1.引言
在測(cè)流儀表行業(yè),電磁流量計(jì)具有精度高、穩(wěn)定性好、量程比寬、無壓損等優(yōu)點(diǎn),**應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、給排水等領(lǐng)域。然而,由于煤礦安全性的特殊要求,目前可用于煤礦井下的電磁流量計(jì)在國內(nèi)尚屬空白。
電磁流量計(jì)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律工作,測(cè)量管內(nèi)無阻流部件,用于測(cè)量單相或多相導(dǎo)電流體流量。當(dāng)導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),將在流體兩側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),其大小與流速成正比,據(jù)此可測(cè)流量值,如圖1所示。
據(jù)電磁感應(yīng)定律:導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中切割磁力線時(shí),產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為:
U=BDV
B — 磁場(chǎng)密度(T)
D — 管徑(m)
V 一 流速(m/s)
流體流量為:
Q=3600×V×Sm/h
式中
S—管道截面積(m2)
則Q=3600×U×S/(BD)m/
其中B、D、S為常量,流量與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U成正比關(guān)系,因此,測(cè)得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U,即可得到流體流量。由此可見,電磁流量計(jì)正常運(yùn)行需要有穩(wěn)定的磁場(chǎng),而磁場(chǎng)正是靠傳感器線圈內(nèi)的勵(lì)磁電流來產(chǎn)生的。勵(lì)磁線圈如圖2所示。對(duì)線圈對(duì)稱安裝在傳感器正對(duì)的兩側(cè),以產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng),傳感器剖面圖如圖3所示
3.礦用儀表的安全性要求
對(duì)于礦用電氣產(chǎn)品,其防爆安全性至關(guān)重要。目前,我國防爆電氣產(chǎn)品的類型主要以隔爆型和本質(zhì)安全型為主;并且只有本安設(shè)備能夠用在0區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所。礦用本質(zhì)安全型產(chǎn)品要做本質(zhì)安全性能檢驗(yàn),其中本安
火花試驗(yàn)是*重要的檢驗(yàn)項(xiàng)目之當(dāng)電路發(fā)生通斷時(shí),會(huì)以火花形式釋放能量。能量大于某一臨界值時(shí),使會(huì)點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物,從而引發(fā)爆炸。本安設(shè)計(jì)就是要控制電路產(chǎn)生的電火花能量,從而實(shí)現(xiàn)電路的本質(zhì)安全。本質(zhì)安全電路要求在正常工作和故障狀態(tài)下都必須是安全的,所產(chǎn)生的電火花均不足以點(diǎn)燃周圍環(huán)境中的爆炸性混合氣體。
電磁流量計(jì)傳感器勵(lì)磁電流是產(chǎn)生電火花的危險(xiǎn)源,電磁流量計(jì)要用于井下,首先得勵(lì)磁電路達(dá)到本質(zhì)安全要求。電磁流量計(jì)傳感器電氣部分由2個(gè)線圈組成,如圖4。
其電參數(shù)主要是電阻和電感,電阻值為40-609(兩線圈串聯(lián)),電感量為100300mH,其中電感量是危險(xiǎn)源所在。當(dāng)電流流過電感線圈時(shí),在線圈內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)貯存能量,當(dāng)電路斷開時(shí),儲(chǔ)存在線圈中的能量就會(huì)以火花的形式釋放出來,應(yīng)此必須吸收或泄放線圈的貯能才能達(dá)到本安的要求。在線圈兩端并聯(lián)緒流支路,以泄放線圈儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能,降低通斷時(shí)的電火花能量。如圖5所示。在正常狀態(tài),它不影響電路工作,當(dāng)電路斷開時(shí),它與線圈組成泄放回路,將電壓鉗位在二極管正向?qū)▔航?0.TV左右)但是,簡(jiǎn)單的緒流二極管只適用于直流電路,即單向電流情況。為了避免電極極化現(xiàn)象和消除市電噪聲干擾,電磁流量計(jì)需采用低頻矩形波勵(lì)磁,因此勵(lì)磁信號(hào)是周期性雙向電流,如圖6所示。
因此,傳統(tǒng)的普通二極管無法滿足應(yīng)這里,我們采用一種新型的瞬態(tài)電壓抑制器( Transient Voltage Suppressor)簡(jiǎn)稱TVS管。TVS管是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型電子元件,當(dāng)TVS管兩端產(chǎn)生瞬間的高壓沖擊時(shí),它能以很高的速度(ZUI高達(dá)1/102秒)驟然降低阻抗為導(dǎo)通狀態(tài),吸收電流,泄放能量。它的特點(diǎn)是:響應(yīng)速度快(ps級(jí))、鉗位**(0.IV)、泄放能里強(qiáng)(幾A到幾百,*重要的一點(diǎn),它可以實(shí)現(xiàn)雙向鉗位泄放,滿足我們雙向勵(lì)磁的要求,不影響電磁流量計(jì)正常工作并起到抑制火花作用。如圖7所示
在激磁電流是125mA,線圈電阻為459情況下,線圈工作電壓為5.625V,我們選用6.8V雙向TVS管P6KE6.8CA做泄放回路,其反應(yīng)速度快,開關(guān)延遲約為lps,鉗位**,有效抑制了能量外泄。
完整的勵(lì)磁電流邏輯電路如圖8所示。此電路通過了國家安全生產(chǎn)礦用設(shè)備檢測(cè)檢驗(yàn)中心防爆站并聯(lián)、串聯(lián)、短路、斷路等安全實(shí)驗(yàn)測(cè)試,達(dá)到本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)。
5.結(jié)束語
在電磁流量計(jì)本安電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用電容或電感等貯能器件時(shí),在滿足電路正常功能的情況下,提供有效的保護(hù)措施,限制能量輸出并提供能量泄放回路,以降低發(fā)生短路、斷路時(shí)的電火花能量,從而達(dá)到本質(zhì)安全。
上一條：
電磁流量計(jì)分類及安裝環(huán)境要求
下一條：
水處理電磁流量計(jì)選型
