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    沖板流量計是80年代初，由原聯邦德國E+H公司，首先研制的一種先進的散狀固體物料質量流量動態秤。理論依據充分，測量原理先進，但傳統沖板流量計的變送器和傳感器，受當時技術條件限制不夠先進，采用的是差動變壓器傳感器和常規電路變送器，電路轉換次數太多精度不高，隨著科學技術的發展，新型傳感器和大規模集成電路的出現，使的傳統常規儀表升級換代成為可能。

    1 沖板流量計的測量機理

    沖板流量計的測量機理如圖1所示。

圖1　沖板流量計工作原理圖

    當物料從高度為h處，以自由下落方式沖擊沖擊板時，有沖擊力F1

       （1）

    F1可以分解為一個重力Fp和一個水平分力Fm。

       （2）

    式中：Fm為物料落在沖擊板的水平分力；qm為物料的質量；α為落料角；β為沖擊板與水平面夾角；g為自由落體加速度；h為垂直距離。

    從式（2）看出，儀表制造安裝完成后α，β，h皆為常數，Fm與瞬時流量成正比并且線性，Fm的大小，不受被測物料的（如種類、密度、粒度、）等因素變化的影響，是散狀固體物料在連續動態情況下在線測量zui為理想的測量方法。

    2 傳統沖板流量計變送器的結構

    采用的是差動變壓器傳感器，當固體物料沖擊沖板時，浮動框架與沖板一起前后擺動，浮動框架的擺動帶動差動變壓器的磁芯左右移動，磁芯偏移對稱位置時，差動變壓器有信號輸出到變送器。變送器包括震蕩、穩幅、放大、信號調制、電平比較、檢波、濾波、波形整形和V/F等電路轉換成脈沖頻率信號，采用兩線制輸出，將頻率信號輸出給積算儀表，經積算儀表運算處理后，即可獲得固體物料瞬時流量或對應的4～20mA電流信號，給調節器進行PID調節。電路太復雜，轉換次數太多，使得精度和線性度都下降。

    3 新型沖板流量計變送器的設計

    新型變送器選用低漂移4～20mA兩線制芯片XTR101，XTR101是美國BB公司推出的包含有儀用放大器在內的4～20mA的U/I轉換單片集成電路，片內集成有精密的恒流源、匹配精密電阻和放大器，可以將壓力傳感器的差分形式的毫伏級電壓信號直接轉換為4～20mA電流輸出信號，由于輸出的4～20mA電流信號，所以可遠距離傳送。

    輸入采用差分式，可以直接輸入毫伏電壓信號。對熱電偶、熱電阻、壓力應變、電橋等傳感信號直接放大變送，是一種比較理想的變換器件。

    3.1 XTR101的功能特征

    電壓漂移≤30V；溫度漂移≤0.75μV/℃；非線性失真≤0.01%；電源和信號輸出共用2條線；向外提供2個獨立的1mA恒流源；輸出電流4～20mA；工作環境溫度-40～+85℃；電壓范圍11.6～40V。

    3.2　XTR101的工作原理及計算

    XTR101的內部簡化電路結構如圖2所示。

圖2　XRT101內部結構

　　N1、N2運算放大器作為儀用放大器，由N3、R1和R2構成電流源，由于運算放大器在線工作時，其兩個輸入端電位近似相等，當輸入信號分別加N1、N2運放的兩相端時，6、4腳是等電位，5、3腳是等電位。故量程調節端5、6腳電位差即為輸入信號Ui，并形成量程電流（IS=Ui/RS）。當Ui=0時，內部與兩路恒流源（分別為1mA）I1、I2一起輸出電流時I0=4mA（變送器的零位輸出），當Ui不為零時，則有電流IS流過Ui使輸出電流I0增加。為使在滿量程輸入，即Ui為zui大時，I0達到20mA的標準滿量程電流，可以通過確定RS量程電阻實現。RS可由下式計算：

       （3）

    取I₀=I_0max=20mA，Ui=U_imax即可得RS值。

    4　傳感器的選擇及安裝形式

    傳感器采用技術成熟，精度高，成本低，應用廣泛的應變式稱重傳感器，其主要特點，結構簡單緊湊，體積小，過載能力大。稱重傳感器大量使用橋式電路。它的激勵電源根據補償方法的不同分為恒壓供電和恒流供電兩種形式，XTR101則提供的是1mA和2mA恒流源，因此比較適合恒流供電形式的稱重傳感器，XTR101適合滿量程輸出為10～100mV的稱重傳感器，這兩點選擇傳感器時需要注意。

    應變式稱重傳感器安裝在沖擊板上，稱重傳感器可將作用于其上的重力變為線性的毫伏電壓輸出，該信號經過變送器轉換成4～20mA標準信號送至積算儀，積算儀計算出瞬時流量和累積流量并顯示。

    5　實驗電路

    具體電路如圖3所示。

D—保護二極管防止電源接反；C1，C2—旁路電容；RS—量程電阻

圖3　實驗電路

    6　結束語

    XTR101可以很方便地把各種線性的差動毫伏信號，直接轉換成4～20mA的標準電流輸出信號。采用XTR101的變送器不但線路簡單，而且穩定可靠，調整方便，且不易受干擾而深受用戶的歡迎。

    沖板流量計測得與固體流量成正比的線性毫伏信號，該信號經過變送器轉換成4～20mA標準信號送至積算儀，積算儀可以選擇通用型智能流量積算儀表，通用型多功能智能流量積算儀表是一種計量用的二次儀表，與一次傳感器配合可以計量液體或氣體的質量流量和體積流量。品種較多，選擇范圍寬，廣泛應用在工業生產各個領域，選擇這樣的流量積算儀不但可以大幅度降低成本、提高精度、增加可靠性，操作也相對容易，而且很容易實現與上位計算機通訊。