当电磁流量计的测量管中的电极暴露在空气中时,传感器会产生很大的干扰信号,致使流量计检测的数据不能真实的反映液体的流量。为此,在电磁流量计安装、使用过程中通常要求电磁流量计的管道必须充满被测液体。但在实际应用中,很难保证管道始终充满液体。在分析空管干扰机理的基础上,设计了一个检测空管的电路,以供参考。
一、空管干扰的机理
当电磁流量计传感器有流体流过时,传感器中的流体、电极a、b与转换器的输入回路构成一个闭合回路(见图1),其等效电路见图2:液体等效电阻R、转换器输入阻抗Z1,流钵产生的感应电势e1、e2。设B是传感器励磁的磁场强度,U是管道内流速分布场,则传感器输出的流量信号可用下式表示。
式中l是电极中的距离
空管时Re→∞,输入回路开路。由于转换器的输入阻抗Zi极高,悬空的电极a、b两端可感应出很强的干扰电压。经分析干扰信号主要来自工频电网(分析过程这里不作详述)。传感器有流体流过时,其输出的流量信号e的ZUI大峰值只有5mV左右,经过转换器第 一级仪表放大器后的输出电压u的ZUI大峰值大概为0.5V(放大100 倍)。空管时,干扰信号的峰值可高出正常峰值的几十倍,转换器的仪表放大器间歇产生饱和输出(见图3),致使流量计量无法正常运行。
二、空管干扰的检测
为了排除以上干扰,设计了一个检测电路(见图4)。整个检测电路由跟随器、比较器、定时器组成。跟随器的作用是将检测电路与仪表的其他电路隔离,防止检测电路对信号u产生影响。比较器电路的正向输入端接2.5V的电压,当传感器管路不是空管时,由于信号u,ZUI大值不超过0.5V,所以比较器的输出始终为高电平;当传感器管路为空管时,比较器输出一序列的方波信号。二极管D1为方波信号的负电压提供回路。由NE555构成的通用定时器电路的工作原理是:当输入触发信号电平低于电源电压的1/3时,内部比较器开始工作,触发电路触发,内部的放电晶体管断开,电容C被充电。充电电压超过电源电压的2/3时,内部比较器再次工作,放电晶体管把电容C中积蓄的电荷放掉,然后等待下次触发,输出脉冲宽度由T=1.1×C×R确定,脉冲宽度ZUI长可达数十秒。
当传感器不是空管时,由于比较器电路始终输出高电平,不能触发定时器工作,定时器输出为低电平。而传感器为空管时,比较器的输出脉冲不断地触发定时器,若T大于20ms时,定时器的输出信号始终为高电平。因此,单片机只要通过检测定时器的输出信号,便可知道是否为空管。
三、结语
以上所述的电磁流量计空管检测电路不但可以检测空管信号,同时也可检测其他的干扰信号,一旦单片机检测到干扰信号后,就将此刻的流量信号滤除。实践证明,本文介绍的检测电路运行简单、可靠。
