專利名稱：潛水電磁流量計變送器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及潛水電磁流量計變送器，屬于液體流量計量儀表。
現(xiàn)有的潛水電磁流量計變送器，用的是普通的相敏整流電路，對相位相差90°的理想狀態(tài)的串模干擾能得到較好的干擾抑制，但在實際電路中，沒有嚴格的工藝保證要做到這一點是十分困難的。并且由于電源電壓的波動嚴重地影響了測量精度，再加之在計量水量過程中，停電現(xiàn)象時有發(fā)生，無法正確的計量。
本實用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術不足之處，而提供一種能有效抑制非90°串模干擾，并簡化校零過程，克服由于電源波動引起測量誤差，可以連續(xù)測量渠道或管道中導電液體體積，成本低，工作可靠的潛水電磁流量計變送器。
本實用新型的任務是以如下方式完成的潛水電磁流量計變送器，由數(shù)據(jù)放大器、主放大器、綜合放大器、激磁電流放大電路、限幅比較器、相敏整流電路、除法運算電路、恒流輸出電路、瞬時顯示電路和穩(wěn)壓電源所組成，由傳感器的輸出信號，通過C3、C4接數(shù)據(jù)放大器(1)，數(shù)據(jù)放大器A3的6端接主放大器(2)的輸入電阻R13、R9，主放大器A4的輸出端6接綜合放大器(3)的輸入耦合電容C5，綜合放大器A5的輸出端6接相敏整流電路的輸入端，互感器B2的輸出接激磁電流放大電路(5)的A6輸入3，A6的輸出端6接主放大器A4的調(diào)零電位器W3的一端，并與限幅比較器(6)A7的輸入電容C6相接，A7的輸出端通過R26接相敏整流電路，相敏整流電路的輸出通過R30、R31接除法運算電路(8)的輸入，除法運算電路(8)的輸出級為BG3的輸入1、2，BG3的輸出4與恒流輸出電路(9)的輸入電容C10相連，恒流輸出電路(9)的輸出一路通過BG5的發(fā)射極接負載電阻Rfz，一路通過R60和BG4的發(fā)射極接瞬時顯示電路(10)的輸入級R62相接。穩(wěn)壓電源(11)輸出電壓分三組，第一組A、B分別去電路(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(12)，第二組C、D去電路(9)、(10)；第三組E、F去電路(10)的顯示表頭電源部分，同時對以下幾部分作了改進1.增加了動態(tài)隨機抑制90°移相干擾電路單元(4)。
由于電磁流量傳感器在測量有用信號時，主要產(chǎn)生兩種干擾分量，一種為共模干擾，一種為90°串模干擾，而其中的共模干擾采用對稱的差分電路能有效地抑制，而對90°的移相干擾在理想狀態(tài)相位相差90°時，則信號正負對稱，經(jīng)整流濾波后輸出即為零信號，但在實際電路中，干擾信號為純90°相移，且波形正負對稱，無失真，若沒有嚴格的工藝，要做到這一點是很困難的。本發(fā)明就是在干擾信號非90°移相，非線性失真(不是正負對稱)的情況下，利用相移電路來消除干擾的，其原理是不管有無相移，不管信號畸變?nèi)绾?，只要是在相敏電路中，被切割成正負面積相等，即可做到輸出直流分量為零，達到抑制干擾的目的。具體用圖來說明。
V1，V2均為波形面積。
a)當干擾波形失真，波形不對稱時，如圖3。
對一般的相敏電路此時V2＞V1或V2＜V1干擾信號有輸出。
如圖4，在一般相敏電路加了相位滯后電路后，滿足V2＝V1，此時干擾信號就無輸出。
b)當相位不足90°時，波形對稱干擾時圖5，為一般相敏電路，V2＞V1，有干擾信號輸出。
圖6，加了移相電路后的相敏電路輸出，V2＝V1，無干擾輸出。
具體連結如下，在主放大器的運算放大器A6的輸入回路中，加一級可調(diào)的超前或滯后的移相電路，可以用有源移相電路或無源移相電路來實現(xiàn)，如RC移相電路，LC移相電路，運算放大器有源移相電路。圖7是RC相位滯后電路的接法，互感器B2的次級3端接R20的一端，可變電阻W8一端與R20的另一端相接，W8的另一端與C33和A6的3端相接，C33的另一端互感器的4端。
圖8是RC相位超前電路的接法，互感器B2的次級3端接C33的一端，可變電阻W8的一端接R20的一端，W8的另一端和C33的另一端、A6的3端相接，R20的另一端接互感器的4端。
具體參數(shù)的計算如下，干擾信號的頻率為50HZ時，T＝0.02秒，取電容C33＝0.33μ，則R＝ (T)/(C) ＝60K，R＝W8，此時轉(zhuǎn)折頻率的相頻特性相位差為45°。
根據(jù)10倍頻和1／10倍頻的工程計算方法，近似的有相位變化的范圍為0～90°，當W8取6K時相位接近0°，W8取600K時相位接近90°，W8取值范圍為6K～600K，在實際應用中電位器W8取50K左右，然后根據(jù)實際電路中干擾信號的移相情況，大致設定R20的數(shù)值，最后用W8做細調(diào)，達到克服相移干擾的目的，R20的取值范圍在2K～500K之間。
2.采用運算放大器自身調(diào)零的校正方法，解決電源電壓波動對測量精度的影響。
變送器在進行除法運算時，由測量信號和基準信號直接比較，即EX／EB＝EC，其中EX為測量信號，EB為基準信號，EC為輸出信號，又由于兩組信號均由同一激磁電源產(chǎn)生，所以當電源電壓發(fā)生變化影響激磁電流時，兩組信號同時發(fā)生變化，即EX±10％／EB±10％＝EC。電源波動為±10％時，其輸出信號不變。但電路在實際應用中，輸出信號在電源電壓發(fā)生波動時，由于放大信號的運算放大器自身的失調(diào)參數(shù)被放大后加入除法運算后造成的。實際的除法運算為 (EX±△EX)/(EB±△EB) ＝ECS，△EX為信號回路主要是A5的失調(diào)參數(shù)(包括失調(diào)電壓、電流等)被放大后附加的干擾信號，△EB為基準激磁回路主要是A6的失調(diào)參數(shù)(包括失調(diào)電壓、電流等)被放大后附加的干擾信號，ECS為實際電路中除式得出電壓值，△EX、△EB在電源電壓波動時，均為常數(shù)，當電源電壓發(fā)生變化時，由于△EX和△EB不變，則(EX±10％±△EX)/(EB±10％±△EB) ＝ECS根據(jù)電路在應用中的這一實際情況，在此利用運算放大器自身調(diào)零的原理，通過抑制失調(diào)參數(shù)影響除法器精度。數(shù)學推導如下(EX±△EX＊△EA5)/(EB±△EB＊△EA6) ＝ (EX)/(EB) ＝EC△EA5，△EA6為通過調(diào)零電位器給出的調(diào)偏信號，使△EA5＝△EX△EA6＝△EB利用運算放大器自身調(diào)零給出的調(diào)偏信號平衡掉兩路失調(diào)參數(shù)對各自信號的影響。
電路連接方式如下在綜合放大器的A5增加一個調(diào)零電位器W4，W4的一端接A5的1，W4的另一端接A5的8，W4的中心抽頭接A5的7，綜合放大器A5必須選用低漂移、高精度的運算放大器，A5、A6的增益在8～12倍之間選擇，并且放大倍數(shù)要盡量保持一致，W4的阻值范圍以運算放大器要求的標準調(diào)零電位器為準，在采用0P07片子時，W4取15K～10K。
3.停電自動計時裝置。
由于電磁流量計在計量水量的過程中，必須要有供電電源，但在實際使用中，停電不停水的現(xiàn)象極為普遍，使水無法計量，只能用人工隨時記錄停電時間，填表估算。為了解決這一問題，特增加了停電后自動計時裝置，并且可以把停電時間累積計算，這樣可以減少停電給計量帶來的誤差。
電路連接方式如下穩(wěn)壓電源(11)輸出的A、B兩點(24V輸出)接繼電器J的電源，繼電器J的常閉觸點串接在停電計時器TS的3端和電源E(6V)的1端，電源E的2端和停電計時器TS的4端直接相連，組成停電自動計時回路。
當動力電源中斷時，常閉觸點閉合停電計時器開始計時，計時器可以累積記錄五位小時數(shù)即1.00萬小時。
當動力電源工作時，常閉觸點打開，停電計時器被切斷，停止計時。
4.采用模擬電子開關器件取代常規(guī)的相敏整流電路。
具體方法是在模擬電子開關的控制極加參考電壓，當有和參考電壓同頻同相的信號輸入時，由于模擬開關受控制極電壓的控制，開關打開，信號通過，經(jīng)濾波后成為直流信號，完成相敏整流的功能。其中電子開關的鬥數(shù)可任選其中兩組分別為基準信號的輸入、輸出端和測量信號的輸入、輸出端。
當相敏整流電路采用CD4016模擬電子開關集成化片子接法如下7腳與電阻R32、R33之直相接為－9V電壓。
14腳接電阻R28的一端為＋9V電壓。
5腳和12腳相接于R26的輸出，為參考電壓。
9腳接A5的輸出6，為測量信號的輸入。
8腳接R30的一端，為測量信號的輸出。
1腳接A6的輸出6，為激磁基準信號的輸入。
2腳接R31為激磁基準信號的輸出。
1、2為一組3、4為一組8、9為一組10、11為一組，測量信號的輸入、輸出和激磁基準信號的輸入、輸出可從其中任選兩組。


圖1，潛水電磁流量計變送器的方框圖1.數(shù)據(jù)放大器；2.主放大器；3.綜合放大器；4.相移電路；5.激磁電流放大電路；6.限幅比較器；7.相敏整流電路；8.除法運算電路；9.恆恒流輸出電路；10.瞬時顯示電路；11.穩(wěn)壓電源；12.自動停電計時裝置。
圖2，1前置級電路包括數(shù)據(jù)放大器、主放大器、綜合放大器、相移電路、激磁電流放大器、限幅比較器。
圖2.2中間級電路包括相敏整流電路，除法運算電路。
圖2.3輸出級電路包括恆流輸出電路，瞬時顯示電路。
圖2.4電源部分電路包括穩(wěn)壓電源自動停電計時電路圖2.1中的Q點接圖2.2中的Q點圖2.1中的M點接圖2.2中的M點圖2.1中的N點接圖2.2中的N點圖2.2中的P點接圖2.3中的P點圖3，在一般相敏整流電路干擾波形失眞的情況下輸出波形圖4，加了相位滯后電路后，干擾波形失眞情況下輸出波形圖5，在一般相敏整流電路干擾相位不是90°時，波形對稱情況下的輸出波形。
圖6，加了移相電路后的相敏電路輸出波形。
圖7，相位滯后電路連接圖。
圖8，相位超前電路連接圖。
實施例1圖2.2有相敏電路在它前加一級相位超前移相電路，A5取0P07片子，相敏電路用CD4016片子代替。
通過本實用新型可以清楚地看到，在未增加移相抑制電路前，傳感器產(chǎn)生的零位90°干擾信號一般靠調(diào)零電位器W3加以抑制，它造成了在校表過程中零乄變化很大，和量程設定互相矛盾、牽扯，有時根本無法工作，采用此電路后，可以直接消除干擾，無需再用調(diào)零電位器W3進行補償，在整個電路中無任何牽制，在實際電路中可以把零位偏移控制在0.5％范圍內(nèi)。在未加調(diào)零電位器W4進行校正的情況下，當電源電壓發(fā)生波動時220V＋10％～220V－15％影響精度在5％～10％之間，無法保証整機的精度，加上運算放大器自身調(diào)零的校正電路后，電源電壓在發(fā)生上述變化時，對整機的精度影響不大于0.5％，又由于加了停電自動計時裝直后，可以把停電時間累積計算，減少停電給計量帶來的誤差，相敏電路用模擬電子開關集成化片子代替常規(guī)的相敏電路，使電路簡單，成本低，可靠性提高。
本實用新型可以和其它正弦波激磁方式的電磁流量傳感器配套使用，可以連續(xù)測量渠道或管道中導電液體體積流量，同時具有積算、顯示、記錄等功能，該裝直可廣泛地應用在自來水、化工、石油、冶金、食品、醫(yī)葯、造紙、紡織、印染等工業(yè)部鬥和水利農(nóng)業(yè)排灌及市政汚水排放等領域。
權利要求1.一種潛水電磁流量計變送器，由數(shù)據(jù)放大器、主放大器、綜合放大器、激磁電流放大電路、限幅比較器、相敏整流電路、除法運算電路、恒流輸出電路、瞬時顯示電路和穩(wěn)壓電源所組成，由傳感器的輸出信號，通過C3、C4接數(shù)據(jù)放大器(1)，數(shù)據(jù)放大器A2的6端接主放大器(2)的輸入電阻R13、R9，主放大器A4的輸出端6接綜合放大器(3)的輸入耦合電容C5，綜合放大器A5的輸出端6接相敏整流電路的輸入端，互感器B2的輸出接激磁電流放大電路(5)的A5的輸入端3，A6的輸出端6接主放大器A4的調(diào)零電位器W3的一端，并與限幅比較器(6)A7的輸入電容C5相接，A7的輸出端通過R25接相敏整流電路，相敏整流電路的輸出通過R30、R31接除法運算電路(8)的輸入，除法運算電路(8)的輸出級為BG3的輸入1、2，BG3的輸出4與恒流輸出電路(9)的輸入電容C10相連，恒流輸出電路(9)的輸出一路通過BG5的發(fā)射極接負載電阻Rfz，一路通過R60和BG4的發(fā)射極接瞬時顯示電路(10)的輸入級R62相接，穩(wěn)壓電源(11)輸出電壓分三組，第一組A、B分別去電路(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)；第二組C、D去電路(9)、(10)；第三組E、F去電路(10)的顯示表頭電源部分，其特征是A.在主放大器的運算放大器A6的輸入回路中，加一級可調(diào)的超前或滯后的移相電路，可以用有源移相電路或無源移相電路來實現(xiàn)，如RC移相電路、LC移相電路、運算放大器有源移相電路；B.利用運算放大器自身調(diào)零的校正，解決由于電源電壓波動的測量誤差，在綜合放大器的A5增加一個調(diào)零電位器W4，W4的一端接A5的1，W4的另一端接A5的8，W4的中心抽頭接A5的7；C.穩(wěn)壓電源(11)輸出的A、B兩點(24V輸出)接繼電器J的電源，繼電器J的常閉觸點串接在停電計時器TS的3端和電源E(6V)的1端，電源E的2端和停電計時器TS的4端直接相連，組成停電自動計時回路；D.采用類擬CD41016模擬電子開關器件取代常規(guī)的相敏整流電路，在模擬開關的控制極加參考電壓，電子開關的門數(shù)可任選其中二組分別為基準信號的輸入、輸出端和測量信號的輸入、輸出端。
2.按照權利要求1所述的變送器，其特征是用RC相位滯后電路的接法如下互感器B2的次級3端接R20的一端，可變電阻W8一端與R20的另一端相接，W8的另一端與C33和A6的3端相接，C33的另一端接互感器的4端；用RC相位超前電路的接法如下互感器B2的次級3端接C33的一端，可變電阻W8的一端接R20的一端，W8的另一端和C33的另一端，A6的3端相接，R20的另一端接互感器的4端。
3.按照權利要求1或2所述的變送器，其特征是當干擾信號的頻率為50HZ時，電容C33取0.33μ，相位在0°～90°之間變化時，W8取值范圍為6K～600K，相位差為45°時，W8近似取60K，W8一般取40K～60K之間，R20的取值范圍在2K～500K之間。
4.按照權利要求1所述的變送器，其特征是綜合放大器A5必須選用低漂移、高精度的運算放大器，A5、A6的增益在8～12倍之間選擇，并且放大倍數(shù)要盡量保持一致，W4的阻值范圍以運算放大器要求的標準調(diào)零電位器為準，在采用0P07片子時，W4取15K～10K。
5.按照權利要求1所述的變送器，其特征是相敏整流電路采用CD4016模擬電子開關集成化片子接法如下7腳，與電阻R32、R33之間相接為－9V電壓。14腳，接電阻R28的一端為＋9V電壓。5腳和12腳相接于R26的輸出，為參考電壓。9腳，接A5的輸出6，為測量信號的輸入。8腳，接R30的一端，為測量信號的輸出。1腳，接A6的輸出6，為激磁基準信號的輸入。2腳，接R31為激磁基準信號的輸出。1、2為一組，3、4為一組、8、9為一組，10、11為一組，測量信號和激磁基準信號的輸入、輸出可以從中任選兩組。
專利摘要本實用新型由數(shù)據(jù)放大器、主放大器、綜合放大器、激磁電流放大電路、限幅比較器、相敏整流電路、除法運算電路、恒流輸出電路、瞬時顯示電路、穩(wěn)壓電源所組成，并增加了可調(diào)的移相電路、自身調(diào)零校正電路、停電自動計時裝置，采用模擬電子開關集成片子等措施，使本裝置可以消除干擾，簡化了校表過程，提高了測量的精度和可靠性，電路簡單，成本低。本實用新型可以和其他正弦波激磁方式的電磁流量傳感器配套使用，它可廣泛地應用在自來水、化工、醫(yī)藥、印染等部門和水利、農(nóng)業(yè)排灌及市政污水排放等領域。
文檔編號G01F1/58GK2040637SQ88202958
公開日1989年7月5日 申請日期1988年4月15日 優(yōu)先權日1988年4月15日
發(fā)明者劉建群, 劉家增, 劉海燕 申請人:劉建群