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靶式流量计构造及故障处理

2018-07-09    来源:红旗仪表(江苏)有限公司

前言
在众多的工业流量检测仪表中有一种流量表叫靶式流量计。所谓的靶式是一种形象的叫法,因为这种仪表的检测部件是一个如同打靶中的靶子一样——靶片,因此这种流量计被叫做靶式流量计。
测量原理
靶式流量计虽然是一种速度式检测仪表,但其测量原理仍然依理想流体特性的伯努力方程进行检测的。流量计中心的靶片即是一个力学检测部件也是一个节流元件,流经流量计之前的介质受中心靶片的节流作用,发生动能与静压能的相互转换。
理想流体的伯努力方程:P1+ρ1V12/2=P2+ρ2V22/2
靶式流量计前后介质的密度不发生变化,因此ρ1=ρ2 =ρ,流体流经靶片时,受实心金属片的阻挡,流体流速变为零,即V2=0
由此上述的伯努力方程就变成了:P2 - P1=ρV12/2
P1 、P2 是靶片前后管线内介质的静压力; V1 是靶片前介质的平均流动速度。
金属靶片所受的的冲击力F为靶片前后流体的压力差ΔP 与靶片面积S的乘积。
即:F=ΔPS=(P2-P1)S=ρSV12/2
管线中流体的瞬时体积流量 : Q=V S1
其中:S是靶片的面积d2π/4 ,d是靶片的直径;
S1为流量计内壁与靶片之间的流通面积(D2-d2)π/4 ,D为流量计的通径。
由此可见,靶片受力与流体的流速的平方成正比,只要检测出靶片所受的冲击力,即可测得流体的流量。
上述公式的推导是基于理想流体忽略摩擦粘滞力等影响而得出的,实际工程应用中要考虑能量传递过程中的损失,因此引入一个流量修正系数K ,其数值大小通过仪表制造厂家实验所得。
经过化简,得出实用性的靶式流量计的流量公式为:
Q=KD(1/β-β)(π/2)1/2(F/ρ)1/2=K1(F/ρ)1/2
其中:β=d/D,是靶式流量计通径与靶片直径之比。
K1=KD(1/β-β)(π/2)1/2在流量计一定的情况下是一个具体的常数。
由此可见靶式流量计所测流量与靶片受力的开平方成正比,只要检测出靶片的受力即可得知流经流量计介质的流量。
靶式流量计的构造
由靶式流量计的测量原理可知,靶式流量计主要分为两部分:力的产生传递部分,力的放大转换部分及附属保护部分。
一、力的产生传递
力的产生传递部分主要包括:靶片和主杠杆两部分。靶片为力的发生器,主杠杆为力的传递。具体的结构为一实心的薄靶片的中心通过一螺母固定于一金属杆的末端,金属杆的另一延伸到流量计的上部。固定靶片的中心与流量计的中心重合,流体通过靶片与流量计内壁之间的空隙流过。
下图为流量计的靶片和主杠杆部分
二、力的放大转换
力的放大转换部分主要包括:力矩转换放大部分和信号传递的检测转换部分。
力矩放大部分通过主副杠杆力矩把微小的的靶片受力转换为较大的矢量物理位移,是一个物理量的转换放大器。
信号转换部分是通过具体的仪表信号检测处理部件把纯粹的物理形变转换为气动信号或电信号,经过进一步的转换放大输出一个准确的能够远传的较大功率信号。
根据放大转换部分的不同,靶式流量计分为气动靶式流量计和电动靶式流量计(智能电靶)。
气动靶式流量计
气动靶式流量计的转换部分是依靠精密的气动仪表部件把微弱的物理矢量位移转换放大为标准的气动信号20—100KPa,是上世纪八九十年代标准的气动仪表特征,随着科技的发展已经逐渐被电动乃至更先进的智能电动靶式流量计所替代。
气动靶式流量计虽然技术落后,但由于其信号的转换传递部分为纯机械机构,对于温度的影响较少,防爆性能优越,特别适合高温高爆场所,因此在现在的一些生产工艺中还有应用。
由于现在的控制系统的信号传送都为电信号,因此现场使用的气动靶式流量计还需要一个转换仪表,把标准的气动信号20—100KPa转换为标准的电流信号4—20mA,在远传到控制室中的控制系统中,这样的转换仪表,普遍选用微压压力变送器。

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