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器的過程中很容易被周圍的電磁場干擾而影響了檢定結果的準確性的情況, 設計隔離電路對干擾信號進行隔離, 消除由于干擾而額外產生的誤差。

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角速度與流體流速成比例的關系, 通過測量葉輪的轉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. 當流體通過管道時, 沖擊渦輪葉片 , 對渦輪產生驅動力矩 , 使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產生旋轉。 在一定的流量范圍內 , 對一定的流體介質粘度 , 渦輪的旋轉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
  渦輪的旋轉角速度是通過裝在機殼外的傳感線圈來檢測。 當渦輪葉片切割由殼體內磁鋼產生的磁力線時 , 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換電路 , 將脈沖信號轉換成模擬電流量, 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準裝置進行檢定, 裝置的準確度為 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. 流量調節閥門;
5. 換向器;6. 工作量器

  當流體流過渦輪傳感器時 , 傳感器內的葉輪轉動, 脈沖轉換器將葉輪的轉動轉換為電脈沖 , 送入檢定裝置的脈沖計數器中。裝置的脈沖計數器與換向器同步, 它只記錄換向器將流體換入工作量器時的脈沖數。 在檢定過程完成后, 讀取脈沖計數器的脈沖數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。 依據規程 JJG198 – 94《速度式流量計檢定規程》,每個檢定點檢定三次 , 依次得出各次檢定所得的儀表系數計算出該流量點的平均儀表系數, 從而得出該流量傳感器在一定流量范圍內的平均儀表系數。

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動 , 脈沖轉換器為了有效地捕捉到每一個葉片的轉動 , 其內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器, 從而影響其計量準確性。
  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備 , 如水泵電機、風扇、電子鎮流器的日光燈等等 , 都會釋放出干擾電磁波, 特別是現在普遍采用變頻器驅動流體泵對流體源進行調壓穩壓, 變頻器產生的高次諧波對電源的污染相當嚴重 , 像渦輪流量計這類高靈敏度的設備必然受到干擾。
 渦輪流量傳感器在檢定過程中如果受到干擾 , 檢定結果一般有以下特點 :一是得到的儀表系數比正常值要大許多 , 這是因為疊加了干擾脈沖, 在一次檢定中脈沖計數器接收到的脈沖數比正常值多了 ; 另一個特點是重復性很差 , 往往 0. 5級的渦輪流量傳感器 , 檢定出其重復性達到 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據。

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據發生了偏移 , 造成了檢定錯誤。
 根據分析和實驗證明, 干擾信號的進入, 主要因為脈沖轉換器的電源由檢定裝置的直流穩壓電源提供,電壓脈沖信號直接傳送至脈沖計數器, 電網中高次諧波的干擾會經過直流穩壓電源進入脈沖轉換器, 從而串入正常的脈沖當中。另外, 脈沖轉換器與脈沖計數器之間的連接線, 也不可避免地感應到干擾信號。
 一種消除此類干擾的措施是斷開脈沖轉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器與脈沖轉換器, 使它們之間沒有電的連接 , 脈沖轉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載能力很低, 而且主要是共模信號, 不能驅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, 檢定數據見表 2。
表 2
 

3、小結：