前言

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

　　測量原理

　　靶式流量計雖然是一種速度式檢測儀表，但其測量原理仍然依理想流體特性的伯努力方程進行檢測的。流量計中心的靶片即是一個力學(xué)檢測部件也是一個節(jié)流元件，流經(jīng)流量計之前的介質(zhì)受中心靶片的節(jié)流作用，發(fā)生動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，受實心金屬片的阻擋，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為流量計內(nèi)壁與靶片之間的流通面積（D2-d2）π/4 ,D為流量計的通徑。

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

　　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，因此引入一個流量修正系數(shù)K ,其數(shù)值大小通過儀表制造廠家實驗所得。

　　經(jīng)過化簡，得出實用性的靶式流量計的流量公式為：

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

　　其中：β=d/D,是靶式流量計通徑與靶片直徑之比。

　　K1=KD(1/β-β)(π/2)1/2在流量計一定的情況下是一個具體的常數(shù)。

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

　　靶式流量計的構(gòu)造

　　由靶式流量計的測量原理可知，靶式流量計主要分為兩部分：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的上部。固定靶片的中心與流量計的中心重合，流體通過靶片與流量計內(nèi)壁之間的空隙流過。

　　下圖為流量計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)換放大部分和信號傳遞的檢測轉(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，是一個物理量的轉(zhuǎn)換放大器。

　　信號轉(zhuǎn)換部分是通過具體的儀表信號檢測處理部件把純粹的物理形變轉(zhuǎn)換為氣動信號或電信號，經(jīng)過進一步的轉(zhuǎn)換放大輸出一個準(zhǔn)確的能夠遠(yuǎn)傳的較大功率信號。

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

　　氣動靶式流量計

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

　　氣動靶式流量計雖然技術(shù)落后，但由于其信號的轉(zhuǎn)換傳遞部分為純機械機構(gòu)，對于溫度的影響較少，防爆性能優(yōu)越，特別適合高溫高爆場所，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)的信號傳送都為電信號，因此現(xiàn)場使用的氣動靶式流量計還需要一個轉(zhuǎn)換儀表，把標(biāo)準(zhǔn)的氣動信號20—100KPa轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號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。

　　下圖為氣動靶式流量計及配套的壓力變送器

　　氣動靶式流量計氣動轉(zhuǎn)換部分主要包括：矢量放大器、噴嘴擋板機構(gòu)和氣動放大器三部分。

　　矢量放大器是氣動靶式流量計力矩轉(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，帶動噴嘴擋板機構(gòu)中的擋板動作。擋板的移動造成流過噴嘴氣體流量的變化，而引發(fā)噴嘴背壓的變化。噴嘴擋板機構(gòu)背壓的變化被氣體放大器放大后輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的20—1000KPa大功率的氣動信號，由此氣動靶式流量計實現(xiàn)了流量的檢測。

　　下圖為氣動靶式流量計力矩轉(zhuǎn)換和信號處理部分

　　電動靶式流量計

　　電動靶式流量計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4—20mA,，其核心部分是一個精密應(yīng)力傳感器，其一端設(shè)置有一個金屬圓環(huán)安裝在靶式流量計主副杠桿機構(gòu)副杠桿的末端，靶片的受力經(jīng)過杠桿機構(gòu)放大后形成一個較大的應(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的精密電路對電壓信號進行處理放大后輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的電流信號4—20mA。

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

　　電動靶式流量計的電子電路器件對溫度敏感，高溫及較大的溫差變化會對電子器件穩(wěn)定的運行產(chǎn)生影響，因此被測介質(zhì)高溫時其使用性能變差。

　　下圖為現(xiàn)場安裝的靶式流量計及面板顯示

　　三、附屬保護部分

　　為減少被測介質(zhì)的溫度對靶式流量計檢測轉(zhuǎn)換部分的影響，靶式流量計普遍在外表殼上設(shè)置有散熱片和加強護套。其護套預(yù)留接口可以通入冷水或蒸汽進行降溫或伴熱。若被測介質(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的檢測轉(zhuǎn)換部分，可以采用通入冷水強制散熱的方式來降低溫度。如果被測介質(zhì)為粘稠易冷凝的介質(zhì)，為防止冬季氣溫低時介質(zhì)在靶式流量計散熱片內(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行伴熱防凝。靶式流量計這種輔助功能的設(shè)置，在實際使用中常常被忽視，而造成眾多的儀表故障發(fā)生，縮短流量計的壽命，希望引起儀表使用人員的重視。

　　靶式流量計的安裝

　　由于靶式流量計是基于理想流體的伯努力原理而進行測量的，因此靶式流量計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)流量計時為穩(wěn)定的恒定流，工程實施中普遍使用直管段的方法來實現(xiàn)。

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

　　靶式流量計的投用和切出

　　靶式流量計是一種在線檢測儀表，儀表在長期的使用中會出現(xiàn)這樣那樣的問題，甚至出現(xiàn)故障需要維修，因此需要對流量計進行切出和投用工作。

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

　　靶式流量計的投用工作要小心謹(jǐn)慎，因為靶式流量計的靶片受力是流量計介質(zhì)前后的壓差，屬于一個較小的壓力范圍，而流量計安裝的管道中流體的靜壓力常常很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流量計正常使用中靶片受力，因此在流量計投用時一定要小心，防止巨大的流體壓力沖擊造成靶片受力過大導(dǎo)致杠桿機構(gòu)變形報廢。

　　靶式流量計工藝三閥組分布如圖所示：

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

　　靶式流量計的調(diào)校

　　零點調(diào)校

　　靶式流量計零點校準(zhǔn)普遍采用現(xiàn)場校準(zhǔn)法。如果正常使用的靶式流量計懷疑零點不準(zhǔn)或新安裝的流量計進行投用，需要對流量計的零點進行確認(rèn)和調(diào)校。

　　正常使用的流量計，切出流量計前后手閥投用副線運行，觀察流量計的顯示是否變?yōu)榱恪榉乐沽髁坑嬊谐鲞^程中流量計不滿管，切出過程應(yīng)先關(guān)閉流量計后方閥門，在關(guān)閉前方閥門。

　　新裝流量計零點確認(rèn)，先輕微開啟流量計前方閥門，讓流量計充滿流體充分進行熱交換溫度恒定后，查看流量計的零點是否準(zhǔn)確，然后在投用流量計后方閥門。

　　若流量計的零點不為零，需要對流量計進行零點校準(zhǔn)，具體的辦法通過零點調(diào)整旋鈕或按鈕進行操作，氣動靶式流量計有零點調(diào)整旋鈕，電動靶式流量計有零點調(diào)整旋鈕或窗口操作面板。

　　靶式流量計零點、滿度校準(zhǔn)旋鈕位置如圖：

　　量程校準(zhǔn)

　　靶式流量計的測量原理看，流量與受力的開平方成正比。因此流量計的校準(zhǔn)應(yīng)該按照流量計最大流量時的受力進行校準(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)砝碼模擬流量計靶片受力，校準(zhǔn)流量計輸出的信號。校準(zhǔn)過程要拆卸流量計離線校準(zhǔn)，先把拆卸的流量計清洗干凈，然后對照流量計使用的最大流量及介質(zhì)的密度，靶片大小、流量計通徑、流量計的流量系數(shù)和流量公式進行準(zhǔn)確的計算，換算出最大流量對應(yīng)的靶片受力，然后使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼進行掛重校準(zhǔn)（注意校準(zhǔn)時靶片的重量也要計算在內(nèi)），調(diào)整靶式流量計的滿度旋鈕使其輸出為最大信號。

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

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

　　靶式流量計故障及排除

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

　　一、零點不準(zhǔn)

　　零點不準(zhǔn)的主要原因是由于靶式流量計的轉(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)工作點發(fā)生變化產(chǎn)生溫飄，造成流量計零點偏移。處理方法就是上述的零點調(diào)校。

　　二、突然失靈

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

　　處理方法切出流量計拆卸查看。

　　靶片脫落原因：靶片的固定螺絲在長期使用中受介質(zhì)腐蝕磨損間隙變大或松動脫落，而使靶片從主杠桿中脫落致使靶式流量計失靈。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。

　　在流量計安裝之前，為防止靶片在運行中脫落，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內(nèi)壁與靶片之間。這種現(xiàn)象在裝置開車及長時間使用中易發(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，基本無法通過簡單的維修排除，只能更換部件或新表。

　　綜述

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