近年來，在很多引進的生產線的精度要求高的流體測量中采用了不少渦輪流量計。這些流量計直接與DCS控制系統或其它工業控制計算機系統的I/0卡相連接，提供計算機所需要的脈沖信號。該儀表價格較高，造成備品備件的困難。

為了降低成本，解決生產上的需要，在仔細地研究了進口渦輪流量計和國產渦街流量計的技術性能之后，認為在它的生產條件下，可以使用國產渦街流量計替代進口渦輪流量計。下面分別介紹國產渦街流量計與進口渦輪流量計之間的性能差異和生產上替代的可行性，實際使用中所存在的問題及解決方法。

1、兩種流量計技術性能的分析和比較

電池供電渦輪流量計與國外渦輪流量計的主要技術性能如表l所示。表1中為采用公稱直徑為100的傳感器測量范圍。

1.1 量程比流量范圍的比較

渦輪流量計的量程比較大，為l：20。因此渦輪流量計的線性范圍寬，最小流量可達到9m³/h；而渦街流量計量程比小，最小流量為20m³/h。
在實際生產過程中，多數場合要求控制的最低流量大于30m³/h，大于渦街流量計的流量測量的下限值。因此，從生產需要的條件上來看，用渦街流量計代替渦輪流量計是可行的。而在運行可靠性與費用上，則渦街流量計的優點較為突出。

1.2 測量精度

渦輪流量計的精度為0.2%；而渦街流量計的精度經過修正后可達到0.5%，顯然渦街流量計的精度較低。然而一般生產要求累積流量達到25～35m³/h時，其誤差不能超過0.5m³，相對誤差為1.4%。如果我們采用計算機對渦街流量計的測量進行修正，其測量精度完全可滿足生產要求。

2、存在的問題

由于流量計是直接地與計算機的輸入卡連接，因此原配接的渦輪流量計有4個條件：

（1）必須是三線制式的脈沖信號；

（2）輸出電平應達到10V峰值；

（3）輸出＞10mA的電流；

（4）工作電壓為24V DC。

對于三線制式脈沖信號，兩種流量計是相同的，但輸出信號的電平不同。渦街流量計只有7V峰值，與渦輪流量計不同；同時，渦街流量計要求負載阻抗必須大于10kΩ，而配渦輪量流計的計算機輸入卡的輸入電阻只有1kΩ；同時該卡提供的是24V DC電源，而渦街流量計的工作電壓為12V DC。也就是說，在實際應用中除三線制式脈沖信號相同外，改用渦街流量計還存在其它三個條件與渦輪流量計不同的問題。也就是說，渦街流量計可滿足生產要求，但實際上因為它不能滿足計算機輸入卡的阻抗匹配要求，而不能直接替代渦輪流量計。因此，必須解渦街流量計的電源電壓、輸出電平幅度和負載能力的匹配問題之后，才可以替代渦輪流量計。

3、解決方法

為了滿足計算機接口的要求，我們設計并制作了一個電子單元，作為渦街流量計與計算機輸入卡之間的接單元，其原理框圖如圖1所示。

虛線框內為接口電路單元，此單元主要由穩壓、電平變換、功率放大三部分組成，主要完成三個功能：

a、將計算機輸入卡提供的24V DC電源轉換成渦街流量計所需要的12V DC電源。此功能由穩壓電路完成，并具有短路限流保護。

b、將渦街流量計輸出的電平幅度從7V提高到10V峰值。電平變換部分完成此功能，并具有大于20kΩ的輸入阻抗。

c、提供大于10mA DC的輸出電流。此功能由功率放大部分完成，并同時具有 限流作用，使得輸出電流最大不超過計算機輸入卡所能承受的電流，以保護計算機的脈沖輸入卡。

4、電路設計與調試接口單元的實際電路見圖2。

穩壓電路采用穩壓二極管進行穩壓。設計中考慮渦街流量計的最大工作電流為15mA，穩壓二極管最小穩壓電流為2.5mA，則限流電阻R9為
R9=（Vcc-Vc）/（Io+ID）=（24-12）/（15-2.5）=686Ω

選電阻R9為680Ω，則當無負載時，穩壓二極管D1和D2所通過的最大電流Imax為Imax=（Vee-Vo）/R9=12/680=18mA  （2）

此電流值遠小于穩壓二極管2DW7C的最大電流，2DW7C可長期穩定工作。

當負載短路時，Ve=0。此時，限流電阻中所通過的最大電流I為

IRmax=Vee/R9=24/680=36（mA）   （3）

在36mA電流下，完全可有效地保護計算機卡的供電系統。

電平變換電路采用施密特觸發器電路，因它有較好的觸發性能和較高的輸入阻抗。功率放大部分采用射級輸出器形式。

設計算機脈沖輸入卡的輸入電阻為1kΩ，在10V峰值下所通過三級管T3的意電流Ie近似為

Ie=V0/（Re/R1）=Vo/（Re/2）=10/（1/2）=20（mA）   （4）

選三極管T3的直流放大倍數為20，則,電阻R3應為。

R3=（Vee-Vee-Ve）/Ib=（24-0.5-10）/（20/20）=14kΩ   （5）

取R3的值為12kΩ。電阻R8為限流保護電阻，選為680Ω。即使三極管T3發生擊穿短路情況，由于此電阻的限流作用，使得計算機輸入卡上的最高電壓不會超過10V。它可有效地保護輸入卡。

穩壓二極管D3的型號為2CW18，其標準穩壓,值為11V，它起輸出限幅作用。

為了提高渦街流量計觸發靈敏度，選擇單元電路觸發器的觸發電壓為1.0V，則電阻R6上的電壓在0.5V。電阻R6可選為

R6=0.5/Ie=0.5/（24/12）=250（Ω）   （6）

這里考慮當三極管Tl截止時，2T是處于飽和導通狀態，因此通過電阻R6上的電流近似等于電源電壓除以電阻R6。

取電阻R2與R3相同。設兩三極管T1和T2的直流放大倍數均為100倍，當三極管飽和導通時其基極電流Ib為

Ib=Ie/100=2/100=0.02   （7）

如果要保證三極管T1在1.5V觸發電壓下可靠地飽和導通，則輸入電阻R1為

R1=（V1-Vba-Ve）/Ib=（1.5-0.5-0.5）/0.02=25kΩ   （8）

考慮三極管參數的離散性，取R1為20k。

調試時，先將接口單元的輸出端接1k電阻，然后將輸入端接1.5V電壓，逐步減小電阻R5的值，直至輸出端電壓上升到10V；若不能達到此值，則可能是三極管T3的直流放大倍數過低。逐步降低輸入端的電壓直至1.2V，此時輸出端應為零。若不能可靠地回零，則可能是電阻R5的值過小。

有條件的情況下最好使用雙蹤示波器同時觀測輸人端和輸出端電壓的波形，其波形為矩形最好。

5、運行結果

將渦街流量計和接口電路安裝并投入試運行連續30次加料記錄與同一管路的另一臺進口渦輪流量計相比較，渦街流量計測量準確、復性好、工作穩定、可靠，渦輪流量計最大累積相對誤差0.049m³，平均相對誤差為0.004m³。

此渦街流量計的成功運行，為保證生產的安全、正常運行起到了重要的作用。同時也降低了成本和節約了外匯及采購周期。