应变片靶式流量计的应用
1.1 靶式流量计的基本工作原理
靶式流量计是一种阻力式仪表，它是应用流体动压原理测量流量的.在流体经过的管道中，垂直于流动方向安装一圆盘形的钢片，称为“靶”。当流体流过时，流动质点冲击于靶上，使靶受到作用力且该力与流速的平方成正比例关系。因此，只要通过力矩转换的方式测出靶上的受力，就可以求出流量。
根据流体力学分析，流体作用于靶上的力由三部分组成：
(1) 流体对靶正面的冲击力，即流体的动压力;
(2) 由于靶对流体的节流作用在靶的背面形成“死水区”和涡旋而造成“抽吸效应”，使该处压力减小，靶的前后则产生压力差;
(3)流体流经靶时，由于在环形截面处流道缩小，流速增加，流体与靶的周边产生粘滞摩擦力。当流量较大时，摩擦力可忽略不计，前两种力起主导作用，这两种力的方向一致，可视为对靶的共同作用力。用下式表示：
式中:
F ——流体作用于靶上的力;
K ——比例常数，与靶的形状及雷诺数有关;
——垂直于流速的靶面积，Ad=πd2/4(d为靶直径);
ρ ——流体的密度;
υ——环形流通面积处的平均流速。
根据流量的定义，流过环形面积的体积流量为：
式中：
——环形流通面积，(D 为管道内径)。
经换算后可得靶式流量计的实用公式，即
由上式可知，当被测介质密度、管道内径已知，靶式流量计选定(靶径d和比例常数KA已定)后，作用力F 与流量成平方关系。只要测得靶上流体作用力F的大小，便可知道被测介质的流量大小。这就是靶式流量计的基本测量原理。
1.2 靶式流量计的基本结构
靶式流量计由测量部分和转换部分组成。无论是气动靶式流量计还是电动靶式流量计，它的测量部分都是相同的，都是由靶、测量管、主杠杆和轴封膜片组成。测量部分的作用是将被测流量转换成作用于主杠杆上的测量力矩。
靶式流量计的电动信号转换部分分为两种类型：
1.2.1 采用电动差压变送器转换部分的工作原理
它是将主杠杆所受的测量力矩转换成直流电信号输出，其原理与DDZШ型差压变送器的转换部分工作原理完全相同。
1.2.2 采用应变片转换机构
其结构见图1、2所示。
靶1上受到流体产生的作用力F，经杠杆2、推杆3使悬臂块4产生微弯曲的弹性应变。于是，沿应变片轴向平行粘贴在悬臂块4正面的半导体应变片R1和R3的电阻值由于受到拉伸应变而增大，而粘贴在背面的应变片R2和R4的电阻值由于受到压缩应变而减小。输出电压信号Uab 与靶上所受到的作用力成线性关系，与被测介质流量成平方关系。由于R1、R3和R2、R4处于测量桥路相对桥臂的支路上，从而提高了变送器的灵敏度。
WELKIN 公司推出的 WFV 系列靶式流量计就是
采用了应变片电桥的结构。转换公式如下：
其应变片电桥电路如图3。
2 靶式流量计的特点
2.1 传统靶式流量计性能分析
由于传统靶是通过杠杆力平衡原理或矢量机构平衡原理来进行流量信号与输出信号的转换处理的，因此在实际应用中显现出许多不尽人意的缺陷。
(1)传统靶式流量计构成矢量机构及转换单元的元件受温度影响较大，因此不能耐高温。另外由于可动元件多，靶易磨损变形，不能长期稳定工作，因此测量精度低，调校工作量大。
(2)气动靶式流量计的变送器本身是易振荡的，因此需要加装阻尼装置方能使用。但当仪表感受介质压力波动、冲击时则极易加剧振荡，影响稳定作用。
(3)传统的电动靶式流量计的电磁反馈系统和信号检测放大器易受外界磁场影响。
(4)投运要求和安装费用高，需安装旁路管道，维护量大。
(5)不适宜大管径测量，使用范围受到限制。正是由于以上缺陷的存在，极大的影响了靶式流量计在实际生产中的推广。
2.2 新型靶式流量计的特点
(1)应变片式靶式流量计其测量电桥与介质是完全隔离的，而且全部采用焊接结构，因此不仅耐高温,还具有耐高压的性能;同时也可以检测多种腐蚀性介质。
(2)应变片式靶式流量计测量精度较高、长期稳定性及对各种工况的适应性较好。从其原理和结构可以看出，管道震动对靶式流量计的检测不会有影响。
(3)压力损失小于涡街流量计，只有传统孔板的六分之一，节能效果明显。
(4)适用范围广泛，可以检测各种气、液、蒸汽，也可以检测脉动流和高粘度液体。
(5)具有安装简便、无需维护、响应快、重复性好的特点，可现场进行设定;也可通过靶式流量计传统的挂重法进行校正，还可以通过更换靶盘来改变流量计的测量范围。灵活性好，使用寿命长。
3 靶式流量计在生产中的应用
3.1 靶式流量计的安装
(1)安装位置应在环境温度低于60度，不能安装在直接受雨淋和日晒的地方，安装位置应便于拆装、操作及维修。
(2)流量计前后应加装截止阀、旁路阀及放空阀，以便检修仪表时不影响正常生产。
(3)流量计可水平和垂直安装。但当流体中含有颗粒状物质时，必须水平安装。垂直安装时，流体的流动方向应由下而上。
(4)管道式靶式流量计有严格的直管段要求，一般表前至少有10D直管段,后面5D 长的直管段。稍长将更为理想。
(5)流量计必须与管道同心，前后不应有垫圈凸出管道，法兰焊缝处不应有突出物。连接管道的表面与连接处以及安装垫片务必注意保持清洁、干净和光滑。
3.2 靶式流量计的常见故障及处理方法
3.2.1 故障现象：流量很小时仪表显示较大。
石化公司两酸装置酸性气流量测量仪表为靶式流量计。使用一年后，与差压流量计比较，当流量较小时，仪表却指示较大。现场拆下来用砝码挂重法校验，发现流量计是好的。
分析及处理：经分析，主要原因是流体中的杂物缠绕在靶杆上，增加了靶板的受力面积，增加了流体的阻力，在有流量的状态下容易指示较大或满量程。另外，由于装置开车前，系统管线吹扫不干净，有部分小的杂质存在于管线中，使靶板卡在某一位置，造成仪表指示误差。为防止流体中杂物缠住靶板，在泵出口加设过滤网，滤掉较大的杂物。
3.2.2 故障现象：仪表指示误差较大。
由于安装误差，不能保证所有的插人式靶式流量计的靶板位于管道中心，也不能保证靶板完全垂直于管道。因此产生工艺工况和出厂前标定时的工况存在差异，从而造成靶式流量计的测量误差。
分析及处理：按照安装要求，重新安装和测试。用比较法在生产现场修正靶式流量计的误差。
3.2.3 故障现象：流量指示很不稳定，与实际测量值不符。
分析及处理：将靶式流量计从安装位置拆卸下来后，发现测量部分由于酸、碱性等腐蚀性介质的作用，都有不同程度的腐蚀。腐蚀的结果，是使得靶前后的压力差和靶周边与流体产生的粘滞摩擦力都发生了变化，从而使电压信号出现偏差。经过对工艺介质及靶式流量计材质的研究分析，采用内衬聚四氟乙稀防腐蚀-耐酸碱材料，经过半年时间的使用，从记录资料来看，数据基本符合。
3.2.4 故障现象：传感器故障。
分析及处理：在流量计断电的情况下，将四根不同颜色的信号线与变送器断开，逐一测量惠斯通电桥的四根信号线两两之间的电阻值。正常情况下，电阻值一般在250欧姆至350欧姆之间，如果检测的阻值远大于该数值(几兆欧姆以上)，则可以判断流量计传感器内部出现了断路。同时，需要检查信号线与外壳之间是否有漏电，以确认仪表绝缘性能良好。如果传感器内部出现断路，需要对传感器及时更换。如果漏电，则信号线内部可能有水分渗入，需要将防护部件拆卸，风干仪表，再重新作绝缘防护，并保持导线连接点的清洁和干燥。
3.2.5 故障现象：靶片杠杆损坏变形，流量显示最大。
炼厂蒸汽管网安装一台靶式流量计，仪表投用三个月后，工艺操作降量，发现流量指示仍然最大。经检查，仪表传感器接线及转换元件均工作正常。拆卸流量计，检查发现与靶连接的杠杆已变形。排除故障的处理方法
分析及处理：通过历史数据的分析，发现该表选型不当。管道的实际流量应为7000kg/h,而仪表的测量上限为6000kg/h，致使仪表长期超负荷工作,容易造成杠杆变形。另一方面，由于仪表前后压差过大，靶片长期处于该状态下，测量元件也容易劳损变形。我们对工艺参数重新分析计算后，联系厂家对靶片及杠杆进行替换，使仪表测量范围符合工艺要求。同时，工艺调整操作，降低管道介质的压力波动。
3.2.6 故障现象：安装不当，造成指示故障。
分析及处理：流量计管道安装时，密封面损坏或碰撞造成靶板及测量杆变形，会严重影响测量精度。分析及处理：在安装时，务必要小心谨慎。对于插入式，应保证配对法兰短管的选择合适以及靶片插入到准确位置。
4 结束语
压敏应变片式靶式流量计具有结构坚固、阻力小、泄漏点少、测量精确度和灵敏度高、维护简便等特点，可适用于各种气体、液体及蒸汽等介质的测量，及解决高粘度，低雷诺数流体的流量测量。随着检测技术和制造工艺的进步和发展，压敏应变片式靶式流量计在工业生产流体检测中将得到越来越广泛的应用。