當電磁流量計的測量管中的電極暴露在空氣中時,傳感器會產生很大的干擾信號,致使流量計檢測的數據不能真實的反映液體的流量。為此,在電磁流量計安裝、使用過程中通常要求電磁流量計的管道必須充滿被測液體。但在實際應用中,很難保證管道始終充滿液體。在分析空管干擾機理的基礎上,設計了一個檢測空管的電路,以供參考。

一、空管干擾的機理

當電磁流量計傳感器有流體流過時,傳感器中的流體、電極a、b與轉換器的輸入回路構成一個閉合回路(見圖1),其等效電路見圖2:液體等效電阻R、轉換器輸入阻抗Z1,流缽產生的感應電勢e1、e2。設B是傳感器勵磁的磁場強度,U是管道內流速分布場,則傳感器輸出的流量信號可用下式表示。

式中l是電極中的距離

空管時Re→∞,輸入回路開路。由于轉換器的輸入阻抗Zi極高,懸空的電極a、b兩端可感應出很強的干擾電壓。經分析干擾信號主要來自工頻電網(分析過程這里不作詳述)。傳感器有流體流過時,其輸出的流量信號e的ZUI大峰值只有5mV左右,經過轉換器第 一級儀表放大器后的輸出電壓u的ZUI大峰值大概為0.5V(放大100 倍)。空管時,干擾信號的峰值可高出正常峰值的幾十倍,轉換器的儀表放大器間歇產生飽和輸出(見圖3),致使流量計量無法正常運行。

二、空管干擾的檢測

為了排除以上干擾,設計了一個檢測電路(見圖4)。整個檢測電路由跟隨器、比較器、定時器組成。跟隨器的作用是將檢測電路與儀表的其他電路隔離,防止檢測電路對信號u產生影響。比較器電路的正向輸入端接2.5V的電壓,當傳感器管路不是空管時,由于信號u,ZUI大值不超過0.5V,所以比較器的輸出始終為高電平;當傳感器管路為空管時,比較器輸出一序列的方波信號。二極管D1為方波信號的負電壓提供回路。由NE555構成的通用定時器電路的工作原理是:當輸入觸發信號電平低于電源電壓的1/3時,內部比較器開始工作,觸發電路觸發,內部的放電晶體管斷開,電容C被充電。充電電壓超過電源電壓的2/3時,內部比較器再次工作,放電晶體管把電容C中積蓄的電荷放掉,然后等待下次觸發,輸出脈沖寬度由T=1.1×C×R確定,脈沖寬度ZUI長可達數十秒。

當傳感器不是空管時,由于比較器電路始終輸出高電平,不能觸發定時器工作,定時器輸出為低電平。而傳感器為空管時,比較器的輸出脈沖不斷地觸發定時器,若T大于20ms時,定時器的輸出信號始終為高電平。因此,單片機只要通過檢測定時器的輸出信號,便可知道是否為空管。

三、結語

以上所述的電磁流量計空管檢測電路不但可以檢測空管信號,同時也可檢測其他的干擾信號,一旦單片機檢測到干擾信號后,就將此刻的流量信號濾除。實踐證明,本文介紹的檢測電路運行簡單、可靠。