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矿用防爆型电磁流量计的励磁电路设计

作者:江苏创辉自动化仪表有限公司
1.引言
在测流仪表行业,电磁流量计具有精度高、稳定性好、量程比宽、无压损等优点,广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。然而,由于煤矿安全性的特殊要求,目前可用于煤矿井下的电磁流量计在国内尚属空白。
2.电磁流量计工作原理
电磁流量计根据法拉第电磁感应定律工作,测量管内无阻流部件,用于测量单相或多相导电流体流量。当导电流体在磁场中运动时,将在流体两侧产生感应电势,其大小与流速成正比,据此可测流量值,如图1所示。

据电磁感应定律:导电流体在磁场中切割磁力线时,产生感应电动势的大小为:
U=BDV
B — 磁场密度(T)
D — 管径(m)
V 一 流速(m/s)
流体流量为:
Q=3600×V×Sm/h
式中
S—管道截面积(m2)
则Q=3600×U×S/(BD)m/
其中B、D、S为常量,流量与感应电动势U成正比关系,因此,测得感应电动势U,即可得到流体流量。由此可见,电磁流量计正常运行需要有稳定的磁场,而磁场正是靠传感器线圈内的励磁电流来产生的。励磁线圈如图2所示。对线圈对称安装在传感器正对的两侧,以产生均匀的磁场,传感器剖面图如图3所示
3.矿用仪表的安全性要求
对于矿用电气产品,其防爆安全性至关重要。目前,我国防爆电气产品的类型主要以隔爆型和本质安全型为主;并且只有本安设备能够用在0区危险场所。矿用本质安全型产品要做本质安全性能检验,其中本安
火花试验是***重要的检验项目之当电路发生通断时,会以火花形式释放能量。能量大于某一临界值时,使会点燃爆炸性气体混合物,从而引发爆炸。本安设计就是要控制电路产生的电火花能量,从而实现电路的本质安全。本质安全电路要求在正常工作和故障状态下都必须是安全的,所产生的电火花均不足以点燃周围环境中的爆炸性混合气体。
4.电磁流量计本安励磁电路
电磁流量计传感器励磁电流是产生电火花的危险源,电磁流量计要用于井下,首先得励磁电路达到本质安全要求。电磁流量计传感器电气部分由2个线圈组成,如图4。
其电参数主要是电阻和电感,电阻值为40-609(两线圈串联),电感量为100300mH,其中电感量是危险源所在。当电流流过电感线圈时,在线圈内部会产生磁场,磁场贮存能量,当电路断开时,储存在线圈中的能量就会以火花的形式释放出来,应此必须吸收或泄放线圈的贮能才能达到本安的要求。在线圈两端并联绪流支路,以泄放线圈储存的磁场能,降低通断时的电火花能量。如图5所示。在正常状态,它不影响电路工作,当电路断开时,它与线圈组成泄放回路,将电压钳位在二极管正向导通压降(0.TV左右)但是,简单的绪流二极管只适用于直流电路,即单向电流情况。为了避免电极极化现象和消除市电噪声干扰,电磁流量计需采用低频矩形波励磁,因此励磁信号是周期性双向电流,如图6所示。
因此,传统的普通二极管无法满足应这里,我们采用一种新型的瞬态电压抑制器( Transient Voltage Suppressor)简称TVS管。TVS管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新型电子元件,当TVS管两端产生瞬间的高压冲击时,它能以很高的速度(ZUI高达1/102秒)骤然降低阻抗为导通状态,吸收电流,泄放能量。它的特点是:响应速度快(ps级)、钳位精准(0.IV)、泄放能里强(几A到几百,***重要的一点,它可以实现双向钳位泄放,满足我们双向励磁的要求,不影响电磁流量计正常工作并起到抑制火花作用。如图7所示
在激磁电流是125mA,线圈电阻为459情况下,线圈工作电压为5.625V,我们选用6.8V双向TVS管P6KE6.8CA做泄放回路,其反应速度快,开关延迟约为lps,钳位精准,有效抑制了能量外泄。
完整的励磁电流逻辑电路如图8所示。此电路通过了国家安全生产矿用设备检测检验中心防爆站并联、串联、短路、断路等安全实验测试,达到本质安全标准。
5.结束语
电磁流量计本安电路设计中应用电容或电感等贮能器件时,在满足电路正常功能的情况下,提供有效的保护措施,限制能量输出并提供能量泄放回路,以降低发生短路、断路时的电火花能量,从而达到本质安全。
 
 
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