近年來(lái)，在很多引進(jìn)的生產(chǎn)線的精度要求高的流體測(cè)量中采用了不少渦輪流量計(jì)。這些流量計(jì)直接與DCS控制系統(tǒng)或其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的I/0卡相連接，提供計(jì)算機(jī)所需要的脈沖信號(hào)。該儀表價(jià)格較高，造成備品備件的困難。

為了降低成本，解決生產(chǎn)上的需要，在仔細(xì)地研究了進(jìn)口渦輪流量計(jì)和國(guó)產(chǎn)渦街流量計(jì)的技術(shù)性能之后，認(rèn)為在它的生產(chǎn)條件下，可以使用國(guó)產(chǎn)渦街流量計(jì)替代進(jìn)口渦輪流量計(jì)。下面分別介紹國(guó)產(chǎn)渦街流量計(jì)與進(jìn)口渦輪流量計(jì)之間的性能差異和生產(chǎn)上替代的可行性，實(shí)際使用中所存在的問(wèn)題及解決方法。

1、兩種流量計(jì)技術(shù)性能的分析和比較

電池供電渦輪流量計(jì)與國(guó)外渦輪流量計(jì)的主要技術(shù)性能如表l所示。表1中為采用公稱(chēng)直徑為100的傳感器測(cè)量范圍。

1.1 量程比流量范圍的比較

渦輪流量計(jì)的量程比較大，為l：20。因此渦輪流量計(jì)的線性范圍寬，*小流量可達(dá)到9m³/h；而渦街流量計(jì)量程比小，*小流量為20m³/h。
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，多數(shù)場(chǎng)合要求控制的*低流量大于30m³/h，大于渦街流量計(jì)的流量測(cè)量的下限值。因此，從生產(chǎn)需要的條件上來(lái)看，用渦街流量計(jì)代替渦輪流量計(jì)是可行的。而在運(yùn)行可靠性與費(fèi)用上，則渦街流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)較為突出。

1.2 測(cè)量精度

渦輪流量計(jì)的精度為0.2%；而渦街流量計(jì)的精度經(jīng)過(guò)修正后可達(dá)到0.5%，顯然渦街流量計(jì)的精度較低。然而一般生產(chǎn)要求累積流量達(dá)到25～35m³/h時(shí)，其誤差不能超過(guò)0.5m³，相對(duì)誤差為1.4%。如果我們采用計(jì)算機(jī)對(duì)渦街流量計(jì)的測(cè)量進(jìn)行修正，其測(cè)量精度完全可滿足生產(chǎn)要求。

2、存在的問(wèn)題

由于流量計(jì)是直接地與計(jì)算機(jī)的輸入卡連接，因此原配接的渦輪流量計(jì)有4個(gè)條件：

（1）必須是三線制式的脈沖信號(hào)；

（2）輸出電平應(yīng)達(dá)到10V峰值；

（3）輸出＞10mA的電流；

（4）工作電壓為24V DC。

對(duì)于三線制式脈沖信號(hào)，兩種流量計(jì)是相同的，但輸出信號(hào)的電平不同。渦街流量計(jì)只有7V峰值，與渦輪流量計(jì)不同；同時(shí)，渦街流量計(jì)要求負(fù)載阻抗必須大于10kΩ，而配渦輪量流計(jì)的計(jì)算機(jī)輸入卡的輸入電阻只有1kΩ；同時(shí)該卡提供的是24V DC電源，而渦街流量計(jì)的工作電壓為12V DC。也就是說(shuō)，在實(shí)際應(yīng)用中除三線制式脈沖信號(hào)相同外，改用渦街流量計(jì)還存在其它三個(gè)條件與渦輪流量計(jì)不同的問(wèn)題。也就是說(shuō)，渦街流量計(jì)可滿足生產(chǎn)要求，但實(shí)際上因?yàn)樗荒軡M足計(jì)算機(jī)輸入卡的阻抗匹配要求，而不能直接替代渦輪流量計(jì)。因此，必須解渦街流量計(jì)的電源電壓、輸出電平幅度和負(fù)載能力的匹配問(wèn)題之后，才可以替代渦輪流量計(jì)。

3、解決方法

為了滿足計(jì)算機(jī)接口的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)并制作了一個(gè)電子單元，作為渦街流量計(jì)與計(jì)算機(jī)輸入卡之間的接單元，其原理框圖如圖1所示。

虛線框內(nèi)為接口電路單元，此單元主要由穩(wěn)壓、電平變換、功率放大三部分組成，主要完成三個(gè)功能：

a、將計(jì)算機(jī)輸入卡提供的24V DC電源轉(zhuǎn)換成渦街流量計(jì)所需要的12V DC電源。此功能由穩(wěn)壓電路完成，并具有短路限流保護(hù)。

b、將渦街流量計(jì)輸出的電平幅度從7V提高到10V峰值。電平變換部分完成此功能，并具有大于20kΩ的輸入阻抗。

c、提供大于10mA DC的輸出電流。此功能由功率放大部分完成，并同時(shí)具有 限流作用，使得輸出電流*大不超過(guò)計(jì)算機(jī)輸入卡所能承受的電流，以保護(hù)計(jì)算機(jī)的脈沖輸入卡。

4、電路設(shè)計(jì)與調(diào)試接口單元的實(shí)際電路見(jiàn)圖2。

穩(wěn)壓電路采用穩(wěn)壓二*管進(jìn)行穩(wěn)壓。設(shè)計(jì)中考慮渦街流量計(jì)的*大工作電流為15mA，穩(wěn)壓二*管*小穩(wěn)壓電流為2.5mA，則限流電阻R9為
R9=（Vcc-Vc）/（Io+ID）=（24-12）/（15-2.5）=686Ω

選電阻R9為680Ω，則當(dāng)無(wú)負(fù)載時(shí)，穩(wěn)壓二*管D1和D2所通過(guò)的*大電流Imax為Imax=（Vee-Vo）/R9=12/680=18mA  （2）

此電流值遠(yuǎn)小于穩(wěn)壓二*管2DW7C的*大電流，2DW7C可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，Ve=0。此時(shí)，限流電阻中所通過(guò)的*大電流I為

IRmax=Vee/R9=24/680=36（mA）   （3）

在36mA電流下，完全可有效地保護(hù)計(jì)算機(jī)卡的供電系統(tǒng)。

電平變換電路采用施密特觸發(fā)器電路，因它有較好的觸發(fā)性能和較高的輸入阻抗。功率放大部分采用射級(jí)輸出器形式。

設(shè)計(jì)算機(jī)脈沖輸入卡的輸入電阻為1kΩ，在10V峰值下所通過(guò)三級(jí)管T3的意電流Ie近似為

Ie=V0/（Re/R1）=Vo/（Re/2）=10/（1/2）=20（mA）   （4）

選三*管T3的直流放大倍數(shù)為20，則,電阻R3應(yīng)為。

R3=（Vee-Vee-Ve）/Ib=（24-0.5-10）/（20/20）=14kΩ   （5）

取R3的值為12kΩ。電阻R8為限流保護(hù)電阻，選為680Ω。即使三*管T3發(fā)生擊穿短路情況，由于此電阻的限流作用，使得計(jì)算機(jī)輸入卡上的*高電壓不會(huì)超過(guò)10V。它可有效地保護(hù)輸入卡。

穩(wěn)壓二*管D3的型號(hào)為2CW18，其標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓,值為11V，它起輸出限幅作用。

為了提高渦街流量計(jì)觸發(fā)靈敏度，選擇單元電路觸發(fā)器的觸發(fā)電壓為1.0V，則電阻R6上的電壓在0.5V。電阻R6可選為

R6=0.5/Ie=0.5/（24/12）=250（Ω）   （6）

這里考慮當(dāng)三*管Tl截止時(shí)，2T是處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，因此通過(guò)電阻R6上的電流近似等于電源電壓除以電阻R6。

取電阻R2與R3相同。設(shè)兩三*管T1和T2的直流放大倍數(shù)均為100倍，當(dāng)三*管飽和導(dǎo)通時(shí)其基*電流Ib為

Ib=Ie/100=2/100=0.02   （7）

如果要保證三*管T1在1.5V觸發(fā)電壓下可靠地飽和導(dǎo)通，則輸入電阻R1為

R1=（V1-Vba-Ve）/Ib=（1.5-0.5-0.5）/0.02=25kΩ   （8）

考慮三*管參數(shù)的離散性，取R1為20k。

調(diào)試時(shí)，先將接口單元的輸出端接1k電阻，然后將輸入端接1.5V電壓，逐步減小電阻R5的值，直至輸出端電壓上升到10V；若不能達(dá)到此值，則可能是三*管T3的直流放大倍數(shù)過(guò)低。逐步降低輸入端的電壓直至1.2V，此時(shí)輸出端應(yīng)為零。若不能可靠地回零，則可能是電阻R5的值過(guò)小。

有條件的情況下*好使用雙蹤示波器同時(shí)觀測(cè)輸人端和輸出端電壓的波形，其波形為矩形*好。

5、運(yùn)行結(jié)果

將渦街流量計(jì)和接口電路安裝并投入試運(yùn)行連續(xù)30次加料記錄與同一管路的另一臺(tái)進(jìn)口渦輪流量計(jì)相比較，渦街流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確、復(fù)性好、工作穩(wěn)定、可靠，渦輪流量計(jì)*大累積相對(duì)誤差0.049m³，平均相對(duì)誤差為0.004m³。

此渦街流量計(jì)的成功運(yùn)行，為保證生產(chǎn)的安全、正常運(yùn)行起到了重要的作用。同時(shí)也降低了成本和節(jié)約了外匯及采購(gòu)周期。