摘要：本文針對(duì)在檢定渦輪流量傳感器時(shí)輸出的電脈沖信號(hào)送至脈沖計(jì)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(jì)隔離電路對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行隔離，消除由于干擾而額外產(chǎn)生的誤差。

渦輪流量計(jì)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(jì)由渦輪流量傳感器和流量顯示儀表(流量積算儀)組成，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)流量和累積流量的計(jì)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(gè)渦輪，兩端由軸承支撐，當(dāng)流體通過管道時(shí)，沖擊渦輪葉片，對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)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(duì)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(jì)算得到通過管道的流體流量。

渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度是通過裝在機(jī)殼外的傳感線圈來檢測。當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線時(shí)，就會(huì)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(hào)送入前置放大器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào)，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(shí)亦將脈沖信號(hào)送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進(jìn)而指示瞬時(shí)流量值。圖2為渦輪流量計(jì)總體原理框圖。

2、渦輪流量傳感器的檢定及現(xiàn)實(shí)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(jìn)行檢定，裝置的準(zhǔn)確度為0.1級(jí)。圖3為渦輪流量傳感器檢定示意圖。

當(dāng)流體流過渦輪傳感器時(shí)，傳感器內(nèi)的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖轉(zhuǎn)換器將葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電脈沖，送入檢定裝置的脈沖計(jì)數(shù)器中。裝置的脈沖計(jì)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(shí)的脈沖數(shù)。在檢定過程完成后，讀取脈沖計(jì)數(shù)器的脈沖數(shù)及工作量器的實(shí)際體積值求得每個(gè)檢定點(diǎn)每次檢定的儀表系數(shù)。依據(jù)規(guī)程JJG198-94《速度式流量計(jì)檢定規(guī)程》，每個(gè)檢定點(diǎn)檢定三次，依次得出各次檢定所得的儀表系數(shù)計(jì)算出該流量點(diǎn)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(shí)，渦輪流量傳感器的葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖轉(zhuǎn)換器為了有效地捕捉到每一個(gè)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jì)數(shù)器，從而影響其計(jì)量準(zhǔn)確性。故在安裝渦輪流量傳感器時(shí)，要求做好接地，但是在實(shí)際檢定時(shí)，僅僅做接地處理往往還達(dá)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(jī)、風(fēng)扇、電子鎮(zhèn)流器的日光燈等等，都會(huì)釋放出干擾電磁波，特別是現(xiàn)在普遍采用變頻器驅(qū)動(dòng)流體泵對(duì)流體源進(jìn)行調(diào)壓穩(wěn)壓，變頻器產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電源的污染相當(dāng)嚴(yán)重，像渦輪流量計(jì)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(diǎn)：一是得到的儀表系數(shù)比正常值要大許多，這是因?yàn)榀B加了干擾脈沖，在一次檢定中脈沖計(jì)數(shù)器接收到的脈沖數(shù)比正常值多了；另一個(gè)特點(diǎn)是重復(fù)性很差，往往0.5級(jí)的渦輪流量傳感器，檢定出其重復(fù)性達(dá)到2%甚至更大，這是因?yàn)楦蓴_的隨機(jī)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(gè)型號(hào)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(cuò)誤。

根據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)證明，干擾信號(hào)的進(jìn)入，主要因?yàn)槊}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(hào)直接傳送至脈沖計(jì)數(shù)器，電網(wǎng)中高次諧波的干擾會(huì)經(jīng)過直流穩(wěn)壓電源進(jìn)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(jì)數(shù)器之間的連接線，也不可避免地感應(yīng)到干擾信號(hào)。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(hào)傳輸方式傳送脈沖信號(hào)，能夠有效隔絕干擾脈沖的進(jìn)入。另一種采用光耦合器件的隔離電路如圖4所示:

電路中，采用光耦合器件來隔離脈沖計(jì)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(dú)立的隔離電源供電，保證其正常工作，正常的脈沖信號(hào)能夠驅(qū)動(dòng)光耦合器件，使其能順利通過隔離電路；而串入的干擾信號(hào)帶負(fù)載能力很低，而且主要是共模信號(hào)，不能驅(qū)動(dòng)光耦合器件而被隔離，從而有效地消除了干擾。

對(duì)與前面例子相同的渦輪流量傳感器進(jìn)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。

對(duì)比表1和表2可以看出，加入隔離電路后，每個(gè)流量點(diǎn)的重復(fù)性都有了很大的改善，在檢定的流量范圍內(nèi)線性度更有了*大的提高，而這些特性都是被檢渦輪流量傳感器本身固有的屬性，可見，干擾信號(hào)嚴(yán)重干擾了檢定結(jié)果，這種情況下必須采取隔離等措施避免由于其它設(shè)備的干擾而引入的檢定誤差。

3、小結(jié)

在檢定渦輪流量傳感器時(shí)，其輸出的電脈沖信號(hào)送至脈沖計(jì)數(shù)器的過程中很容易被周圍的電磁場干擾，影響了檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須采取消除干擾的措施。運(yùn)用隔離電路能有效地隔離干擾信號(hào)，阻止干擾脈沖進(jìn)入到檢定裝置的脈沖計(jì)數(shù)器，消除額外產(chǎn)生的誤差，使檢定結(jié)果反映出被檢器的真實(shí)情況，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。