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矿用防爆电磁流量计励磁电路设计
发布时间：2020-3-24 08:19:10

[摘要]电磁流量计以其优良的性能广泛应用于各行各业，但是由于其原理特性，尤其是励磁电流的存在，限制了其在煤矿、选矿等安全要求较高场所的应用。本文介绍一种矿用防爆电磁流量计的本质安全励磁电路.
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。
防爆电磁流量计测流原理图
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一磁场密度(T)
D一管径(m)
V一流速(m/s)
流体流量为:
Q=3600XVxSm/h
式中:S一管道截面积(m°)
则:
Q=3600XUXS/(BD)m%/h
　　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。
防爆电磁流量计励磁线圈图示
　　一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
防爆电磁流量计传感器剖面图
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[]�？笥帽局拾踩筒芬霰局拾踩阅芗煅椋渲斜景不鸹ㄊ匝槭亲钪匾募煅橄钅恐�。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，便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.
防爆电磁流量计传感器电器部分
　　其电参数主要是电阻和电感，电阻值为40-600(两线圈串联)，电感量为100-300mH，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(0.7V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用。
　　这里，采用一种新型的瞬态电压抑制器(TransientVo1tageSuppressor)，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，它能以极高的速度(最高达1/101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(0.1V)、泄放能里强(几A到几百，最重要的一点，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452.情况下，线圈工作电压为5.625V，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，钳位正确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
　　防爆电磁流量计在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�；ご胧拗颇芰渴涑霾⑻峁┠芰啃狗呕芈�，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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