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靶式流量計知識講座——電渦流式
靶式流量計是通過一塊靶板將流體所攜帶的動壓能轉化為對靶的作用力，再經過檢測靶板所受作用力的大小，從而計算得到相應的流速及流量。流體流動時對中心靶的作用力主要是流體對靶的沖擊力和因流速在靶后分離產生的差壓而形成的作用力。經計算分析可知，流體對靶的作用力F與流速u的平方成正比，其關系如式（1）。
（1）
式（1）中：F—流體對靶的作用力；ζ—阻力系數（當雷諾數達到一定值時，ζ趨于常數）；A—靶的迎流面積；u—靶和管壁間環形截面處流體的平均流速；ρ—流體密度。
我們令α=1ζ，作用力F與體積流量的關系見式（2）：
（2）
式（2）中：D—管道內徑；α—流量系數；β—靶徑比，β=d/D（d為靶徑）；K—常系數。取D=50mm，β=0。8時，當Re>2030，流量系數α是一個常數。于是Qv就和F的開方呈線性關系[6]。
電渦流傳感器機結構簡單、靈敏度高、抗干擾能力強、測量線性范圍大，而且具有非接觸測量的優點，適用于作為流量檢測儀器儀表的傳感器。
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、信號處理電路、液晶顯示等組成。其結構如圖1。
靶桿選用的材料是45號鋼，它是優質碳素結構用鋼，具有較高的強度和韌性，在多次試驗中不易變形，且探頭對它的檢測靈敏度較高。試驗中，將靶桿固定在測量平臺的一端，電渦流傳感器置于平臺的可水平移動部件上，并配以千分尺來讀取位移值，就可得到傳感器和靶桿之間位移和輸出電壓的關系曲線。測量時，在0～5mm的位移區間內，每增加0。5mm的位移量測一次電壓值。在這里選取三組實驗數據繪制成位移-電壓關系圖，
可以看到，電渦流傳感器的非接觸測量，重復性非常好，尤其在0。5mm～3mm的位移時線性良好。可選取這段距離作為靶式流量計的工作距離。電渦流傳感器可長期可靠工作，靈敏度高，響應速度快。在無損檢測和大型旋轉機械的軸位移、軸振動、軸轉速等參數進行長期實時監測中被廣泛應用。
2 系統設計
控制核心單元選用的是美國TI公司生產的單片機MSP430F435，圖4為整個系統的結構框圖。系統控制器為一片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、標準電流輸出、時鐘芯片等。
流量信號由電渦流式傳感器檢測，通過信號處理電路輸出電壓信號。將此電壓信號送入單片機的A/D處理，計算得到相應的瞬時流量和累積總量。再由單片機與AD420芯片進行通信最終將瞬時流量轉化為4～20mA標準電流輸出，實現流量信號的遠傳。
溫度傳感器采用Pt100鉑電阻溫度計，鉑電阻在很寬的范圍內有相當好的穩定性，因此有極好的復現性能，是作為精密溫度計的主要傳感器[9]。壓力傳感器采用MPX10型微型壓力傳感器。溫度和壓力傳感器采集得到的信號分別經儀表放大器放大后送給單片機對流量進行補償。
MSP430單片機對傳感器采集的流量、溫度、壓力信號，進行濾波、線性修正、密度補償等數字處理，并將最后的瞬時流量、累積流量、溫度和壓力顯示在液晶屏上。
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