摘 要:本文針對在檢定渦輪流量傳感器時輸出的電脈沖信號送至脈沖計數(shù)器的過程中很容易被周圍的電磁場干擾而影響了檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性的情況, 設(shè)計隔離電路對干擾信號進行隔離, 消除由于干擾而額外產(chǎn)生的誤差。

0、引言：
 渦輪流量計是一種速度式流量儀表, 它利用置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成比例的關(guān)系, 通過測量葉輪的轉(zhuǎn)速來反映通過管道的體積流量大小。 渦輪流量計由渦輪流量傳感器和流量顯示儀表 (流量積算儀)組成 , 可實現(xiàn)瞬時流量和累積流量的計量。

1、渦輪流量傳感器的工作原理：
 渦輪流量傳感器的原理示意圖如圖 1所示。在管道中心安放一個渦輪, 兩端由軸承支撐. 當(dāng)流體通過管道時, 沖擊渦輪葉片 , 對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩 , 使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。 在一定的流量范圍內(nèi) , 對一定的流體介質(zhì)粘度 , 渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比。 由此, 流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到 , 從而可以計算得到通過管道的流體流量。

圖 1  渦輪流量傳感器原理示意圖
  渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度是通過裝在機殼外的傳感線圈來檢測。 當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)磁鋼產(chǎn)生的磁力線時 , 就會引起傳感線圈中的磁通變化。傳感線圈將檢測到的磁通周期變化信號送入前置放大器 , 對信號進行放大、整形 , 產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號 , 送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值;同時亦將脈沖信號送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路 , 將脈沖信號轉(zhuǎn)換成模擬電流量, 進而指示瞬時流量值。 圖 2為渦輪流量計總體原理框圖。

圖 2  渦輪流量計總體原理框圖

2、渦輪流量傳感器的檢定及現(xiàn)實問題：
2. 1、渦輪流量傳感器的檢定方法：
 液體渦輪流量傳感器用水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進行檢定, 裝置的準(zhǔn)確度為 0. 1級。 圖 3為渦輪流量傳感器檢定示意圖。

圖 3  渦輪流量計檢定示意圖
 
1. 控制閥門;2. 渦輪流量傳感器; 3. 電磁流量計, 顯示瞬時流量;4. 流量調(diào)節(jié)閥門;
5. 換向器;6. 工作量器

  當(dāng)流體流過渦輪傳感器時 , 傳感器內(nèi)的葉輪轉(zhuǎn)動, 脈沖轉(zhuǎn)換器將葉輪的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為電脈沖 , 送入檢定裝置的脈沖計數(shù)器中。裝置的脈沖計數(shù)器與換向器同步, 它只記錄換向器將流體換入工作量器時的脈沖數(shù)。 在檢定過程完成后, 讀取脈沖計數(shù)器的脈沖數(shù)及工作量器的實際體積值求得每個檢定點每次檢定的儀表系數(shù)。 依據(jù)規(guī)程 JJG198 – 94《速度式流量計檢定規(guī)程》,每個檢定點檢定三次 , 依次得出各次檢定所得的儀表系數(shù)計算出該流量點的平均儀表系數(shù), 從而得出該流量傳感器在一定流量范圍內(nèi)的平均儀表系數(shù)。

2. 2、檢定過程中存在的問題：
 正常工作時 , 渦輪流量傳感器的葉輪高速轉(zhuǎn)動 , 脈沖轉(zhuǎn)換器為了有效地捕捉到每一個葉片的轉(zhuǎn)動 , 其內(nèi)部的傳感線圈和前置放大器的靈敏度做得很高 , 很容易受到周圍電磁場的干擾而產(chǎn)生額外的干擾脈沖 , 干擾脈沖與正常脈沖疊加在一起傳送至脈沖計數(shù)器, 從而影響其計量準(zhǔn)確性。
  故在安裝渦輪流量傳感器時, 要求做好接地, 但是在實際檢定時 , 僅僅做接地處理往往還達不到消除干擾的目的 , 主要原因是檢定裝置附近, 往往有大功率的用電設(shè)備 , 如水泵電機、風(fēng)扇、電子鎮(zhèn)流器的日光燈等等 , 都會釋放出干擾電磁波, 特別是現(xiàn)在普遍采用變頻器驅(qū)動流體泵對流體源進行調(diào)壓穩(wěn)壓, 變頻器產(chǎn)生的高次諧波對電源的污染相當(dāng)嚴(yán)重 , 像渦輪流量計這類高靈敏度的設(shè)備必然受到干擾。
 渦輪流量傳感器在檢定過程中如果受到干擾 , 檢定結(jié)果一般有以下特點 :一是得到的儀表系數(shù)比正常值要大許多 , 這是因為疊加了干擾脈沖, 在一次檢定中脈沖計數(shù)器接收到的脈沖數(shù)比正常值多了 ; 另一個特點是重復(fù)性很差 , 往往 0. 5級的渦輪流量傳感器 , 檢定出其重復(fù)性達到 2%甚至更大, 這是因為干擾的隨機性 , 每一次的干擾程度都不一樣 ;還有就是在量程范圍內(nèi)線性度較差。 表 1為檢定一個型號為 LWGY – 80的渦輪流量傳感器 , 在受到干擾的情況下得到的數(shù)據(jù)。

2. 3、采取的措施：
 由表 1可以看出 , 由于干擾的存在使得檢定數(shù)據(jù)發(fā)生了偏移 , 造成了檢定錯誤。
 根據(jù)分析和實驗證明, 干擾信號的進入, 主要因為脈沖轉(zhuǎn)換器的電源由檢定裝置的直流穩(wěn)壓電源提供,電壓脈沖信號直接傳送至脈沖計數(shù)器, 電網(wǎng)中高次諧波的干擾會經(jīng)過直流穩(wěn)壓電源進入脈沖轉(zhuǎn)換器, 從而串入正常的脈沖當(dāng)中。另外, 脈沖轉(zhuǎn)換器與脈沖計數(shù)器之間的連接線, 也不可避免地感應(yīng)到干擾信號。
 一種消除此類干擾的措施是斷開脈沖轉(zhuǎn)換器與檢定裝置之間的直接電的連接, 采用電隔離的信號傳輸方式傳送脈沖信號, 能夠有效隔絕干擾脈沖的進入。
 另一種采用光耦合器件的隔離電路如圖 4所示:

圖 4  電隔離電路
電路中 , 采用光耦合器件來隔離脈沖計數(shù)器與脈沖轉(zhuǎn)換器, 使它們之間沒有電的連接 , 脈沖轉(zhuǎn)換器由獨立的隔離電源供電 , 保證其正常工作, 正常的脈沖信號能夠驅(qū)動光耦合器件, 使其能順利通過隔離電路 ;而串入的干擾信號帶負(fù)載能力很低, 而且主要是共模信號, 不能驅(qū)動光耦合器件而被隔離 , 從而有效地消除了干擾。
 對與前面例子相同的渦輪流量傳感器進行的另一次檢定 , 采取了上述的隔離措施, 檢定數(shù)據(jù)見表 2。
表 2
 

3、小結(jié)：