霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)故障分析

李江

（四川大西洋焊接材料股份有限公司，四川自貢643000）

霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)故障分析

李江

（四川大西洋焊接材料股份有限公司，四川自貢643000）

運(yùn)用示波器和萬用表等儀器儀表對霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)進(jìn)行故障分析，找出了故障元件，并根據(jù)現(xiàn)場使用情況，分析了故障產(chǎn)生的原因，提出了改進(jìn)措施和方法，解決了企業(yè)生產(chǎn)中的難題，對類似產(chǎn)品的故障分析和排除具有一定指導(dǎo)意義。

霍爾效應(yīng)；旋轉(zhuǎn)活塞式；流量計(jì)；故障

某白酒灌裝生產(chǎn)線上的霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)經(jīng)常損壞，嚴(yán)重影響白酒灌裝廠家的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并對該公司的聲譽(yù)造成了不良影響，該公司在對灌裝設(shè)備的電路和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了多次改進(jìn)，但是都沒有取得理想的效果。通過對故障流量計(jì)的分析和測試，找出了霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)的故障原因，并提出了改進(jìn)措施，取得良好的效果。

1 霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)

旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)（如圖1所示）是容積式流量計(jì)的一種，它的轉(zhuǎn)子是一個(gè)定容積的容器，每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，排出固定體積的流體，因此可以據(jù)此計(jì)算出旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)單位時(shí)間內(nèi)的流量或者一定時(shí)間內(nèi)的流量[1]。旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)的計(jì)量精度較高，常應(yīng)用于昂貴介質(zhì)或需要精確計(jì)量的場合，廣泛應(yīng)用在石油、化工、涂料、醫(yī)藥、食品等工業(yè)部門。

圖1 霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)

旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)除了機(jī)械部分外，為了與控制器（PLC、單片機(jī)等）相連接，還必須有計(jì)數(shù)單元和信號處理單元，霍爾傳感器體積小、成本低，靈敏度較高[2]，容積式流量計(jì)的計(jì)數(shù)單元一般是采用霍爾傳感器。這種流量計(jì)一般是在流量計(jì)的轉(zhuǎn)子上放置永磁體，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾元件對變化的磁場產(chǎn)生反應(yīng)，產(chǎn)生脈沖信號，脈沖信號經(jīng)過濾波、放大、整形后輸出給控制器。

2 霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)信號處理電路

霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)信號處理電路如圖2所示，為提高流量計(jì)的穩(wěn)定性和可靠性，該流量計(jì)的電路板上環(huán)形排列有六個(gè)單極性霍爾傳感器58005，流量計(jì)的轉(zhuǎn)子通過偏心撥桿撥動(dòng)環(huán)形磁鐵，環(huán)形磁鐵的磁極沿圓周方向交替排列，磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾開關(guān)輸出脈沖信號，六個(gè)霍爾傳感器輸出的六路信號輸送到或門4078，然后通過或門4078輸出脈沖序列。開關(guān)電源的輸出電壓為24 V，三端穩(wěn)壓器78L12輸出電壓為12 V，齊納穩(wěn)壓管1N4737的電壓降是8 V左右，使三端穩(wěn)壓器78L12的輸入電壓為16 V，保證穩(wěn)壓器能正常工作[3]。

圖2 信號處理電路

3 霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)故障檢測及排除

該灌裝生產(chǎn)線上裝有多個(gè)霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)，在使用過程中，經(jīng)常會(huì)有流量計(jì)損壞，沒有信號輸出給控制設(shè)備PLC，而且這種損壞不是出現(xiàn)在固定的某個(gè)位置上，而是隨機(jī)的。

采用示波器對故障流量計(jì)進(jìn)行檢測，信號輸出端沒有信號輸出，而正常的流量計(jì)的信號輸出端輸出占空比約為50%的脈沖信號，幅值約為3 V，坡頂較平。

用萬用表測量三端穩(wěn)壓器78L12的輸出電壓為0 V，78L12上的電壓降為22.9 V，齊納穩(wěn)壓管端電壓為0.6 V.根據(jù)檢測結(jié)果，初步推斷穩(wěn)壓器78L12、齊納穩(wěn)壓管1N4737已經(jīng)損壞，不排除功放BCP54和霍爾傳感器損壞。

用示波器檢測6個(gè)霍爾傳感器的輸出端，都有脈沖輸出，霍爾傳感器沒有損壞。

根據(jù)初步的檢測結(jié)果，更換穩(wěn)壓器78L12和齊納穩(wěn)壓管1N4737.

先更換穩(wěn)壓器78L12，檢測其輸出電壓為12.1 V，穩(wěn)壓器工作正常，證明原來的穩(wěn)壓器已損壞；但是經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓器78L12上的壓降接近11 V，過高的壓降使78L12發(fā)熱嚴(yán)重；齊納穩(wěn)壓管端電壓為0.6 V，齊納穩(wěn)壓管應(yīng)該已經(jīng)擊穿。更換齊納穩(wěn)壓管1N4737，再檢測穩(wěn)壓器78L12的輸出電壓，為12.1 V，壓降接近3 V，發(fā)熱很小，穩(wěn)壓管工作正常；齊納穩(wěn)壓管端電壓接近8 V，齊納穩(wěn)壓管工作正常。

此時(shí)，檢測流量計(jì)的信號輸出端有信號輸出，與正常流量計(jì)的信號波形接近，只是坡頂不平直，坡頂近似正弦波，關(guān)閉流量計(jì)電源，示波器顯示有正弦波，說明流量計(jì)存在干擾。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)流量計(jì)的地線沒有與流量計(jì)的殼體連接，從而對輸出波形造成干擾，將流量計(jì)殼體與地線相連，干擾消失，波形與正常流量計(jì)的波形相同。

至此，通過檢測和替換元件，證明穩(wěn)壓器78L12和齊納穩(wěn)壓管1N4737損壞。檢測多個(gè)故障流量計(jì)，發(fā)現(xiàn)都是穩(wěn)壓器78L12和齊納穩(wěn)壓管1N4737損壞，其中小部分地線沒有接機(jī)殼。

4 故障原因分析

通過對生產(chǎn)現(xiàn)場的考察，發(fā)現(xiàn)該白酒灌裝生產(chǎn)線上的霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)與電磁閥使用的是同一個(gè)24 V開關(guān)電源，而電磁閥是感性元件，對電源和連接在同一電源上的其他元件存在較大電流沖擊[4]，而且霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)的電路設(shè)計(jì)并沒有考慮這一點(diǎn)，沒有保護(hù)電路，從而導(dǎo)致穩(wěn)壓器和穩(wěn)壓管由于過大電流沖擊損壞，部分流量計(jì)的地線沒有正確接地，從而使流量計(jì)更容易損壞而且也會(huì)對輸出波形造成干擾，影響控制精度。

為避免電磁閥對流量計(jì)造成電流沖擊，霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)和電磁閥分別使用獨(dú)立的24 V電源；同時(shí)對流量計(jì)的接地情況進(jìn)行檢查，以確保可靠接地。通過采取以上措施，基本避免了灌裝設(shè)備上的霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)損壞。

[1]王燕，方景林.過程檢測與控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[2]王福瑞.單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000.

[3]王福瑞.模擬信號處理[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4]徐峰.數(shù)控設(shè)備維修工操作技法與實(shí)例[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

Fault analysis of Hall-effect Rotary Piston Flow Meter

LI Jiang
（Sichuan the Atlantic welding material Limited by Share Co.，Ltd.，Zigong Sichuan 643010，China）

Use the oscilloscope and multimeter etc.to analyse the fault of the hall-effect rotary piston flow meter，find out he fault components，and according to the use of the site，analyses the causes of the failure，put forward the improvement measures and methods to solve the problems in enterprise production.It is of certain guiding significance for the fault analysis and solution of similar products.

hall-effect；rotary piston；flow meter；fault

TS261.3

A

1672-545X（2017）06-0245-02

2017-03-07

李江（1964-），男，四川自貢人，學(xué)士，工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及制造。