靶式流量計(jì)的差動(dòng)電橋電路

傳統(tǒng)的靶式流量計(jì)一般是直接采用差壓變送器的力平衡機(jī)構(gòu)而設(shè)計(jì)的儀表，它的缺點(diǎn)是精度低，量程比小，并有力平衡機(jī)構(gòu)本身造成的缺陷，如零點(diǎn)易漂移，杠桿機(jī)構(gòu)可靠性差等。本文介紹一種基于應(yīng)變電橋的靶式流量計(jì)，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(yīng)變片所組成的應(yīng)變電橋電路將靶桿產(chǎn)生的形變轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)與流量成對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此通過檢測(cè)電橋輸出的電壓信號(hào)就可以達(dá)到測(cè)量液體的流速的目的。這種應(yīng)變靶式流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈敏度高等特點(diǎn)，采用應(yīng)變電橋的差動(dòng)結(jié)構(gòu)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(jì)的原理
如圖1所示，靶式流量計(jì)在管道*安裝一個(gè)直徑比管徑小的圓盤，它像一個(gè)靶子被流動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(dòng)電橋電路
由式可知，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(cè)量出靶子受到的沖擊力，則可以測(cè)出液體的流量。如圖2所示，當(dāng)靶受到液體的沖擊力，靶桿產(chǎn)生彎曲變形，應(yīng)變片將產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)變ε，應(yīng)變量的理論力學(xué)表達(dá)式為：式中：L為液體的沖擊力F到應(yīng)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(yīng)變片電阻變化率與應(yīng)變量的關(guān)系如下式中：K為應(yīng)變片靈敏度系數(shù);R，△R分別為應(yīng)變片電阻及其變化量。當(dāng)應(yīng)變電橋兩端的電源電壓U0時(shí)，電橋的輸出電壓為若在靶桿上貼上四片*相同的應(yīng)變片，即R1=R2=R3=R4，由式。
四、開方電路
由式可知，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(guān)系是非線性的，這種非線性的關(guān)系對(duì)后面的檢測(cè)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(guān)系。具體電路如圖3所示。假設(shè)模擬乘法器的比例系數(shù)為K2則：由式可以推出△U與U2的關(guān)系為由式可以得到流量Q與開方電路的輸出電壓的關(guān)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(guān)系。
五、測(cè)量及顯示電路
測(cè)量及顯示電路采用的是ICL7106將上述開方電路輸出電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換結(jié)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(zhuǎn)換精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且外圍電路簡(jiǎn)單，能直接驅(qū)動(dòng)3位半的LCD顯示器。
應(yīng)變靶式流量計(jì)不僅具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，測(cè)量范圍廣等特點(diǎn)，采用了應(yīng)變電橋和開方電路。應(yīng)變電橋的差動(dòng)結(jié)構(gòu)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(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量誤差減小。