jì)安裝的管道中流體的靜壓力常常很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流量計(jì)正常使用中靶片受力，因此在流量計(jì)投用時(shí)一定要小心，防止巨大的流體壓力沖擊造成靶片受力過大導(dǎo)致杠桿機(jī)構(gòu)變形報(bào)廢。

　　靶式流量計(jì)工藝三閥組分布如圖所示：

　　靶式流量計(jì)投用順序，關(guān)閉排污泄壓閥，輕微開啟流量計(jì)前方手閥幾絲，確認(rèn)介質(zhì)緩慢充滿流量計(jì)管線后，檢查各連接密封是否存在泄露，待流量計(jì)溫度上升接近平穩(wěn)后，在緩慢開啟流量計(jì)后方手閥，最后全部投用，關(guān)閉流量計(jì)副線閥門。

　　靶式流量計(jì)的調(diào)校

　　零點(diǎn)調(diào)校

　　靶式流量計(jì)零點(diǎn)校準(zhǔn)普遍采用現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)法。如果正常使用的靶式流量計(jì)懷疑零點(diǎn)不準(zhǔn)或新安裝的流量計(jì)進(jìn)行投用，需要對(duì)流量計(jì)的零點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)和調(diào)校。

　　正常使用的流量計(jì)，切出流量計(jì)前后手閥投用副線運(yùn)行，觀察流量計(jì)的顯示是否變?yōu)榱?。為防止流量?jì)切出過程中流量計(jì)不滿管，切出過程應(yīng)先關(guān)閉流量計(jì)后方閥門，在關(guān)閉前方閥門。

　　新裝流量計(jì)零點(diǎn)確認(rèn)，先輕微開啟流量計(jì)前方閥門，讓流量計(jì)充滿流體充分進(jìn)行熱交換溫度恒定后，查看流量計(jì)的零點(diǎn)是否準(zhǔn)確，然后在投用流量計(jì)后方閥門。

　　若流量計(jì)的零點(diǎn)不為零，需要對(duì)流量計(jì)進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)，具體的辦法通過零點(diǎn)調(diào)整旋鈕或按鈕進(jìn)行操作，氣動(dòng)靶式流量計(jì)有零點(diǎn)調(diào)整旋鈕，電動(dòng)靶式流量計(jì)有零點(diǎn)調(diào)整旋鈕或窗口操作面板。

　　靶式流量計(jì)零點(diǎn)、滿度校準(zhǔn)旋鈕位置如圖：

　　量程校準(zhǔn)

　　靶式流量計(jì)的測(cè)量原理看，流量與受力的開平方成正比。因此流量計(jì)的校準(zhǔn)應(yīng)該按照流量計(jì)最大流量時(shí)的受力進(jìn)行校準(zhǔn)。最普遍的校準(zhǔn)方法就是掛重法校準(zhǔn)。

　　掛重法校準(zhǔn)是使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼模擬流量計(jì)靶片受力，校準(zhǔn)流量計(jì)輸出的信號(hào)。校準(zhǔn)過程要拆卸流量計(jì)離線校準(zhǔn)，先把拆卸的流量計(jì)清洗干凈，然后對(duì)照流量計(jì)使用的最大流量及介質(zhì)的密度，靶片大小、流量計(jì)通徑、流量計(jì)的流量系數(shù)和流量公式進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，換算出最大流量對(duì)應(yīng)的靶片受力，然后使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行掛重校準(zhǔn)（注意校準(zhǔn)時(shí)靶片的重量也要計(jì)算在內(nèi)），調(diào)整靶式流量計(jì)的滿度旋鈕使其輸出為最大信號(hào)。

　　量程校準(zhǔn)完后要采用多點(diǎn)方法進(jìn)行線性度確認(rèn)，一般采用25%、50%、75%三點(diǎn)的掛重法進(jìn)行查看，如果線性度超出允許范圍則需更換流量計(jì)的核心應(yīng)力傳感器，氣動(dòng)靶式流量計(jì)可通過矢量放大器的調(diào)整旋鈕進(jìn)行修訂。

　　以上的滿度校準(zhǔn)方法適用于氣動(dòng)和電動(dòng)靶式流量計(jì)，因此使用靶式流量計(jì)的單位要配備標(biāo)準(zhǔn)砝碼箱。

　　靶式流量計(jì)故障及排除

　　靶式流量計(jì)在正常使用中易發(fā)生的故障主要為零點(diǎn)不準(zhǔn)、突然失靈和線性度不好。

　　一、零點(diǎn)不準(zhǔn)

　　零點(diǎn)不準(zhǔn)的主要原因是由于靶式流量計(jì)的轉(zhuǎn)換部分受介質(zhì)溫度及周圍環(huán)境溫度的影響其器件的靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生變化產(chǎn)生溫飄，造成流量計(jì)零點(diǎn)偏移。處理方法就是上述的零點(diǎn)調(diào)校。

　　二、突然失靈

　　靶式流量計(jì)使用中流量突然變化到一點(diǎn)不在變化或只有輕微的變化，即流量計(jì)失靈。主要原因是流量計(jì)的靶片脫落所致或有異物卡住。

　　處理方法切出流量計(jì)拆卸查看。

　　靶片脫落原因：靶片的固定螺絲在長(zhǎng)期使用中受介質(zhì)腐蝕磨損間隙變大或松動(dòng)脫落，而使靶片從主杠桿中脫落致使靶式流量計(jì)失靈。為防止靶片脫落的發(fā)生，安裝之前普遍采用用電焊把固定螺絲焊死到主杠桿的手段。

　　在流量計(jì)安裝之前，為防止靶片在運(yùn)行中脫落，最好用電焊把靶片的固定螺絲焊死，其螺絲安裝位置如圖所示：

　　異物卡住主要是介質(zhì)中含有雜質(zhì)，流經(jīng)流通面積突然減小的靶片處被堵檔甚至卡死在流量計(jì)內(nèi)壁與靶片之間。這種現(xiàn)象在裝置開車及長(zhǎng)時(shí)間使用中易發(fā)生。

　　三、線性度不好

　　線性度不好主要原因是主杠桿變形或核心應(yīng)力轉(zhuǎn)換器故障，基本無(wú)法通過簡(jiǎn)單的維修排除，只能更換部件或新表。

　　綜述

　　靶式流量計(jì)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的在線檢測(cè)儀表，雖然測(cè)量原理簡(jiǎn)單但調(diào)校比較麻煩，特別是流量計(jì)滿度的校準(zhǔn)，需要拆卸采用砝碼掛重方法，如果在砝碼計(jì)算過程中數(shù)值出現(xiàn)偏差，那么校準(zhǔn)的精確度會(huì)大大降低，因此其工業(yè)應(yīng)用中精度較差，只作為過程檢測(cè)控制使用。