【論文摘要】靶式流量計是差壓流量計的一個品種，它在工業上的開發應用已有數十年的歷史。我國于20世紀70年代開發電動、氣動靶式流量變送器它是電動、氣動單元組合儀表的檢測儀表。由于當時力轉換器直接采用差壓變送器的力平衡機構，這種流量計使用時不免帶來力平衡機構本身所造成的諸多缺陷，如零位易漂移，測量精確度低，杠桿機構可靠性差等。由于力平衡機構性能不佳的拖累，靶式流量計本身的許多優點亦未能得到有效的發揮，至今用戶對舊靶式流量計的不良印象仍未消除。
一、 概述
靶式流量計是差壓流量計的一個品種，它在工業上的開發應用已有數十年的歷史。我國于20世紀70年代開發電動、氣動靶式流量變送器它是電動、氣動單元組合儀表的檢測儀表。由于當時力轉換器直接采用差壓變送器的力平衡機構，這種流量計使用時不免帶來力平衡機構本身所造成的諸多缺陷，如零位易漂移，測量精確度低，杠桿機構可靠性差等。由于力平衡機構性能不佳的拖累，靶式流量計本身的許多優點亦未能得到有效的發揮，至今用戶對舊靶式流量計的不良印象仍未消除。
新型靶式流量計的力轉換器采用應變式力轉換器，它完全消除了上述力平衡機構的缺點，新型靶式流量計還把微電子技術和計算機技術應用到信號轉換器和顯示部分，流量計具有一系列優點，相信今后在眾多流量計中發揮重要的作用。
二、 原理和結構
1、 工作原理
靶式流量計的原理簡圖如圖1所示。
在測量管（儀表表體）中心同軸放置一塊園形靶板，當流體沖擊靶板時，靶板上受到一個力F，它與流速V，介質密度ρ和靶板受力面積A之間關系式如式（1）所示。
（1）
式中 F ——靶板上受的力，N；
CD ——阻力系數；
ρ——流體密度，kg/m3；
V——流體流速，m/s；
A——靶板受力面積，m2。
經推導與換算，得流量計算式如下：
式中 qm，qv——分別為質量流量和體積流量，kg/h，m3/h；
α——流量系數；
D ——測量管內徑，mm；
β ——直徑比，β＝d/D；
d——靶板直徑，mm。
其余符號同上。
靶板受力經力轉換器轉換成電信號，經前置放大，AD轉換及計算機處理后，可得到相應的流量和總量。如圖1所示。
圖2 靶式流量計結構簡圖
2、 結構形式
靶式流量計結構簡圖如圖2所示
它由檢測裝置，力轉換器，信號處理和顯示儀幾部分組成。檢測裝置包括測量管和靶板，力轉換器為應變計式傳感器，信號處理和顯示儀可以就地直讀顯示或遠距標準信號傳輸等。
靶式流量計的結構形式可分為管道式，夾裝式和插入式等，各類結構形式還可分為一體式和分離式二種。一體式為現場直讀顯示，而分離式則把數碼顯示儀與檢測裝置分離（一般不超過100m）。
三、 流量計主要特點
1、感測件為無可動部件，結構簡單牢固；
2、應用范圍和適應性很廣泛，一般工業過程中的流體介質，包括液、氣和蒸汽，口徑范圍（DN15以上），各種工作狀態（高、低溫，常壓、高壓）皆可應用，可以說其應用范圍可與孔板流量計相比美。
3、準確度高，總量測量可達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量問題，如測量含有雜質（微粒）之類的臟污流體；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(Red=103～5×103)的流體，它可以彌補標準節流裝置難以應用的場合，如小口徑蒸汽流量測量等；
8、可適應高參數流體的測量，壓力高達數十MPa，溫度達450℃；
9、可用于雙向流動流體的測量；
10、壓力損失較低，約為標準孔板的一半；
11、抗上游阻流件干擾能力強，上游側直管段長度一般5～10D即可；
12、可采取干式（掛重法）校驗，給用戶周期校驗帶來方便；
13、直讀式儀表無需外能源，清晰明了，操作簡便，亦可輸出標準信號（脈沖頻率或電流信號）；
14、儀表性能價格比高，為經濟實惠的流量計；
15、安裝簡單方便，易維護。
四、 選用考慮要點
1、新型應變式靶式流量計在總體性能上既具有孔板等流量計的結構簡單牢固，使用可靠，使用期限長，又具有容積式流量計等總量計量精度高，重復性好等特點，而且性能價格比高，維修使用簡便，是一類經濟實惠的流量計；
2、國產SBL型應變式靶式流量計既適用于過程工業控制系統，亦可用于能源（水，天然氣，蒸汽，油品等）的貿易結算計量，其主要技術指標如表1所示。 表1 SBL型靶式流量計技術參數簡表
被測介質 液體、氣體、蒸汽 公稱通徑DN mm 管道式15～300 夾裝式15～600 插入式150～1500 公稱壓力MPa 0.6 ～ 10 0.6 ～ 42 0.6 ～ 42 介質溫度0C -40 ～ +80 ； +80 ～+450 準確度 ±0.2% ± 0.5% ± 1.0% ± 1.5% 范圍度 3：1 5： 1 10：1 10：1（氣體） 重復性 0.1% ～0.08% 供電電源 機內自備鋰電池（3.6），外電源12 ～24 輸出形式 現場顯示，4 ～20，脈沖 0～10 測量管材料 ZG45, OCY18Niq 或按用戶要求提供 防爆標志 本安型(iaBT4)， 隔爆型(act6) 防護等級 IP 65-- 3、由表1可見，流量計準確度與測量的范圍度是密切相關的，同一通徑的流量計，準確度愈高，則范圍度愈小，表2所示為在各種流體中，它們之間的關系。 表2 范圍度 ±0.2% ±0.5% ± 1% ±1.5% ±2.5% 液體 3 5 10 氣體 15 20 蒸汽 10 10 注；范圍度：最大流量與最小流量的比值。 4、流量計的選型 1）確切了解測量對象的實際參數，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，工作狀態下密度，粘度，安裝處管道內徑，允許的壓力損失等。 2）進行輔助計算 a.把被測流體最大流量換算為校準狀態下的校準介質的最大流量。 一般流量計的液體產品技術參數的流量范圍是以水介質表示的，如被測介質工作狀態下密度與水的密度不同時，流量范圍將相應改變，因此必須把被測介質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，被測介質的質量流量，kg/h；
公式 ——分別為水，被測介質的體積流量，m3/h；
ρ’，ρ ——分別為水，被測介質的密度， kg/m3。
最小流量亦可按上述原理進行換算。
一般氣體，蒸汽流量計產品技術參數用空氣作為校準介質得到的，它們流量范圍的換算原則與上述液體介質是類似的，這里不再重述。
b.計算最大流量時靶板受力Fmax及最小流量時靶板受力Fmin，在流量計額定流量范圍內，流體對靶板的作用力不應超過允許值，制造廠的產品技術說明書應提供各種口徑靶板受力的允許值。選型時，需校核靶受力值，它是為了不致發生分辨力（最小流量時）不足或儀表損壞（最大流量時）
式中符號同上。
c. 計算最小雷諾數 ReDmin
式中 ReDmin——管道最小雷諾數；
（qm）min——最小質量流量，kg/h；
D——管道內徑，mm；
ρ ——流體動力粘度，Pa·S
1）選型
根據輔助計算得到的流量范圍 ，管道雷諾數以及初選的口徑及β值從產品技術參數（產品使用說明書中附有的）圖表中查得流量系數α（注意；ReDmin 應大于界限雷諾數Rek），將初選的D，β, α以及被測介質的最大流量，密度等代入式（6），（7）算出F值。若符合F的允許范圍，則可將初選產品規格確定下來。否則重選D或β，如重選D（或β）則上述部分步驟重新驗算。若用戶有壓力損失限值要求，則應驗正壓損是否滿足要求，否則需重新進行口徑的選擇。
5 流量計的干式校驗
流量計的干式校驗安裝簡圖如圖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，通過螺釘的小孔掛上砝碼盤，使砝碼盤重心始終位于靶板的中心軸線上，重力方向垂直于靶平面。
校驗的程序如下
1）零位和量程調整
接通電源，預熱（按產品說明書要求），在未加砝碼前，電流表指針指示下限值(4mA)，向碼盤加入靶受力的上限值(Fmax)進行量程調整，使電流表指示上限值(20mA)
將砝碼全部取下，此時電流表應恢復到原下限值位置，否則應重新進行調整。
2）示值校驗
按流量計受力上限值Fmax分為五個校驗點，并算出與各校驗點對應的力值F及相應的信號電流值。
向砝碼盤中依次加入各校驗點相應力值的砝碼，讀出輸出信號電流的實際值I，正反行程各校驗一次。
6 應該指出，流體作用于靶板的力與掛重作用的力還是有區別的，因此掛重法并不能完全代替實流校準，要獲得高準確度，必要的實流校準還是需要的。
一、 概述
靶式流量計是差壓流量計的一個品種，它在工業上的開發應用已有數十年的歷史。我國于20世紀70年代開發電動、氣動靶式流量變送器它是電動、氣動單元組合儀表的檢測儀表。由于當時力轉換器直接采用差壓變送器的力平衡機構，這種流量計使用時不免帶來力平衡機構本身所造成的諸多缺陷，如零位易漂移，測量精確度低，杠桿機構可靠性差等。由于力平衡機構性能不佳的拖累，靶式流量計本身的許多優點亦未能得到有效的發揮，至今用戶對舊靶式流量計的不良印象仍未消除。
新型靶式流量計的力轉換器采用應變式力轉換器，它完全消除了上述力平衡機構的缺點，新型靶式流量計還把微電子技術和計算機技術應用到信號轉換器和顯示部分，流量計具有一系列優點，相信今后在眾多流量計中發揮重要的作用。
二、 原理和結構
1、 工作原理
靶式流量計的原理簡圖如圖1所示。
在測量管（儀表表體）中心同軸放置一塊園形靶板，當流體沖擊靶板時，靶板上受到一個力F，它與流速V，介質密度ρ和靶板受力面積A之間關系式如式（1）所示。
（1）式中 F ——靶板上受的力，N；
CD ——阻力系數；
ρ——流體密度，kg/m3；
V——流體流速，m/s；
A——靶板受力面積，m2。
經推導與換算，得流量計算式如下：
式中 qm，qv——分別為質量流量和體積流量，kg/h，m3/h；
α——流量系數；
D ——測量管內徑，mm；
β ——直徑比，β＝d/D；
d——靶板直徑，mm。
其余符號同上。
靶板受力經力轉換器轉換成電信號，經前置放大，AD轉換及計算機處理后，可得到相應的流量和總量。如圖1所示。
圖2 靶式流量計結構簡圖
2、 結構形式
靶式流量計結構簡圖如圖2所示
它由檢測裝置，力轉換器，信號處理和顯示儀幾部分組成。檢測裝置包括測量管和靶板，力轉換器為應變計式傳感器，信號處理和顯示儀可以就地直讀顯示或遠距標準信號傳輸等。
靶式流量計的結構形式可分為管道式，夾裝式和插入式等，各類結構形式還可分為一體式和分離式二種。一體式為現場直讀顯示，而分離式則把數碼顯示儀與檢測裝置分離（一般不超過100m）。
三、 流量計主要特點
1、感測件為無可動部件，結構簡單牢固；
2、應用范圍和適應性很廣泛，一般工業過程中的流體介質，包括液、氣和蒸汽，口徑范圍（DN15以上），各種工作狀態（高、低溫，常壓、高壓）皆可應用，可以說其應用范圍可與孔板流量計相比美。
3、準確度高，總量測量可達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量問題，如測量含有雜質（微粒）之類的臟污流體；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(Red=103～5×103)的流體，它可以彌補標準節流裝置難以應用的場合，如小口徑蒸汽流量測量等；
8、可適應高參數流體的測量，壓力高達數十MPa，溫度達450℃；
9、可用于雙向流動流體的測量；
10、壓力損失較低，約為標準孔板的一半；
11、抗上游阻流件干擾能力強，上游側直管段長度一般5～10D即可；
12、可采取干式（掛重法）校驗，給用戶周期校驗帶來方便；
13、直讀式儀表無需外能源，清晰明了，操作簡便，亦可輸出標準信號（脈沖頻率或電流信號）；
14、儀表性能價格比高，為經濟實惠的流量計；
15、安裝簡單方便，易維護。
四、 選用考慮要點
1、新型應變式靶式流量計在總體性能上既具有孔板等流量計的結構簡單牢固，使用可靠，使用期限長，又具有容積式流量計等總量計量精度高，重復性好等特點，而且性能價格比高，維修使用簡便，是一類經濟實惠的流量計；
2、國產SBL型應變式靶式流量計既適用于過程工業控制系統，亦可用于能源（水，天然氣，蒸汽，油品等）的貿易結算計量，其主要技術指標如表1所示。 表1 SBL型靶式流量計技術參數簡表
被測介質 液體、氣體、蒸汽 公稱通徑DN mm 管道式15～300 夾裝式15～600 插入式150～1500 公稱壓力MPa 0.6 ～ 10 0.6 ～ 42 0.6 ～ 42 介質溫度0C -40 ～ +80 ； +80 ～+450 準確度 ±0.2% ± 0.5% ± 1.0% ± 1.5% 范圍度 3：1 5： 1 10：1 10：1（氣體） 重復性 0.1% ～0.08% 供電電源 機內自備鋰電池（3.6），外電源12 ～24 輸出形式 現場顯示，4 ～20，脈沖 0～10 測量管材料 ZG45, OCY18Niq 或按用戶要求提供 防爆標志 本安型(iaBT4)， 隔爆型(act6) 防護等級 IP 65-- 3、由表1可見，流量計準確度與測量的范圍度是密切相關的，同一通徑的流量計，準確度愈高，則范圍度愈小，表2所示為在各種流體中，它們之間的關系。 表2 范圍度 ±0.2% ±0.5% ± 1% ±1.5% ±2.5% 液體 3 5 10 氣體 15 20 蒸汽 10 10 注；范圍度：最大流量與最小流量的比值。 4、流量計的選型 1）確切了解測量對象的實際參數，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，工作狀態下密度，粘度，安裝處管道內徑，允許的壓力損失等。 2）進行輔助計算 a.把被測流體最大流量換算為校準狀態下的校準介質的最大流量。 一般流量計的液體產品技術參數的流量范圍是以水介質表示的，如被測介質工作狀態下密度與水的密度不同時，流量范圍將相應改變，因此必須把被測介質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，被測介質的質量流量，kg/h；
公式 ——分別為水，被測介質的體積流量，m3/h；
ρ’，ρ ——分別為水，被測介質的密度， kg/m3。
最小流量亦可按上述原理進行換算。
一般氣體，蒸汽流量計產品技術參數用空氣作為校準介質得到的，它們流量范圍的換算原則與上述液體介質是類似的，這里不再重述。
b.計算最大流量時靶板受力Fmax及最小流量時靶板受力Fmin，在流量計額定流量范圍內，流體對靶板的作用力不應超過允許值，制造廠的產品技術說明書應提供各種口徑靶板受力的允許值。選型時，需校核靶受力值，它是為了不致發生分辨力（最小流量時）不足或儀表損壞（最大流量時）
式中符號同上。
c. 計算最小雷諾數 ReDmin
式中 ReDmin——管道最小雷諾數；
（qm）min——最小質量流量，kg/h；
D——管道內徑，mm；
ρ ——流體動力粘度，Pa·S
1）選型
根據輔助計算得到的流量范圍 ，管道雷諾數以及初選的口徑及β值從產品技術參數（產品使用說明書中附有的）圖表中查得流量系數α（注意；ReDmin 應大于界限雷諾數Rek），將初選的D，β, α以及被測介質的最大流量，密度等代入式（6），（7）算出F值。若符合F的允許范圍，則可將初選產品規格確定下來。否則重選D或β，如重選D（或β）則上述部分步驟重新驗算。若用戶有壓力損失限值要求，則應驗正壓損是否滿足要求，否則需重新進行口徑的選擇。
5 流量計的干式校驗
流量計的干式校驗安裝簡圖如圖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，通過螺釘的小孔掛上砝碼盤，使砝碼盤重心始終位于靶板的中心軸線上，重力方向垂直于靶平面。
校驗的程序如下
1）零位和量程調整
接通電源，預熱（按產品說明書要求），在未加砝碼前，電流表指針指示下限值(4mA)，向碼盤加入靶受力的上限值(Fmax)進行量程調整，使電流表指示上限值(20mA)
將砝碼全部取下，此時電流表應恢復到原下限值位置，否則應重新進行調整。
2）示值校驗
按流量計受力上限值Fmax分為五個校驗點，并算出與各校驗點對應的力值F及相應的信號電流值。
向砝碼盤中依次加入各校驗點相應力值的砝碼，讀出輸出信號電流的實際值I，正反行程各校驗一次。
6 應該指出，流體作用于靶板的力與掛重作用的力還是有區別的，因此掛重法并不能完全代替實流校準，要獲得高準確度，必要的實流校準還是需要的。
