廣東南方制堿有限公司是以生產(chǎn)輕質(zhì)純堿、重質(zhì)純堿、芒硝為主的化工企業(yè)。在重質(zhì)純堿生產(chǎn)過程中，必須將進入水合機的輕質(zhì)純堿進行動態(tài)計量，輕質(zhì)純堿流量作為主變量，脫鹽水流量作為從變量，使加入水合機的輕質(zhì)純堿和脫鹽水量成一定比例進行比值調(diào)節(jié)。投產(chǎn)初期，我公司采用了E+H公司生產(chǎn)的固體物料沖板流量計，使用幾年后，由于電腦顯示儀表發(fā)生故障，使得電腦顯示儀表的輸出信號（4~20 mA）不能與輕質(zhì)純堿的瞬時流量成線性關(guān)系，所以不能進行自動比值調(diào)節(jié)，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量。為此，我們向E+H公司進行維修咨詢，但E+H公司已不再生產(chǎn)該固體物料沖板流量計了。已將該專利轉(zhuǎn)讓給美國拉姆齊公司。因此，我公司向拉姆齊公司購買1臺電腦顯示儀表，共花費人民幣6.5萬元，使用情況良好。在2002年因遭雷擊，電腦顯示儀表的CPU損壞，無法再繼續(xù)使用。如果再買該公司的儀表，一是費用太高，二是進口的儀表維修也不方便，不能滿足我公司連續(xù)生產(chǎn)的需要，因此，我們考慮用國產(chǎn)儀表來替代進口儀表。

      E+H公司固體物料沖板流量計操作手冊無電路圖提供，只提供了原理方框圖，通過我們對現(xiàn)場實物電路進行研究，繪制電路圖，知道了固體物料沖板流量計一、二次儀表傳輸信號是電流脈沖信號，它是兩線制的，即一次儀表是無源的，靠二次儀表提供電源，如果采用廣州南儀自動化公司生產(chǎn)的ICS系列電子皮帶秤的電腦顯示儀表來替代進口儀表，則必須對南儀公司生產(chǎn)的皮帶秤電腦顯示儀表進行改造。改造的方案是：對原有生產(chǎn)設(shè)備不作改動，E+H公司固體物料沖板流量計一次儀表不作改動，對南儀公司電腦顯示儀表增加1個15V直流電源給一次儀表供電和一個脈沖頻率調(diào)制器（PFM）對一次儀表的電流脈沖信號進行解調(diào)，解調(diào)后的信號送入電腦顯示儀表輸入端，因此，從原理上講，國產(chǎn)儀表可以取代進口儀表。

      改造完成后，通過實物校驗，完全達到了原來進口儀表的功能，且精度高、穩(wěn)定性好，從1年的使用情況看，取得了很好的效果。改造費用為1.8萬元，比購買進口儀表節(jié)省了4.7萬元。

      1 沖板流量計組成及工作原理

      固體物料沖板流量由沖板、輸出軸、組合彈簧、差動變壓器、測量轉(zhuǎn)換器、脈沖頻率調(diào)制器、電腦顯示儀表組成。

      被測物料沖擊到?jīng)_料板上，這個力通過輸出軸作用到組合彈簧上，帶動差動變壓器中的鐵芯前后發(fā)生位移，從而感應(yīng)出毫伏正弦波電壓信號。差動變壓器的交流電壓是由測量轉(zhuǎn)換器送電的，差動變壓器的輸出壓信號在測量轉(zhuǎn)換器中放大、矯正，并通過V/F轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)榭垢蓴_的PFM――測量信號，這個電流脈沖PFM――測量信號通過兩線制線路輸送給脈沖頻率調(diào)制器，經(jīng)過脈沖頻率調(diào)制器PFM解調(diào)，將頻率信號輸出給電腦顯示儀表，經(jīng)電腦顯示儀表運算處理后，即可獲得固體物料瞬時流量或?qū)?yīng)的4~20 mA電流信號給調(diào)節(jié)器進行PID調(diào)節(jié)。

      固體物料沖板流量計系統(tǒng)方框圖如圖1。

      2 電路分析（電路圖略）

      2.1 測量轉(zhuǎn)換器

      由放大器A₁A將差動變壓器產(chǎn)生的電壓（毫伏級正弦波）信號放大成幅度為3V的正弦波，經(jīng)A₁B電平比較后，產(chǎn)生幅度為5V的鋸齒波，再經(jīng)A₃A與非門整形后產(chǎn)生幅度為5V的方波。然后由A₄光電隔離，再經(jīng)A₅調(diào)制器把50~2 kHz的頻率信號疊加在二線制15V直流電源上，經(jīng)A₂驅(qū)動遠傳給電腦顯示儀表中增加的脈沖頻率調(diào)制器A₆上。

      2.2 脈沖頻率調(diào)制器

      由A6解調(diào)后，將15V直流電源上疊加的50~2kHz有效頻率信號分解出來，然后經(jīng)B與非門整形成5V方波。再經(jīng)光電隔離，輸出50~2 kHz的頻率信號給電腦顯示儀表，輸入端口A₀₁。

      脈沖頻率調(diào)制器的電源由電腦顯示儀表提供的直流電源為+5V，再由脈沖頻率調(diào)制器上DC/DC電源升壓后得到15V直流電源，提供給現(xiàn)場一次儀表的測量轉(zhuǎn)換器。

      2.3 電腦顯示儀表

      電腦顯示儀表把脈沖頻率調(diào)制器輸出的50~2 kHz頻率信號經(jīng)A₀₁、V_12C整形濾波后輸出給8253計數(shù)器，把50~2 kHz的頻率信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號給CPU單片機處理器進行數(shù)據(jù)處理，然后進行工程單位運算，通過數(shù)碼管顯示其固體物料的瞬時流量和計量時間段的累積量。

      3 改造后的沖板流量計特點

      1）固體物料沖板流量計的沖板密封安裝在輸料管道中，物料在輸送過程中，不存在失料、堵料等不利因素對稱重精度的影響，為準(zhǔn)確計量提供了保證；
      2）一、二次儀表為全密封型，有利于在粉塵大的環(huán)境中使用；
      3）一、二次儀表性能穩(wěn)定，故障率低；
      4）南儀自動化公司生產(chǎn)的電腦顯示儀表具有自動去皮功能，不需要人為調(diào)整差動變壓器鐵芯零點位置。

      4 調(diào)試和校驗

      首先在電腦顯示儀表中輸入計量程序和各參數(shù)。在沖板沒有物料前，操作電腦顯示儀表面板上的去皮按鍵，對其進行自動去皮3次，電腦顯示儀表自動檢測零點并輸入內(nèi)存，然后在相應(yīng)單元里預(yù)置各有關(guān)參數(shù)。

      系統(tǒng)運算公式為：

      式中：W――累積值；
               Q ――瞬時流量，kg/s；
                t ――運算的計量時間，s。

      這樣得到了測量時間段內(nèi)的累積值，如果第1次測量的累積值超過標(biāo)準(zhǔn)值4~0.5%的誤差范圍，則反復(fù)對其進行標(biāo)定系數(shù)修正，其修正計算公式為：

      P_T新 = P_T舊?a/b

      式中：a――標(biāo)準(zhǔn)值；
               b――累積值。

      然后將計算后的PT值輸入給電腦顯示儀表，重復(fù)以上校驗過程使其相對誤差在±0.5%范圍內(nèi)為止。相對誤差計算公式為：

      式中：δ――相對誤差；
               a――標(biāo)準(zhǔn)值；
               b――累積值。

      改造后的沖板流量計校驗結(jié)果如表1。

表1 改造后的沖板流量計校驗結(jié)果 

      在使用過程中，每次對固體物料沖板流量計進行校驗時，都能滿足±0.5%的誤差要求。計量結(jié)果精度高、穩(wěn)定性好，使用1年來沒有發(fā)生故障。

      5 結(jié)語

      1）只要計算研究進口儀表的原理和性能特點，在進口儀表發(fā)生故障損壞時，選用國產(chǎn)儀表進行改造，完全可以采用國產(chǎn)儀表替代進口儀表，且成本低、售后服務(wù)好。
      2）運用廣州南儀自動化公司皮帶秤電腦顯示儀表的自動去皮功能。在控制室操作按鍵就可以對系統(tǒng)進行零位調(diào)整，減少了人員的勞動強度，同時也提高了儀表測量精度。
      3）實物標(biāo)定非常方便，由于儀表穩(wěn)定性好、測量精度高、保證了儀表長周期的運行。