新型靶式流量計在石油化工中的應用

      靶式流量計是60年代為解決介質黏度高、雷諾數低的流量測量而發展起來的一種流量計。它具有安裝維護方便、不易阻塞等優點。傳統的靶式流量計測量原理是杠桿平衡原理，直接采用差壓變送器的力平衡機構而設計的儀表，它的缺點是精度低，量程比小，并有力平衡機構本身造成的缺陷，如零點易漂移，杠桿機構可靠性差等。

      新型靶式流量計的力轉換器采用應變式力轉換器，它改進了上述缺點，具有結構簡單、精確度高、壓損低、校驗方便易維護等特點，并且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，大大提高了流量計的性能。

      我廠2002年對裝置進行了改造，新增許多測量回路，引進一批新型靶式流量計，投入運行后，運行良好，現將這一新型靶表及其在運行中出現的問題、處理方法作以簡單介紹。

      1 新型靶式流量計的測量原理

      新式的靶式流量計利用壓敏電阻（是一種對所受壓力非常敏感的電阻）構成的惠斯登電橋平衡技術，克服了傳統靶式流量計利用杠桿平衡原理在實際應用中存在的缺陷，極大地提高了測量精度。其結構見圖1、2。

      靶板的受力經不銹鋼靶桿傳遞給壓敏電阻應變片，再經應變片電阻構成的惠斯登電橋把力轉換成與流速平方成正比的電信號。在應變片橋路中應變片A₂、A₄朝向介質流動的方向；A₁、A₃背向介質流動的方向。受力后A₂、A₄受擠壓，電阻減小；A₁，A₃受拉伸，電阻增大。此時電橋平衡被打破。產生與流速平方成正比的電信號。

      2 參數的計算

      當流體沖擊靶板時，靶板受力為：

      式中：F ――靶板受力，N；
              C_d ― 阻力系數；
              ρ ――流體密度kg/cm³；
              V ――流體速度，m/s；
              A ――靶片受力面積，cm²。

      受力F后，靶桿產生彎曲變形，應變片產生應變ε，有：

      式中：¢ ―― 平均應力，N；
               L ―― 力F到應變片中心距離，cm；
               b、h―靶桿橫截面寬度、厚度，cm；
               E  ――彈性模量；
               ε  ――平均應變。

      受力F后，應變電阻變化率與應變量關系：

      式中：K――應變片靈敏系數；
               R――應變片電阻，Ω；
              △R ―應變片電阻變化，△Ω。

      電橋電源電壓為U，電橋輸出電壓信號為△U：

      若R₁=R₂=R₃=R₄，△R₁/R₁、△R₂/R₂、△R₃/R₃、△R₄/R₄較小，則可簡化為：

      可見輸出電壓與各個橋臂的電阻變化的代數和近似為線形關系，△U與F成正比，與V₂成正比，所以，通過將傳感器輸出電壓△U進行處理，可計算出流量。

      3 在流量計選擇中應注意的事項

      首先要了解被測對象的參數，包括介質組分，流量范圍（流量、最小流量、正常流量），工作壓力，溫度，黏度，管道內徑，允許壓力損失量；然后通過輔助計算把被測流體流量換算為標況下標準介質流量，再計算流量靶板受力F_max及最小流量靶板受力F_min，F_max超過允許值會損壞儀表，F_min小于最小允許值會造成分辨率不足；最后根據輔助計算得到的流量范圍，管道雷諾數、初選口徑及β值，從產品說明書中技術參數表查得流量系數α值，要求最小雷諾數大于臨界雷諾數。

      4 流量計的現場校驗方法

      靶式流量計定期校驗可采用干式校驗也就是俗稱的掛重法校驗，具體方法見圖3。

      注意：砝碼盤重心要始終位于靶板中心軸線上，重力方向垂直于靶平面。

      校驗步驟：

      （1）零位及量程調整：接通電源，預熱，未加法碼時，電流表指示下限（4mA）；向砝碼盤加靶受力上限F_max，使電流表指示上限（20mA）。

      （2）示值校驗：把F_max值分為5個校點，算出各點F值及對應電流值，向砝碼盤中依次加入各點力值砝碼，讀出電流實際值I，正反行程各校一次。

      說明：流體作用于靶板力與掛重作用力有區別，要想得到更高精確度，須實流校驗。

      5 維護

      在應用過程中靶表會出現應變電橋零點漂移、靶桿變型、傳感器零點誤差、二次儀表誤差等現象，對這些情況，可以按以下方法處理：（1）由于電阻值的誤差及粘貼不對稱，或傳感器溫度變化，會造成零點的漂移，可以在橋臂上加調零電阻或溫度補償電阻解決；（2）當靶表遇到的流量很大時，有可能造成靶桿變形超過其彈性形變，當流量回零時，靶桿不能立即恢復原位，造成誤差，對于這種情況應定期對傳感器零點進行重新修正；（3）由于流量計位置的變動，靶桿靶片受重力影響，會在電橋兩端產生附加電壓，造成誤差，所以在每次移動位置后，必須進行零點修正。另外由于靶表直接安裝在現場管線上，受環境溫度的影響，二次儀表模擬器件有可能發生溫漂，造成誤差，這需要維護人員應定時檢N-次儀表零點電壓，及時消除二次儀表零點漂移。

      6 結語

      我廠引進的幾臺新型靶表結構簡單、安裝方便、調試容易、并且精度高，在應用中收到了較好效果，隨著生產的需要，新型應變式靶式流量計必將在化工領域得到更廣泛的應用。

      參考文獻

      [1] 彥勛，李金海.流量計量[M].北京：中國計量出版社，1991.
      [2] 邵裕森.過程控制及儀表[M].上海：上海交通大學出版社，1995.