靶式流量計(jì)一般由力靶片,、力轉(zhuǎn)換模塊和作為核心測量元件,,輔以信號(hào)處理模塊和流量計(jì)算單元,可作用于多種流體的測量,。靶式流量計(jì)的開發(fā)最早是為了解決粘度較高,、雷諾數(shù)較低的流體流量測量上存在的困難,始于20世紀(jì)60年代,。力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)是決定靶式流量計(jì)測量原理和分類的關(guān)鍵要素,,經(jīng)過幾十年以來的不斷探索和發(fā)展,科學(xué)工作者已經(jīng)研制出多種類型的靶式流量計(jì),,其中應(yīng)用較為廣泛的靶式流量計(jì)有氣動(dòng)式靶式流量計(jì),、電動(dòng)式靶式流量計(jì)、應(yīng)變式靶式流量計(jì)和電容式靶式流量計(jì),。
(1)氣動(dòng)式靶式流量計(jì):氣動(dòng)式靶式流量計(jì)將力轉(zhuǎn)換為氣壓,,并通過測量氣壓值推算出流體流速,。在氣動(dòng)式靶式流量計(jì)中,流體途徑靶片過程中,,靶片收到力的沖擊,,進(jìn)而通過軸封膜片將力傳到至靶桿,靶桿進(jìn)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng),,導(dǎo)致噴嘴出氣間隙產(chǎn)生一定的變化,。在氣動(dòng)式靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)中,氣動(dòng)放大單元的輸出壓力與噴嘴出氣間隙成正比,,氣動(dòng)式靶式流量計(jì)即由此改變輸出壓力,。即只需要對(duì)輸出壓力加以度量,即能反推出靶片受力大小,,進(jìn)而計(jì)算出所測量流體的流量,。氣動(dòng)式靶式流量計(jì)缺點(diǎn)如下:溫度影響對(duì)測量精度影響較大,由于系統(tǒng)的軸封膜片與信號(hào)放大器對(duì)溫度比較敏感,,導(dǎo)致氣動(dòng)式靶式流量計(jì)溫度要求較高,,超過150℃就不能正常測量。同時(shí),,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中存在的振蕩現(xiàn)象,,在不安裝按高性能阻尼裝置時(shí),流體壓力波的沖擊會(huì)使得整體結(jié)構(gòu)振蕩強(qiáng)烈,,導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性降低,,測量因此失準(zhǔn)。
(2)電動(dòng)式靶式流量計(jì):電動(dòng)式靶式流量計(jì)通過將流體對(duì)靶片的沖擊力通過機(jī)械結(jié)構(gòu)位移的方式加以測量,,然后將位移信息轉(zhuǎn)化為電壓,,通過測量電壓值變化計(jì)算出對(duì)應(yīng)流速。流體的靶片的沖擊使得靶桿中的矢量結(jié)構(gòu)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),,進(jìn)而影響差壓變壓器中的鐵芯,,改變變壓器的輸出值。通過輸出電壓與流體對(duì)靶片的沖擊力之間的關(guān)系,,測量輸出電壓,,就能夠計(jì)算出靶片收到的沖擊力大小,進(jìn)而推算出對(duì)應(yīng)流量,。但因?yàn)殡妱?dòng)式靶式流量計(jì)變送器為矢量機(jī)構(gòu),,結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜且部件可以活動(dòng),在長期測量的過程中,,容易磨損進(jìn)而變形,因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)的變形,,需要大量且動(dòng)態(tài)的校正環(huán)節(jié),,難以具有長期的穩(wěn)定性,,同時(shí)也增大了維護(hù)成本;同時(shí),,氣動(dòng)式靶式流量計(jì)的測量量程比較小,,大約只能在3:1左右。電動(dòng)式靶式流量計(jì)與氣動(dòng)式靶式流量計(jì)都因?yàn)樽陨泶嬖诘臏y量缺陷,,基本被市場所淘汰,。
(3)應(yīng)變片靶式流量計(jì):應(yīng)變式靶式流量計(jì)的核心測量原理為將流體沖擊靶片的力轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化到應(yīng)變單元,然后通過測量應(yīng)變結(jié)構(gòu)中的電壓值進(jìn)而推算出對(duì)對(duì)應(yīng)流量,。在應(yīng)變片靶式流量計(jì)中,,靶桿在流體流動(dòng)的沖擊下,產(chǎn)生彎矩作用,,而應(yīng)變結(jié)構(gòu)的核心單元是一組應(yīng)變電橋,,應(yīng)變電橋中的應(yīng)變電阻在彎矩作用下會(huì)產(chǎn)生一定的阻值變化,電橋在應(yīng)變電阻變化下產(chǎn)生電壓差,。通過輸出電壓攜帶的信息,,就能夠推算出靶片所受流體沖擊力的大小,進(jìn)而推算出所測流體的流量,。應(yīng)變式靶式流量計(jì)的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)十分清晰簡單,,將轉(zhuǎn)換元件與靶片整合到了一起,從結(jié)構(gòu)上提升了系統(tǒng)的耐壓性能,,且擁有較好的密封能力,;同樣是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上力傳遞的環(huán)節(jié)較少,在傳遞環(huán)節(jié)誤差較低,,測量精度較高,。同時(shí),因?yàn)閼?yīng)變片需要粘合在應(yīng)變結(jié)構(gòu)之上,,對(duì)粘合加工工藝和精度要求較高,,可能因此產(chǎn)生零點(diǎn)漂移與測量誤差,對(duì)工藝的要求提升了整個(gè)設(shè)備的成本,;并且應(yīng)變式靶式流量計(jì)的流量靶在大流量長時(shí)間沖擊下會(huì)產(chǎn)生一定的形變,,也會(huì)導(dǎo)致零點(diǎn)漂移,意味著設(shè)備維護(hù)成本的增加,。
(4)電容式靶式流量計(jì):電容式靶式流量計(jì)將流體對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊力體現(xiàn)在電容值的變化上,,進(jìn)而影響電壓值,通過測量電壓值推算出對(duì)對(duì)應(yīng)流量,。在電容式靶式流量計(jì)中,,靶桿在流體的沖擊下產(chǎn)生,影響差動(dòng)電容傳感器的電容間距,,而電容的變化進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電壓值,。即電容式靶式流量計(jì)通過測量差動(dòng)電容組式傳感器的電壓輸出值,,推算出電容的變化情況,進(jìn)而計(jì)算出測量流體的流量,。電容式靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)較為簡單,,環(huán)境溫度對(duì)測量產(chǎn)生的影響比較小,且擁有較高的分辨率,。但是電容式靶式流量計(jì)在大流量情況下,,信號(hào)輸出非線性,甚至可能產(chǎn)生測量錯(cuò)誤,;并且電容式靶式流量計(jì)也會(huì)產(chǎn)生一定的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象,。