文/徐志煜

流量計中的反轉(zhuǎn)防計數(shù)裝置

文/徐志煜

現(xiàn)有智能流量計往往只采用了一個信號傳感器，碼盤隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，每觸發(fā)一次傳感器計數(shù)條件則產(chǎn)生一個信號并發(fā)送給表頭，但是傳感器基本無法區(qū)分碼盤的旋轉(zhuǎn)方向，如果存在液體倒流，磁盤反轉(zhuǎn)，計數(shù)器仍然會統(tǒng)計流量，從而導(dǎo)致計數(shù)不準(zhǔn)確。本文介紹了一種能夠彌補智能流量計缺陷的計數(shù)裝置，具體地說，是一種智能流量計中的反轉(zhuǎn)判定及防計數(shù)裝置。

流量計、計數(shù)裝置、反轉(zhuǎn)防計數(shù)

引言

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動化和工業(yè)智能化的程度越來越高，電子計量儀表也得到廣泛應(yīng)用。特別是在石油、石化、電力、交通、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、國防科研和軍事工業(yè)領(lǐng)域中，常常需要對液體或氣體介質(zhì)的流量進行計量，流量計則應(yīng)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(zhì)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(zhuǎn)。一旦有介質(zhì)倒流情況出現(xiàn)，特別是倒流的介質(zhì)很多很急的時候，從流量計的轉(zhuǎn)子到阻止指針反轉(zhuǎn)的單向離合器這一段的傳動機構(gòu)會受到很大的扭矩，對傳動機構(gòu)造成機械損傷，輕則出現(xiàn)流量計計量偏差，重則流量計出現(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，大多數(shù)智能流量計是采用磁感應(yīng)方式，在一磁盤上設(shè)置多個磁鋼，液體的流動帶動磁盤旋轉(zhuǎn)，通過信號傳感器檢測磁感應(yīng)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(yīng)式的類同。

現(xiàn)有智能流量計往往只采用了一個信號傳感器，碼盤隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，每觸發(fā)一次傳感器計數(shù)條件則產(chǎn)生一個信號并發(fā)送給表頭，但是傳感器基本無法區(qū)分碼盤的旋轉(zhuǎn)方向，如果存在液體倒流，磁盤反轉(zhuǎn)，計數(shù)器仍然會統(tǒng)計流量，從而導(dǎo)致計數(shù)不準(zhǔn)確。

因此在這里設(shè)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(zhuǎn)子上設(shè)計一個隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)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(shè)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(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(shù)k為正整數(shù)。作為優(yōu)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(shù)N=18，相鄰兩磁鋼之間的相位差β=20°，系數(shù)k=2。這樣如果流量計正轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，并采集到反轉(zhuǎn)了多少個信號，每個信號代表多少體積量可以根據(jù)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(jié)構(gòu)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(xiàn)在只需要在原有的機械結(jié)構(gòu)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(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)值來設(shè)計信號采集裝置的位置。

三、 后續(xù)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(xiàn)反轉(zhuǎn)，也采集到了反轉(zhuǎn)的體積量，但是對于反轉(zhuǎn)的處理方法也有以下幾種：

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

2.扣除反轉(zhuǎn)量，就是計量過程中出現(xiàn)反正信號時將累計值做減法運算，理論上應(yīng)該這么做，這樣做精度也是最高的，但是這樣處理也會給帶有遠傳功能的流量計帶了問題。例如當(dāng)流量計帶脈沖輸出（NPN和PNP等）時，當(dāng)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)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(xiàn)現(xiàn)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(zhuǎn)量由程序保存且在下次正轉(zhuǎn)時扣除，就是當(dāng)流量計出現(xiàn)反轉(zhuǎn)時，反轉(zhuǎn)量由智能芯片暫時保存，累計值以及輸出不動，當(dāng)下次正轉(zhuǎn)將反轉(zhuǎn)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(jù)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(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的研究.儀器儀表學(xué)報.200324（3）

［2］何君.容積式流量計性能及應(yīng)用.機械設(shè)計與研究.201228（3）