靶式流量计知识讲座——电涡流式

靶式流量计是通过一块靶板将流体所携带的动压能转化为对靶的作用力，再经过检测靶板所受作用力的大小，从而计算得到相应的流速及流量。流体流动时对中心靶的作用力主要是流体对靶的冲击力和因流速在靶后分离产生的差压而形成的作用力。经计算分析可知，流体对靶的作用力F与流速u的平方成正比，其关系如式（1）。

（1）

　　式（1）中：F—流体对靶的作用力；ζ—阻力系数（当雷诺数达到一定值时，ζ趋于常数）；A—靶的迎流面积；u—靶和管壁间环形截面处流体的平均流速；ρ—流体密度。

　　我们令α=1ζ，作用力F与体积流量的关系见式（2）：

（2）

　　式（2）中：D—管道内径；α—流量系数；β—靶径比，β=d/D（d为靶径）；K—常系数。取D=50mm，β=0。8时，当Re>2030，流量系数α是一个常数。于是Qv就和F的开方呈线性关系[6]。

　　电涡流传感器机结构简单、灵敏度高、抗干扰能力强、测量线性范围大，而且具有非接触测量的优点，适用于作为流量检测仪器仪表的传感器。

　　电涡流靶式流量计主要由测量管（外壳）、阻流元件（靶）、电涡流传感器、温度传感器、压力传感器、信号处理电路、液晶显示等组成。其结构如图1。

　　靶杆选用的材料是45号钢，它是优质碳素结构用钢，具有较高的强度和韧性，在多次试验中不易变形，且探头对它的检测灵敏度较高。试验中，将靶杆固定在测量平台的一端，电涡流传感器置于平台的可水平移动部件上，并配以千分尺来读取位移值，就可得到传感器和靶杆之间位移和输出电压的关系曲线。测量时，在0～5mm的位移区间内，每增加0。5mm的位移量测一次电压值。在这里选取三组实验数据绘制成位移-电压关系图，

　　可以看到，电涡流传感器的非接触测量，重复性非常好，尤其在0。5mm～3mm的位移时线性良好。可选取这段距离作为靶式流量计的工作距离。电涡流传感器可长期可靠工作，灵敏度高，响应速度快。在无损检测和大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转速等参数进行长期实时监测中被广泛应用。

　　2 系统设计

　　控制核心单元选用的是美国TI公司生产的单片机MSP430F435，图4为整个系统的结构框图。系统控制器为一片MSP430F435单片机。外部模块包括流量检测、压力检测、温度检测、电源模块、键盘模块、液晶显示模块、标准电流输出、时钟芯片等。

　　流量信号由电涡流式传感器检测，通过信号处理电路输出电压信号。将此电压信号送入单片机的A/D处理，计算得到相应的瞬时流量和累积总量。再由单片机与AD420芯片进行通信最终将瞬时流量转化为4～20mA标准电流输出，实现流量信号的远传。

　　温度传感器采用Pt100铂电阻温度计，铂电阻在很宽的范围内有相当好的稳定性，因此有极好的复现性能，是作为精密温度计的主要传感器[9]。压力传感器采用MPX10型微型压力传感器。温度和压力传感器采集得到的信号分别经仪表放大器放大后送给单片机对流量进行补偿。

　　MSP430单片机对传感器采集的流量、温度、压力信号，进行滤波、线性修正、密度补偿等数字处理，并将最后的瞬时流量、累积流量、温度和压力显示在液晶屏上。

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