1 分析
靶式流量計主要用于測量高粘度、低雷諾數(shù)流體以及含適量固體顆粒的漿液的流量。它的檢測部分是一個放在管道中的圓形靶，當(dāng)流體流動時，流動介質(zhì)沖擊靶片如圖1所示，使靶受到三部分力的作用：
（1）流體對靶的直接沖擊力，即流體的動壓力；
（2）流體沖擊靶面，在靶的后方產(chǎn)生死水區(qū)，因此在靶前后產(chǎn)生靜壓差；
（3）由于流體的粘性，對靶產(chǎn)生一個摩擦力。其主要受力取決于靜、動壓力，令其合力為F。根據(jù)伯努力方程得：
則
（1）
式中：ρ為流體密度；v為流體的特征速度（取環(huán)形面積處的平均速度）；A為靶面積；K為比例常數(shù)。
又質(zhì)量流量
（2）
式中：S為環(huán)形截面積，S=π/4（D2- d2）；D為管道內(nèi)徑。
由于（1）（2）可得流體體積流量
靶式流量計將靶受力產(chǎn)生的位移轉(zhuǎn)換為電部分是通過螺管式差動變壓器來實現(xiàn)的。當(dāng)初始狀態(tài)時，如圖2所示，差動變送器的銜鐵處于螺管的中心位置，兩個次級線圈2和同初級線圈1的互感M1、M2相等，由于差動變壓器兩次級線圈差動相接，又與初級線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電勢相同，因此次級差動變壓器的鐵芯運動時，使變壓器互感系數(shù)發(fā)生變化，從而使兩次級線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不等，使得差動輸出電壓不為零，且銜鐵位移越大，輸出電壓幅值越大，銜鐵位移的方向決定了輸出電壓的相位。基于此原理可以間接測得流體在某時刻的流速。
2 硬件電路設(shè)計
變送器部分電路主要由信號發(fā)生模塊、模擬信號放大模塊、AC/DC轉(zhuǎn)換模塊、壓流轉(zhuǎn)換模塊組成，原理如圖3。最終將靶片受力所產(chǎn)生的位移信號轉(zhuǎn)換成4~20mA輸出，并送入二次儀表中單片機的A/D接口，通過軟件對其進行線性修正、上下線切除以及補償?shù)忍幚?，將最后的瞬時流量、累計流量、溫度、頻率和壓力顯示的液晶屏上。
（1）信號發(fā)生模塊是由7660和8038組成，8038是一個波形發(fā)生器，只需要加小部分的外圍電路就能產(chǎn)生方波，正弦波和三角波，波的頻率是由R1、R2及C3控制，當(dāng)滿足R1=R2=R時，f=0.33/Rc，本電路用一個頻率為3.3kHz幅值為2.2V的正弦波，作為差動變壓器的激勵信號。
（2）由于芯片8038產(chǎn)生的正弦波中含有直流分量，將會增加整個電路的功耗，因此在信號輸出端須加上一個隔直電容，再經(jīng)過158差分放大，為差動變壓器原邊提供了一個的交流激勵信號。改變差動變壓器銜鐵的位置，其副邊正弦信號的幅值也隨之變化，因此通過橋式整流和低通濾波變成一個值可變的直流電壓信號。
（3）考慮到二次儀表與現(xiàn)場的距離，為達到信號遠傳的目的，用AM402把電壓信號轉(zhuǎn)變成4~20mA電流值傳輸?shù)蕉伪磉M行處理。
（4）根據(jù)電流的輸出端的不同，可以將電路分成兩線制和三線制。本電路采用兩線制接法。AM402可以接收差模信號或單端對地的信號。但輸入的端口不一樣，從402的7腳輸入單端對地信號，通過調(diào)節(jié)8腳和9腳之間的滑動變阻器VR2使得輸出電流為4mA。再調(diào)節(jié)輸入端滑動變阻器VR1使電流值達到20mA，此時下限值可能會有所增大，再重新調(diào)節(jié)VR2，這樣反復(fù)調(diào)節(jié)最終得到4~20mA電流輸出。
（5）差動變壓器存在零位輸出電壓，會影響電路正常工作，但通過加補償電路的方法，基本可以滿足要求， 由于差動變壓器結(jié)構(gòu)，銜鐵的位移量跟輸出電壓的幅值在大范圍內(nèi)不成線性，但在2mm內(nèi)可近似為線性，此種靶式流量計用來測小流量的液體，經(jīng)估計靶的移動范圍不超過2mm，因此不會引起大的誤差。
（6）差動變壓器的激勵頻率對其靈敏度、線性、銜鐵運動的可測頻率都有關(guān)系，激勵頻率選的過高或過低都將影響他的性能，常選用頻率400Hz~10kHz，綜合各種因素，選擇頻率3.3kHz。
（7）二次顯示儀表是采用單片微機技術(shù)設(shè)計的，他能對蒸汽、氣體、液體的流量進行顯示、積算，并配以壓力、溫度變送器，能對流體的密度因壓力、溫度變化而引起的測量誤差進行補償修正，當(dāng)密度發(fā)生變化時，他的修正關(guān)系式為：
（8）將模擬電路電源與數(shù)字電路電源通過DC/DC隔離，通訊模塊與主電路之間的信號通過光電隔離器耦合，供電電源與地之間用一個大電容隔開，這樣可有效地抑制干擾。
這種靶式流量計傳感器的硬件電路設(shè)計簡單，可靠，測量范圍廣，再配合軟件進行實時的補償和修正，可以大大的提高測量準(zhǔn)確度。在測量高粘度流體中表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，該表也可以用來測量氣體和蒸汽的流量，具有很高的應(yīng)用價值。
參考文獻
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