淮安金鼎自動化儀表有限公司 ：姚佳明
一、引言
傳統(tǒng)的靶式流量計一般是直接采用差壓變送器的力平衡機構而設計的儀表,它的缺點是精度低,量程比小,并有力平衡機構本身造成的缺陷,如零點易漂移,杠桿機構可靠性差等。本文介紹一種基于應變電橋的靶式流量計，就是將流體作用在靶子上的力使靶桿產(chǎn)生彎曲變形，通過靶桿上粘貼的應變片所組成的應變電橋電路將靶桿產(chǎn)生的形變轉換成電壓信號，此電壓信號與流量成對應關系。因此通過檢測電橋輸出的電壓信號就可以達到測量液體的流速的目的。這種應變靶式流量計具有結構簡單靈敏度高等特點，采用應變電橋的差動結構還能減小環(huán)境溫度變化的影響和非線性誤差。
二、靶式流量計的原理
如圖1所示，靶式流量計在管道*安裝一個直徑比管徑小的圓盤，它像一個靶子被流動的液體沖擊，流體從靶子與管壁間的環(huán)行空間流過，流過截面突然變小，流速加快，使靶后壓力P2比靶前壓力P1小，靶的面積為A，則流體作用在靶上的力為
流量與作用在靶上的力的平方根成正比
式中：K1為流量系數(shù)，其值由實驗確定。
C1為由管徑D，靶徑d，流體密度ρ等常數(shù)確定。
三、差動電橋電路
由式（2）可知，液體的流量與靶子受到液體的沖擊力的平方根成正比，如果能測量出靶子受到的沖擊力，則可以測出液體的流量。如圖2所示，當靶受到液體的沖擊力，靶桿產(chǎn)生彎曲變形，應變片將產(chǎn)生拉伸或壓縮應變ε，應變量的理論力學表達式為：
式中：L為液體的沖擊力F到應變片中心的距離；b,h分別為靶桿橫截面的寬度、厚度；E為材料的彈性膜量。
受到液體的沖擊力F作用后，應變片電阻變化率與應變量的關系如下
式中：K為應變片靈敏度系數(shù)；R，△R分別為應變片電阻及其變化量。
當應變電橋兩端的電源電壓U0時,電橋的輸出電壓為
若在靶桿上貼上四片*相同的應變片，即R1=R2=R3=R4，由式（4），電橋輸出電壓
由式（3）、式（5）可以推出U與F的關系
還可以通過式（1）、式（6）導出流速Q(mào)與電橋輸出電壓△U的關系為
四、開方電路
由式（7）可知，流量Q與電橋的輸出電壓△U的平方根成正比，因此二者之間的關系是非線性的，這種非線性的關系對后面的檢測電路很不利，在此使用開方電路的非線性校正方法使二者變成線性正比的關系。具體電路如圖3所示。假設模擬乘法器的比例系數(shù)為K2則：
由式（8），式（9）可以推出△U與U2的關系為
由式（7）、式（10）可以得到流量Q與開方電路的輸出電壓的關系為
由上式可以發(fā)現(xiàn)流量與開方電路的輸出電壓之間是線性關系。
五、測量及顯示電路
測量及顯示電路采用的是ICL7106將上述開方電路輸出電壓進行A/D轉換，從而實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉換，將轉換結果通過LCD顯示。ICL7106具有單電源供電、電壓范圍寬、低功耗、A/D轉換精度高、成本低等優(yōu)點，而且外圍電路簡單，能直接驅(qū)動3位半的LCD顯示器。
結論
應變靶式流量計不僅具有結構簡單，靈敏度高，測量范圍廣等特點，采用了應變電橋和開方電路。應變電橋的差動結構減小了環(huán)境溫度變化的影響和非線性誤差，而開方電路的非線性校正，使得測量系統(tǒng)的測量誤差減小。
