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具有接地電極的變送器
具有接地電極的變送器
之前結(jié)束的變送器都只有一對檢測流量信號(hào)的電極，其信號(hào)回路如圖3-41所示。從圖中可見，轉(zhuǎn)換器的輸入端重點(diǎn)C是接地的。變送器測量管內(nèi)的導(dǎo)電液體在電極A和B之間沒有明顯的接地點(diǎn)。事實(shí)上，它的接地是由導(dǎo)電液體本身經(jīng)變送器兩端的金屬管道與變送器測量管、外殼儀器跟大地接通。信號(hào)電纜屏蔽層既與變送器測量管連接，也與轉(zhuǎn)換器輸入端的C點(diǎn)接通。當(dāng)流體在交變磁場中切割磁力線產(chǎn)生焦慮感應(yīng)電動(dòng)勢時(shí)，假定某一瞬時(shí)的電動(dòng)勢e，且轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗無限大，則A、B兩電極上的電位分別為+e/2和-e/2.在電極A上，信號(hào)電流經(jīng)干擾調(diào)整電位器、電纜芯線、轉(zhuǎn)換器輸入端Z1x至C點(diǎn)，又經(jīng)電纜屏蔽層、測量管、兩端的金屬管道由導(dǎo)電的流體回到電極A，構(gòu)成一個(gè)回路。對電極B也同樣構(gòu)成一個(gè)回路，把信號(hào)加到輸入端Z2x上。

由此可見，變送器接地主要包含兩個(gè)方面：
1.當(dāng)流體切割磁力線產(chǎn)生流量信號(hào)時(shí)，是以流體本身作為零電位的，一個(gè)電極上產(chǎn)生正電勢，另一個(gè)電極上產(chǎn)生負(fù)電勢，不斷交替變化。因此，轉(zhuǎn)換器輸入端中點(diǎn)C必須與流體共處于零電位，這樣才能構(gòu)成對稱的輸入回路。
2.由于變送器的輸出信號(hào)很小，為了提高儀表抗干擾能力，輸入回路中的零電位必須接地，以大地電位為零電位。同時(shí)變送器的測量管外殼接地可以起屏蔽作用，減少外界和激磁系統(tǒng)本身的電磁場干擾。
為了提高電磁流量計(jì)的使用可靠性，除安裝時(shí)正確接地外，有的變送器帶有接地用的法蘭，用來代替變送器兩端的金屬管道，以保證滿足上述的要求。特別是當(dāng)工藝管道是用塑料等非金屬材料制成的，或管道上襯膠、涂絕緣防腐材料時(shí)，變送器必須在兩端裝上接地法蘭，否則便無法正常工作。現(xiàn)介紹另一種作用相仿、結(jié)構(gòu)不同的變送器，具有接地電極的變送器。這種變送器用接地電極代替接地法蘭，把流體原來在變送器兩端與地電位接通改為在變送器中心接地。
這種變送器的流體接地點(diǎn)應(yīng)該如何選擇呢？
當(dāng)流體在磁場中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢是，流體中的電位分布在某一瞬間可用圖3-42所示：兩電極上的電位分別為+e/2和-e/2，經(jīng)過軸心o而與電極連線相垂直的o'o"線是電位為零的等勢線（經(jīng)過o'o"直線與電極連接線想垂直的平面是電位為零的等勢面）。因此，接地電極應(yīng)安裝在零等勢線與測量管內(nèi)襯圓周相交點(diǎn)o'和o"上。
圖4-43為具有三個(gè)電極的變送器。其中A、B為檢測電極，C是接地電極，它與金屬測量管是接通的。此外，也有帶有四個(gè)電極的，其中兩個(gè)是接地電極。

具有接地電極的變送器的性能特點(diǎn)有：
1.變送器的測量管直接與流體導(dǎo)通，對流體的零電位起了保證作用。提高了變送器的抗干擾能力，在結(jié)構(gòu)上要比安裝接地法蘭的變送器簡單那，節(jié)省材料。但變送器中增加了接地電極后，對電極密封的可靠性、變送器的加工工藝等的要求更高了
2.這種變送器的另外一個(gè)特點(diǎn)是可以用來測量低電導(dǎo)率的介質(zhì)。

根據(jù)圖3-41，我們可以畫出變送器內(nèi)阻的等效電路（見圖3-44），圖中e1、e2分別為電極A和B對地的感應(yīng)電動(dòng)勢。變送器的內(nèi)阻是由被測流體的等效電阻r1-r5和等效電容C1-C5組成的：r1、C1為電極A和金屬管道之間沿電力線E'上的等效電阻和電容；r2、C2為電極A沿電力線E"上的等效電阻和電容；r4、C4和r5、C5分別為電極B與金屬管道之間沿電力線E'、E"上的等效電阻和電容；r3、C3為電極A、B之間被測流體沿電力線E上的等效電阻和電容。其中r1、r2、r5、r4與電極沿電力線;E'、E"到金屬管道之間的距離lE有關(guān)，距離lE越短，則r1、r2、r4、r5越小。因此，把接地點(diǎn)從變送器兩端的金屬管道移至變送器中間時(shí)，變送器的內(nèi)阻就可能減小。這樣，采用同樣輸入阻抗的轉(zhuǎn)換器，具有接地電極的變送器就可以測量電導(dǎo)率比較低的介質(zhì)。如果增加電極的面積，變送器的內(nèi)阻可以進(jìn)一步降低，但感應(yīng)電動(dòng)勢也會(huì)減小。下面我們介紹采用接地電極來測量低電導(dǎo)率介質(zhì)的兩種方案。

第一種方案如圖3-45所示。在測量管的中心軸上安裝了接地電極5，為了消除接地電極造成的電磁畸變，電極5在離磁場邊緣有足夠距離的地方與帶零電位的測量管接通。實(shí)驗(yàn)表明，這個(gè)距離應(yīng)為變送器內(nèi)徑的一至二倍。當(dāng)變送器信號(hào)回路斷開時(shí)，在電極3和4之間的感應(yīng)電動(dòng)勢為：

lE為電極與接地電極所在的等勢面OO'之間的平均距離。
第二種方案如圖3-46所示。兩個(gè)接地電極都沿著變送器測量管內(nèi)壁與檢測電極1、2對稱分布。為了減小內(nèi)阻和時(shí)流體總的電磁更加均勻，檢測電極是弧形曲面板狀電極，增加了與液體的接觸面，進(jìn)一步減小了變送器的內(nèi)阻。將接地電極做成窄的條狀，其長度與檢測電極一樣長。

上面介紹的這種具有接地電極和板狀檢測電極的變送器，被測介質(zhì)的電導(dǎo)率范圍擴(kuò)大至10^-5~10^-6S/cm,可用來測量酒精、甘油、聚酯等導(dǎo)電性能較差的化工原料。