設(shè)計了一種用于電磁流量計傳感器空管檢測的模塊，該模塊采用電流源附加激勵形式，包括精密電流源、電流控 制電路、電阻匹配模塊三部分。分析了采用電流源方法相比于參數(shù)提取和電壓源方法的優(yōu)勢，推導了精密電流源模塊的輸出 阻抗大小。相比于現(xiàn)有空管檢測方法，所設(shè)計的空管檢測模塊可靠性更高、適用范圍更廣。

電磁流量計傳感器的空管狀態(tài)指管道未被液體充滿，導致 電極部分或全部裸露于空氣中，該狀態(tài)下儀表示數(shù)不規(guī)則，無法 正確顯示流量值。

現(xiàn)階段實現(xiàn)對空管狀態(tài)的檢測，主要有增加電極、參數(shù)提取 和附加激勵三種方法。增加電極的方法需對管道進行改造， 在實際使用中可行性不高；參數(shù)提取通過測量疊加于流量信號 上的微分干擾和工頻干擾兩種信號，實現(xiàn)對管道的狀態(tài)判斷。由 于干擾信號幅值受工況環(huán)境影響大，該方法適用范圍較小；附加 激勵源的方法又分為電壓源和電流源兩類，電壓源輸出阻抗小， 并聯(lián)于電極回路，使儀表放大器輸入阻抗減小，影響流量信號。 電流源輸出阻抗高，對流量信號的影響可忽略，但電流源輸出電 流值不應過大，且電流方向應可以改變以避免電極極化引起的 零點漂移問題。

為了實現(xiàn)對傳感器空管狀態(tài)更準確、可靠的報警功能，本文 提出并設(shè)計了一種電流源激勵形式的電磁流量計空管檢測模塊。

1.電流源附加激勵下傳感器電極回路模型

圖1為電流源附加激勵下的傳感器電極回路模型圖，E為 磁場作用下表征流速信號的感應電動勢，Rl為測量電極對地等 效電阻，Ri為儀表放大器的輸入電阻，le為電流源。

電流源模塊與傳感器電極回路并聯(lián)，由電流源輸出阻抗無 窮大特性可知，電流源模塊不對流量信號大小產(chǎn)生影響。考慮實 際使用情況下，不同流體類型的流體阻抗大小不一，對于低電導 率類型流體，其流體阻抗大，為避免采樣電勢信號飽和，電流源 輸出值應根據(jù)流體類型大小可調(diào)，且輸出電流大小在微安級。另 外，為了避免電極長時間受同一方向電流影響而產(chǎn)生電極極化 反應，導致儀表零點漂移影響儀表精度，電流源流向需可控。

綜上所述，為實現(xiàn)電流源附加激勵形式的空管檢測模塊能 夠準確實現(xiàn)空管報警功能，電流源需滿足如下三點約束條件：微 弱電流值恒流、電流方向可控、電流值可控。

2.空管檢測模塊系統(tǒng)框架

空管檢測模塊 圖2空管檢測模塊系統(tǒng)框架 如圖2所示，空管檢測模塊系統(tǒng)由精密電流源、電流控制電 路、阻抗測量模塊三部分組成。其中，精密電流源輸出恒定電流; 電流控制電路實現(xiàn)對電流源輸出電流大小和方向控制； 阻抗測 量模塊對電極電勢進行采樣與電勢調(diào)整，后送入微處理器進行 空管判斷。下面分別對三部分電路設(shè)計進行介紹。

2.1精密電流源電路設(shè)計

電流源并聯(lián)于傳感器電極回路，為了不影響流量信號采集, 電流源內(nèi)阻應為高阻抗。

如圖m為輸入電壓，Vl為負載端電壓，i。為電流源輸 出，八1、八2；為運算放大器。

3.結(jié)束語

相比于現(xiàn)有方法，使用電流源形式的附加激勵模塊，受傳器負載類型影響小，有更廣的適用范圍和更高的可靠性。