流量計中的反轉防計數裝置

文/徐志煜

流量計中的反轉防計數裝置

文/徐志煜

現有智能流量計往往只采用了一個信號傳感器，碼盤隨著轉子旋轉過程中，每觸發一次傳感器計數條件則產生一個信號并發送給表頭，但是傳感器基本無法區分碼盤的旋轉方向，如果存在液體倒流，磁盤反轉，計數器仍然會統計流量，從而導致計數不準確。本文介紹了一種能夠彌補智能流量計缺陷的計數裝置，具體地說，是一種智能流量計中的反轉判定及防計數裝置。

流量計、計數裝置、反轉防計數

引言

隨著工業技術的發展，工業自動化和工業智能化的程度越來越高，電子計量儀表也得到廣泛應用。特別是在石油、石化、電力、交通、食品、醫藥衛生、國防科研和軍事工業領域中，常常需要對液體或氣體介質的流量進行計量，流量計則應運而生。

最早的流量計都是機械式的，至今已有幾十年的歷史了，大多機械式流量計對于介質倒流這一情況的處理方式為：利用單向離合器來強制流量計上指針不能反轉。一旦有介質倒流情況出現，特別是倒流的介質很多很急的時候，從流量計的轉子到阻止指針反轉的單向離合器這一段的傳動機構會受到很大的扭矩，對傳動機構造成機械損傷，輕則出現流量計計量偏差，重則流量計出現故障不能工作。

隨著科技的發展，各種傳感器技術的完善，出現了各種智能流量計，大多數智能流量計是采用磁感應方式，在一磁盤上設置多個磁鋼，液體的流動帶動磁盤旋轉，通過信號傳感器檢測磁感應信號，從而計算液體流量。也有采用光電式的智能流量計，使用情況與磁感應式的類同。

現有智能流量計往往只采用了一個信號傳感器，碼盤隨著轉子旋轉過程中，每觸發一次傳感器計數條件則產生一個信號并發送給表頭，但是傳感器基本無法區分碼盤的旋轉方向，如果存在液體倒流，磁盤反轉，計數器仍然會統計流量，從而導致計數不準確。

因此在這里設計了一個方案來彌補智能流量計的缺陷。該方案以電磁信號為例，光電式信號類同。

一、工作原理

1.碼盤

2.磁鋼

3.信號采集裝置a

4.信號采集裝置b

圖1

如圖一，在流量計轉子上設計一個隨轉子轉動而旋轉的圓形磁碼盤，該磁碼盤上按照圓周均勻分布有N個磁鋼且同一方向的磁鋼極性相同（或者2N個極性交替分布的磁鋼），正對磁碼盤設置有支撐板，該支撐板上安裝有信號采集裝置a和信號采集裝置b，信號采集裝置a和信號采集裝置b的探頭端面正對所述N個磁鋼組成的圓周，信號采集裝置a和信號采集裝置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例，磁鋼的個數N=18，相鄰兩磁鋼之間的相位差為β=360°/N=20°。為了防止兩個信號傳感器之間的干擾，所述α、β和N滿足：N×|α-k×β|=80±0.5°，其中系數k為正整數。作為優選，信號采集裝置a和信號采集裝置b之間的相位差α=44.4±0.3°，磁鋼的個數N=18，相鄰兩磁鋼之間的相位差β=20°，系數k=2。這樣如果流量計正轉則信號采集裝置a采集到的信號始終比信號采集裝置b采集到的信號早1/4周期；否則視流量計反轉，并采集到反轉了多少個信號，每個信號代表多少體積量可以根據不同的流量計計算出理論值，通過智能芯片的程序進行計算。

二、 特點

1.結構簡單，在原有的智能計量表上一般會有一個信號采集裝置，我們現在只需要在原有的機械結構上，在合適的地方多加一個號采集裝置就能完成；

2.升級成本低，機械部分只增加一個信號采集裝置，判定工作主要是在核心板上的算法改進所以升級成本極低；

3.使用范圍寬，根據不同的電路，不同的程序，不同的判定方式，均可以調整公式中的數值來設計信號采集裝置的位置。

三、 后續處理的思路

運用該方案可以很簡單地判斷出來計量儀表是否出現反轉，也采集到了反轉的體積量，但是對于反轉的處理方法也有以下幾種：

1.反轉時不計數，就是計量過程中偶爾出現少量的反轉信號，這時候將反正的量忽略不計，這種處理方式比沒有改裝置時將反正當成正轉計算計量精度有些提高，但是反轉的量在總量中比例較大時精度也不能保證。

2.扣除反轉量，就是計量過程中出現反正信號時將累計值做減法運算，理論上應該這么做，這樣做精度也是最高的，但是這樣處理也會給帶有遠傳功能的流量計帶了問題。例如當流量計帶脈沖輸出（NPN和PNP等）時，當出現反轉時總累計值做了減法運算，但是脈沖輸出和接收脈沖輸出的裝置只能累加，即使反正時不做輸出，也會造成流量計的二次不同步。很可能會出現現場流量計顯示為10000L二接收的信號是10010L。給使用帶來困擾。

3.反轉量由程序保存且在下次正轉時扣除，就是當流量計出現反轉時，反轉量由智能芯片暫時保存，累計值以及輸出不動，當下次正轉將反轉的量補充完畢后累計值及輸出再正常工作，這樣以來的顯示值與二次儀表能同步也能提高精度。

最主要還是根據不同場合對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的研究.儀器儀表學報.200324（3）

［2］何君.容積式流量計性能及應用.機械設計與研究.201228（3）