流量計(jì)中的反轉(zhuǎn)防計(jì)數(shù)裝置

文/徐志煜

流量計(jì)中的反轉(zhuǎn)防計(jì)數(shù)裝置

文/徐志煜

現(xiàn)有智能流量計(jì)往往只采用了一個(gè)信號(hào)傳感器，碼盤(pán)隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，每觸發(fā)一次傳感器計(jì)數(shù)條件則產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)并發(fā)送給表頭，但是傳感器基本無(wú)法區(qū)分碼盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向，如果存在液體倒流，磁盤(pán)反轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器仍然會(huì)統(tǒng)計(jì)流量，從而導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確。本文介紹了一種能夠彌補(bǔ)智能流量計(jì)缺陷的計(jì)數(shù)裝置，具體地說(shuō)，是一種智能流量計(jì)中的反轉(zhuǎn)判定及防計(jì)數(shù)裝置。

流量計(jì)、計(jì)數(shù)裝置、反轉(zhuǎn)防計(jì)數(shù)

引言

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化和工業(yè)智能化的程度越來(lái)越高，電子計(jì)量?jī)x表也得到廣泛應(yīng)用。特別是在石油、石化、電力、交通、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、國(guó)防科研和軍事工業(yè)領(lǐng)域中，常常需要對(duì)液體或氣體介質(zhì)的流量進(jìn)行計(jì)量，流量計(jì)則應(yīng)運(yùn)而生。

最早的流量計(jì)都是機(jī)械式的，至今已有幾十年的歷史了，大多機(jī)械式流量計(jì)對(duì)于介質(zhì)倒流這一情況的處理方式為：利用單向離合器來(lái)強(qiáng)制流量計(jì)上指針不能反轉(zhuǎn)。一旦有介質(zhì)倒流情況出現(xiàn)，特別是倒流的介質(zhì)很多很急的時(shí)候，從流量計(jì)的轉(zhuǎn)子到阻止指針?lè)崔D(zhuǎn)的單向離合器這一段的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)受到很大的扭矩，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)造成機(jī)械損傷，輕則出現(xiàn)流量計(jì)計(jì)量偏差，重則流量計(jì)出現(xiàn)故障不能工作。

隨著科技的發(fā)展，各種傳感器技術(shù)的完善，出現(xiàn)了各種智能流量計(jì)，大多數(shù)智能流量計(jì)是采用磁感應(yīng)方式，在一磁盤(pán)上設(shè)置多個(gè)磁鋼，液體的流動(dòng)帶動(dòng)磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)信號(hào)傳感器檢測(cè)磁感應(yīng)信號(hào)，從而計(jì)算液體流量。也有采用光電式的智能流量計(jì)，使用情況與磁感應(yīng)式的類(lèi)同。

現(xiàn)有智能流量計(jì)往往只采用了一個(gè)信號(hào)傳感器，碼盤(pán)隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，每觸發(fā)一次傳感器計(jì)數(shù)條件則產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)并發(fā)送給表頭，但是傳感器基本無(wú)法區(qū)分碼盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向，如果存在液體倒流，磁盤(pán)反轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器仍然會(huì)統(tǒng)計(jì)流量，從而導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確。

因此在這里設(shè)計(jì)了一個(gè)方案來(lái)彌補(bǔ)智能流量計(jì)的缺陷。該方案以電磁信號(hào)為例，光電式信號(hào)類(lèi)同。

一、工作原理

1.碼盤(pán)

2.磁鋼

3.信號(hào)采集裝置a

4.信號(hào)采集裝置b

圖1

如圖一，在流量計(jì)轉(zhuǎn)子上設(shè)計(jì)一個(gè)隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)的圓形磁碼盤(pán)，該磁碼盤(pán)上按照?qǐng)A周均勻分布有N個(gè)磁鋼且同一方向的磁鋼極性相同（或者2N個(gè)極性交替分布的磁鋼），正對(duì)磁碼盤(pán)設(shè)置有支撐板，該支撐板上安裝有信號(hào)采集裝置a和信號(hào)采集裝置b，信號(hào)采集裝置a和信號(hào)采集裝置b的探頭端面正對(duì)所述N個(gè)磁鋼組成的圓周，信號(hào)采集裝置a和信號(hào)采集裝置b之間的相位差為α，相鄰兩磁鋼之間的相位差為β，α不能整除β。

圖一所給出了該方案中一種實(shí)例，磁鋼的個(gè)數(shù)N=18，相鄰兩磁鋼之間的相位差為β=360°/N=20°。為了防止兩個(gè)信號(hào)傳感器之間的干擾，所述α、β和N滿足：N×|α-k×β|=80±0.5°，其中系數(shù)k為正整數(shù)。作為優(yōu)選，信號(hào)采集裝置a和信號(hào)采集裝置b之間的相位差α=44.4±0.3°，磁鋼的個(gè)數(shù)N=18，相鄰兩磁鋼之間的相位差β=20°，系數(shù)k=2。這樣如果流量計(jì)正轉(zhuǎn)則信號(hào)采集裝置a采集到的信號(hào)始終比信號(hào)采集裝置b采集到的信號(hào)早1/4周期；否則視流量計(jì)反轉(zhuǎn)，并采集到反轉(zhuǎn)了多少個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)代表多少體積量可以根據(jù)不同的流量計(jì)計(jì)算出理論值，通過(guò)智能芯片的程序進(jìn)行計(jì)算。

二、 特點(diǎn)

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在原有的智能計(jì)量表上一般會(huì)有一個(gè)信號(hào)采集裝置，我們現(xiàn)在只需要在原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)上，在合適的地方多加一個(gè)號(hào)采集裝置就能完成；

2.升級(jí)成本低，機(jī)械部分只增加一個(gè)信號(hào)采集裝置，判定工作主要是在核心板上的算法改進(jìn)所以升級(jí)成本極低；

3.使用范圍寬，根據(jù)不同的電路，不同的程序，不同的判定方式，均可以調(diào)整公式中的數(shù)值來(lái)設(shè)計(jì)信號(hào)采集裝置的位置。

三、 后續(xù)處理的思路

運(yùn)用該方案可以很簡(jiǎn)單地判斷出來(lái)計(jì)量?jī)x表是否出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，也采集到了反轉(zhuǎn)的體積量，但是對(duì)于反轉(zhuǎn)的處理方法也有以下幾種：

1.反轉(zhuǎn)時(shí)不計(jì)數(shù)，就是計(jì)量過(guò)程中偶爾出現(xiàn)少量的反轉(zhuǎn)信號(hào)，這時(shí)候?qū)⒎凑牧亢雎圆挥?jì)，這種處理方式比沒(méi)有改裝置時(shí)將反正當(dāng)成正轉(zhuǎn)計(jì)算計(jì)量精度有些提高，但是反轉(zhuǎn)的量在總量中比例較大時(shí)精度也不能保證。

2.扣除反轉(zhuǎn)量，就是計(jì)量過(guò)程中出現(xiàn)反正信號(hào)時(shí)將累計(jì)值做減法運(yùn)算，理論上應(yīng)該這么做，這樣做精度也是最高的，但是這樣處理也會(huì)給帶有遠(yuǎn)傳功能的流量計(jì)帶了問(wèn)題。例如當(dāng)流量計(jì)帶脈沖輸出（NPN和PNP等）時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)時(shí)總累計(jì)值做了減法運(yùn)算，但是脈沖輸出和接收脈沖輸出的裝置只能累加，即使反正時(shí)不做輸出，也會(huì)造成流量計(jì)的二次不同步。很可能會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)顯示為10000L二接收的信號(hào)是10010L。給使用帶來(lái)困擾。

3.反轉(zhuǎn)量由程序保存且在下次正轉(zhuǎn)時(shí)扣除，就是當(dāng)流量計(jì)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)時(shí)，反轉(zhuǎn)量由智能芯片暫時(shí)保存，累計(jì)值以及輸出不動(dòng)，當(dāng)下次正轉(zhuǎn)將反轉(zhuǎn)的量補(bǔ)充完畢后累計(jì)值及輸出再正常工作，這樣以來(lái)的顯示值與二次儀表能同步也能提高精度。

最主要還是根據(jù)不同場(chǎng)合對(duì)精度的要求可以合理選用不同的方案。

（作者單位：重慶耐德工業(yè)股份有限公司）

［1］張濤.電容角位移式智能金屬管浮子流量計(jì)的研究.儀器儀表學(xué)報(bào).200324（3）

［2］何君.容積式流量計(jì)性能及應(yīng)用.機(jī)械設(shè)計(jì)與研究.201228（3）