靶式流量計(jì)的原理及應(yīng)用

上世紀(jì)六十年代隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展， 計(jì)量領(lǐng)域急需一種能夠測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)流體的計(jì)量?jī)x表，靶式流量計(jì)的研發(fā)和問(wèn)世部分解決了這一問(wèn)題。靶式流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、按裝方便、不易堵塞等特點(diǎn)，特別適應(yīng)于低雷諾數(shù)、高粘度介質(zhì)以及高懸浮混濁液、適量含顆粒漿體流體計(jì)量。另外，也可測(cè)量一般液體、氣體和蒸汽流量。

結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理

靶式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1 所示。測(cè)量器件為一個(gè)金屬圓形靶面，安裝在被測(cè)管道中軸線處，當(dāng)流體流動(dòng)沖擊靶面時(shí)，靶面因受持續(xù)作用力而產(chǎn)生相應(yīng)位移，其位移量反映了流量的大小。流體流動(dòng)對(duì)靶面的作用力由兩個(gè)分力合成。即具有一定流速的流體沖擊靶面時(shí)，靶面上下游產(chǎn)生壓差所形成的作用力；流體流經(jīng)靶面圓周與被測(cè)管道內(nèi)壁形成的環(huán)形空間時(shí)，所產(chǎn)生的靶周粘滯摩擦力。試驗(yàn)得知，靶面上下游壓差所形成的作用力遠(yuǎn)比靶周粘滯摩擦力大得多，所以上述兩個(gè)分力的矢量和約等于壓差所形成的作用力。對(duì)具體的靶式流量計(jì)而言，體積和質(zhì)量流量?jī)H與靶面壓差作用力的平方根成正比，只要測(cè)出作用力的大小，即可求出流體的流量。

流量系數(shù)和壓力損失

當(dāng)流量計(jì)的幾何尺寸確定后，流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度主要取決于流量系數(shù)α。和許多儀表一樣，某些系數(shù)無(wú)法憑借數(shù)學(xué)模型通過(guò)嚴(yán)格推導(dǎo)取得，而是經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，采用數(shù)值模擬技術(shù)間接得出，靶式流量計(jì)流量系數(shù)α 就屬于這類(lèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，若流量超過(guò)某一量值后，流量系數(shù)α 將趨近于常量，而使該數(shù)趨于恒定時(shí)的流體雷諾數(shù)ReD，稱(chēng)為靶式流量計(jì)的邊界雷諾數(shù)。

當(dāng)流體雷諾數(shù)Re ＞ ReD時(shí)， 流量系數(shù)α 為恒， 而Re ＜ReD 時(shí)，由于流體靶周粘滯摩擦力在合力量值分析中所占比例加大不能忽略，流量系數(shù)α 將隨Re 而變化，此時(shí)，流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度將會(huì)產(chǎn)生許多不確定因素。另外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還證明，靶式流量計(jì)邊界雷諾數(shù)ReD 比差壓流量計(jì)邊界雷諾數(shù)（推薦使用的最小雷諾數(shù)值Remin）要低得多，這正是靶式流量計(jì)能測(cè)量低雷諾數(shù)流體的原因。需要指出的是，靶式流量計(jì)邊界雷諾數(shù)ReD 的實(shí)驗(yàn)值是在測(cè)量流體靶周粘滯摩擦力的基礎(chǔ)上獲得的，而靶周粘滯摩擦力大小取決于過(guò)流環(huán)空面積，即與靶徑比β 有關(guān)。

當(dāng)β 一定時(shí)，不同的管直徑D 和靶直徑d，其過(guò)流環(huán)空面積不同，則靶式流量計(jì)邊界雷諾數(shù)ReD 也不同，使用時(shí)必須注意這一點(diǎn)。一般講，靶式流量計(jì)出廠前使用水介質(zhì)標(biāo)定，但實(shí)際應(yīng)用并不推薦測(cè)量水介質(zhì)，而流量系數(shù)α 不僅與上述參數(shù)有關(guān)，還與流體粘度和密度有關(guān)，所以為保證測(cè)量精度，使用前應(yīng)該用被測(cè)介質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)再次標(biāo)定。靶面安裝于管道中屬于阻流件，流體通過(guò)環(huán)形空間必然產(chǎn)生不可恢復(fù)壓力損失，經(jīng)試驗(yàn)表明，靶式流量計(jì)壓力損失要低于節(jié)流式流量計(jì)

種類(lèi)和測(cè)量準(zhǔn)確度

靶式流量計(jì)分測(cè)量裝置和力轉(zhuǎn)換器兩部分， 測(cè)量裝置將流體的動(dòng)量轉(zhuǎn)換為靶面位移，與力矩成正比。力轉(zhuǎn)換器將靶面位移量轉(zhuǎn)換為電或氣信號(hào)，一般可分電動(dòng)靶式流量計(jì)和氣動(dòng)靶式流量計(jì)兩種。無(wú)論電動(dòng)或氣動(dòng)都與流體流速的平方成正比。國(guó)產(chǎn)靶式流量計(jì)口徑系列為15~300mm，測(cè)量準(zhǔn)確度為±1%( 實(shí)際介質(zhì)標(biāo)定），量程為0.8~400m2/h。影響測(cè)量準(zhǔn)確度的因素主要有：由于合力疊加時(shí)忽略了靶周粘滯摩擦力，在測(cè)量較高粘度流體時(shí)，流量測(cè)量結(jié)果偏大；由于安裝偏差，靶面與管道中軸線不同心，結(jié)果造成靶周粘滯摩擦力不均勻作用，流量測(cè)量結(jié)果也偏大；所測(cè)流量較小，靶周粘滯摩擦力作用凸顯，流體作用力和流速的平方不成線性。

典型應(yīng)用

氣體類(lèi)： 煤氣、空氣、氫氣、天然氣、氮?dú)?/span>、液化石油氣、過(guò)氧化氫、煙道氣、甲烷、丁烷、氯氣、混合氣等。

液體類(lèi)：

重油、石蠟、瀝青、硫酸、食用油、渣油、丙酮、柴油、礦井水、洗滌劑、醬油、汽油、硅油、糖漿、溶劑 、香水、海水、航空煤油、皂酮水、葡萄糖、菜油酸、鹽水、漿糊、墨水、冷卻劑、乙二醇、礦物油 、液態(tài)糖、鹽酸、汽車(chē)涂料、樹(shù)脂、牛油、 菜油、液氧、洗發(fā)液、牙膏、凝膠、燃油、牛奶、漂白劑、調(diào)節(jié)劑、蘇打、添加劑、清洗劑、堿性、氨、船用油、化學(xué)試劑、煤油、甘油、染料、水、硝酸 、高沸點(diǎn)有機(jī)溶液、豬油、添加劑、酒精、油、乙烯、聚丙烯、甲苯等