今天我们来详细讲解一下靶式流量计的工作原理。

简单来说，靶式流量计的工作原理可以概括为：在流体流动的管道中，放置一个被称为“靶”的阻挡元件，流体流过时会对靶产生一个作用力，这个力与流体的流速（或流量）的平方成正比。通过测量这个力的大小，就可以推算出流体的流量。

下面我们分步详细说明：

一、核心工作原理：流体动力学原理

1.设置靶体：在测量管道的中心，固定一个圆盘形的靶片。这个靶片垂直于流体流动方向。

2.产生作用力：当流体流经靶片时，流道截面突然缩小，流速增加。流体会对靶片产生一个冲击力，同时在靶片后方形成压力差（类似于飞机机翼的升力原理），产生一个涡流区。这两个效应的合力，就是流体作用于靶片上的力。

3.力的计算：根据伯努利方程和流体阻力定律，这个作用力F可以用以下公式表示：

F=(CdAρv²)/2

其中：

F：流体作用在靶上的力

Cd：靶的阻力系数（一个与靶形状和流体状态相关的常数）

A：靶的迎流面积（对于圆形靶，A=πd²/4，d是靶径）

ρ：流体的密度

v：流体在靶与管道间隙处的平均流速

4.力与流量的关系：

从公式可以看出，作用力F与流体的密度ρ和流速的平方v²成正比。

而体积流量Q=管道横截面积平均流速。经过推导，可以得出体积流量Q与作用力F的平方根成正比。

Q=K√(F/ρ)

其中K是一个与管道尺寸、靶径、阻力系数等相关的仪表系数，在出厂时已经标定好。

结论就是：只要精确测量出流体对靶片产生的作用力F，就可以计算出流体的瞬时流量。

二、力的测量与信号转换

靶片上受到的力是如何被检测并转换成我们需要的信号的呢？现代靶式流量计通常采用以下方式：

1.力的传递：靶片通过一个刚性连杆与内部的传感器（力传感器）相连。

2.力的检测：传感器是核心部件，早期使用杠杆和差动变压器，现代产品普遍采用应变计或电容式、压电式传感器。当力作用在传感器上时：

应变计式：传感器的弹性体会发生微小的形变，粘贴在上面的应变计的电阻值会随之变化。将这个电阻变化通过惠斯通电桥电路检测出来，就能得到与力成正比的电信号。

其他形式：电容或压电传感器也会将力的变化转换为相应的电信号变化。

3.信号处理与输出：传感器输出的微弱电信号经过放大、滤波和计算（由内置的微处理器完成），根据标定好的K系数和测得的力F，以及预设的流体密度ρ，计算出瞬时流量和累计流量。最后转换成标准的工业信号输出，如4-20mA、脉冲信号或数字通信信号（如HART、Profibus等）。

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三、主要特点

优点：

适用性广：特别适合测量高粘度、低流速以及含有颗粒、气泡的脏污介质、浆料等，这是很多其他流量计（如涡街、孔板）的弱项。

无运动部件：靶片是固定的，与容积式、涡轮式流量计相比，结构简单，可靠性高，维护量小。

可测量高温高压介质：结构坚固，能适应恶劣工况。

压力损失较小：相对于孔板流量计，其永久压力损失要小一些。

可水平或垂直安装：安装方式相对灵活。

缺点：

精度中等：如果流体密度变化大，需要重新进行密度补偿，否则会影响精度。

四、典型应用

由于其独特的优点，靶式流量计常用于以下领域：

石油、化工行业：重油、沥青、焦油、油脂的测量。

冶金、造纸行业：纸浆、矿浆、水煤浆的测量。

污水处理：污泥、药剂的测量。

能源系统：高温高压蒸汽、热水的测量。

总结

UBC靶式流量计是一种基于力学原理的流量测量仪表。它利用流体对阻挡物（靶）的作用力来间接测量流量，因其结构简单、坚固耐用且能处理复杂介质，在工业过程控制中，尤其是在常规流量计难以胜任的粘稠、脏污介质测量场合，占有一席之地。