靶式流量計知識講座——電渦流式

靶式流量計是通(tōng)過一塊靶闆将流體所攜帶的(de)動壓能轉化(huà)爲對(duì)靶的(de)作用(yòng)力，再經過檢測靶闆所受作用(yòng)力的(de)大(dà)小，從而計算(suàn)得(de)到相應的(de)流速及流量。流體流動時(shí)對(duì)中心靶的(de)作用(yòng)力主要是流體對(duì)靶的(de)沖擊力和(hé)因流速在靶後分(fēn)離産生的(de)差壓而形成的(de)作用(yòng)力。經計算(suàn)分(fēn)析可(kě)知，流體對(duì)靶的(de)作用(yòng)力F與流速u的(de)平方成正比，其關系如式（1）。

（1）

　　式（1）中：F—流體對(duì)靶的(de)作用(yòng)力；ζ—阻力系數（當雷諾數達到一定值時(shí)，ζ趨于常數）；A—靶的(de)迎流面積；u—靶和(hé)管壁間環形截面處流體的(de)平均流速；ρ—流體密度。

　　我們令α=1ζ，作用(yòng)力F與體積流量的(de)關系見式（2）：

（2）

　　式（2）中：D—管道内徑；α—流量系數；β—靶徑比，β=d/D（d爲靶徑）；K—常系數。取D=50mm，β=0。8時(shí)，當Re>2030，流量系數α是一個(gè)常數。于是Qv就和(hé)F的(de)開方呈線性關系[6]。

　　電渦流傳感器機結構簡單、靈敏度高(gāo)、抗幹擾能力強、測量線性範圍大(dà)，而且具有非接觸測量的(de)優點，适用(yòng)于作爲流量檢測儀器儀表的(de)傳感器。

　　電渦流靶式流量計主要由測量管（外殼）、阻流元件（靶）、電渦流傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、信号處理(lǐ)電路、液晶顯示等組成。其結構如圖1。

　　靶杆選用(yòng)的(de)材料是45号鋼，它是優質碳素結構用(yòng)鋼，具有較高(gāo)的(de)強度和(hé)韌性，在多(duō)次試驗中不易變形，且探頭對(duì)它的(de)檢測靈敏度較高(gāo)。試驗中，将靶杆固定在測量平台的(de)一端，電渦流傳感器置于平台的(de)可(kě)水(shuǐ)平移動部件上，并配以千分(fēn)尺來(lái)讀取位移值，就可(kě)得(de)到傳感器和(hé)靶杆之間位移和(hé)輸出電壓的(de)關系曲線。測量時(shí)，在0～5mm的(de)位移區(qū)間内，每增加0。5mm的(de)位移量測一次電壓值。在這(zhè)裏選取三組實驗數據繪制成位移-電壓關系圖，

　　可(kě)以看到，電渦流傳感器的(de)非接觸測量，重複性非常好，尤其在0。5mm～3mm的(de)位移時(shí)線性良好。可(kě)選取這(zhè)段距離作爲靶式流量計的(de)工作距離。電渦流傳感器可(kě)長(cháng)期可(kě)靠工作，靈敏度高(gāo)，響應速度快(kuài)。在無損檢測和(hé)大(dà)型旋轉機械的(de)軸位移、軸振動、軸轉速等參數進行長(cháng)期實時(shí)監測中被廣泛應用(yòng)。

　　2 系統設計

　　控制核心單元選用(yòng)的(de)是美(měi)國TI公司生産的(de)單片機MSP430F435，圖4爲整個(gè)系統的(de)結構框圖。系統控制器爲一片MSP430F435單片機。外部模塊包括流量檢測、壓力檢測、溫度檢測、電源模塊、鍵盤模塊、液晶顯示模塊、标準電流輸出、時(shí)鐘(zhōng)芯片等。

　　流量信号由電渦流式傳感器檢測，通(tōng)過信号處理(lǐ)電路輸出電壓信号。将此電壓信号送入單片機的(de)A/D處理(lǐ)，計算(suàn)得(de)到相應的(de)瞬時(shí)流量和(hé)累積總量。再由單片機與AD420芯片進行通(tōng)信最終将瞬時(shí)流量轉化(huà)爲4～20mA标準電流輸出，實現流量信号的(de)遠(yuǎn)傳。

　　溫度傳感器采用(yòng)Pt100鉑電阻溫度計，鉑電阻在很寬的(de)範圍内有相當好的(de)穩定性，因此有極好的(de)複現性能，是作爲精密溫度計的(de)主要傳感器[9]。壓力傳感器采用(yòng)MPX10型微型壓力傳感器。溫度和(hé)壓力傳感器采集得(de)到的(de)信号分(fēn)别經儀表放大(dà)器放大(dà)後送給單片機對(duì)流量進行補償。

　　MSP430單片機對(duì)傳感器采集的(de)流量、溫度、壓力信号，進行濾波、線性修正、密度補償等數字處理(lǐ)，并将最後的(de)瞬時(shí)流量、累積流量、溫度和(hé)壓力顯示在液晶屏上。

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