FAP-core在机械式多流束单流束热量表上的应用

http://www.intl-sensor.com 时间:2011/11/30 17:34:04 点击5356次

FAP-core在流量流计量上既简单又有效的可靠用法

FAP-core是高技术指标的微功耗高精度数字位移传感器的内核。原9723产品的所有功能都是由它实现完成的，原9723产品是FAP-core的一种应用方式。FAP-core构成的系列传感器具有以下特点：微功耗、宽电压、探测精度高、耐大温差、抗干扰能力强，探测距离远，测量精度高，寿命长。FAP-core适用于多种流量计，应用面更宽，而且更加灵活，应用更加方便。

FAP-core采样原理：

由FAP-core构成的传感器基本结构包括两个部分：采样器内核与采样结构

1、 采样器内核

采样器内核是完成与实现采样信号发生、发射和返回信号的处理，其中涉及到采样信号发射和返回前后的频率、幅度及相角的变化处理，对于这些变化的识别与分离测量信号，并确认分离出的测量信号在满足一个采样量时输出一个数字量测量信号。

2、 采样结构

采样结构是由一个专用采样探头和在被测物体上一个特殊几何结构的识别体构成。

① 专用探头，是用来专门发射与接收来自FAP-core的探测信号，这是一个超声波段的电磁波，选用这波段是为了针对某些种类材料的，具有良好的穿透性，特别是某些塑料材料。由直径很小的发射头发出一束聚焦了的采样电磁波，探测到被测物体上识别体（下文中称为识别体），形成一个同频率相位相反的电磁场，当探头的发射头正对识别体时，感应出的反电磁场强度最强最有效。探头与识别发生相对位移时，由于正反电磁场的作用，发生多普勒效应产生频率、幅度与相角变化，为准确采样提供了有效的采样特征量以完成精确采样。

② 识别体，在被测物体上一个特殊几何结构的识别体，最好的结构是同心闭合金属线圈，直径与探头直径大体相当；导线的线径越小越好，线圈的匝数最少是1~3圈即可准确采样，线材为高温漆包线。这种结构可以作为位移传感器最佳。

③ 对于巨大用量叶轮式流量计基表来说，业内叫做无磁基表，特别是热量表、智能水表。它的主要结构是在叶轮上放上半圆形的金属片用来采样。其实这种用绝对不是最佳用法。在此给大家介绍几种相应的结构，以便于更好发挥该传感器的作用。

如图下图所示：

图2、图3均早期应用至今的方法。

分析如下：图2比较常见，但很难做到使叶轮平衡转动，每圈只发生1个脉冲。

图3也不少，可以较好的做到使叶轮平衡转动，每圈可以发生2个脉冲。

上述两种情况的采样原理是电磁波到达金属上在金属片表面形成安培分子电流（原子电流）而形成反电磁场，同样是正反电磁场的相互作用而完成采样。在此形成反电磁场的安培分子电流，基本上只有金属表上才是有效部分，所以金属片越薄采样效果越好，采样距离越远，同对叶轮转动的影响越小，对于提高测量精度和基表寿命大有好处。如果金属片比较厚，就是有大量的电磁波能量被金属吸收转化热量，这样不仅影响采样，而且，增加叶轮的重量负荷，从而，使精度和寿命均降低。

图4-1，图4-2，一个效果比较好又容易实现的基表方案

分析如下：这种应用方式可以使叶轮转动平衡，叶轮使用寿命增长，而且，测量更精确，发出的脉冲数可以是2、3、4、5，根据目前市场上现行基表叶轮转速，以及FAP-core 300Hz的采样频率，现行的基表叶轮每转达到8 个脉冲是可以实现的，但要求按圆孔或金属圆片尺寸放得下、摆得开。这种用法不仅制造容易，而且，对于叶轮每圈的计量分辨度提高数倍，对于测定基表小流量，出厂检定时只需要几升水就可完全解决，能大大提高生产制造效率。这样最实惠的是用户，在真正意义上使用户产品的精度、寿命和制造效率都得到提高，用需要做的仅仅是对流量系数简单修改。

这种应用方法，完全适用现行的多流束和单流束表，而且，单流束表叶轮转动平衡问题大有改善。对于这类基表的应用是目前热量表、智能水表运行可靠、计量精确，生产制造技术成熟的，关于机械表在实际应用中堵塞的情况，根据实际应用很快就会证明了，机械表最不易堵塞的，也不怕水质差而结垢。要远远优于其他类型的表。而且，这类表成本低廉，非常适合我国的实际应用环境。一定不会像其他类型的表，潜在问题那么严重，在目前条件下解决不了的问题那么多。

图4-1，图4-2，应用方案，也以很好地直接引用到加油机，以及其他类型的叶轮流量计上。

采样原理分析：

图4-1，图4-2，所示采样结构，更有利于反电磁场的有效形成。探头发射出的聚焦了的电磁波束到达识别体（带多孔的金属圆盘）后，在圆孔内沿激励产生出更加稳定的、方向性更集中的、强度较大反电磁场。在有金属的部分，除少量能量被吸引外大部分会在圆孔内沿集积，以用来形成反电磁场，所以，会在探测区域内、外形更大对比度，圆孔圆心与探头发射点圆心正对时最强。从而，识别更加准确，抗干扰能力增加数倍。

图4-2，与图4-1在原理上的区别仅仅是在圆金属片的外沿形成激励产生出的稳定的、方向性集中的、强度较大的反电磁场。已有的工程师，在实际应用中，为了生产时容易安装薄金属片，将多个圆形金属片做成连接在一起的，实测结果效果也不错，我估计可能不如金属圆片单个放置效果好点，因为，激励电荷可能有所分散，制作薄金属圆片的模具可能的复杂不少，生产中安装不见的省事。请各用户在实际去验证，可能还有更好方式方法，这里只要求符合采样原理就行。

见于图2、图3、图4应用实例，均对采样器电磁波振荡幅度的要求并不苛刻。

一、 FAP-core的技术指标

(1) 工作电压：DC 2.0～12V 推荐DC 2.0～5V

(2) 平均工作电流：5～7μA，

(3) 采样方式: 无磁性采样。探测物质：不锈钢、铝、铜、铁等，

(4) 标准探测距离：5mm

(5) 上电复位时间：1s <t<5s，采样时间可控范围3ms～120s

(6)，输出信号类型：

稳幅方波；信号幅度：高电平不小于工作电压的80% ，低电平0.1V。

高阻抗输出：输出阻抗：600KΩ；

信号输出频率：（0～300）Hz。

⑺ 远传输距离不小于30m。

(8) 工作温度范围：–25～125℃（可以根据不同用户，–40～125℃）

(9) 计量精度高及抗干扰能力强。

二、 FAP-core的安装使用

1、FAP-core主机板的应用

FAP-core是体积很小，安装应用非常方便，芯片贴片封装形式，可以直接焊在各类型计量仪表主板上，占用电路板面小于25×25mm，只需要用φ0.1的两芯屏蔽线（长度：100~250mm）连接探头，基表上只安装一个探头，接大地专用地线在靠近探的双芯屏蔽线的一端，并与屏障层相连接，在屏蔽线的另一端，接地线叉子要用螺丝钉拧在基表外上。屏蔽层要与FAP-core电路第3管脚连接（即，接大地PIN），应用非常方便，安全可靠，不受任何基表类限制，并且成本低。

如图：

2、FAP-core外形尺寸

3、由于FA FAP-core在各类基表上应用（仅供参考）

P-core是芯片封装形式，因此可以以器件方式装入各类传感器外壳，以适用各类不同的基表，满足不同客户的需求，如图所示，接线方式和使用方法与老9723同。

4、对于没有特定的传感器外壳的异型基表，可以采用如图所示方式，探头分装来满足应用要求，特别是各类大口径基表更为方便。接线方式和使用方法与老9723同。

三、注意事项：

必须接地线，即：接大地，将相应的专用地线（该地线在FAP-core内部是电源隔离的）连接到基表壳体上，目的是放掉静电。由于液体在管道内高速流动（相对位移），极易产生静电，特别在热量表管道上。接地非常利于抗共模干扰。

四、FAP-core现已批量生产，生产商与产品供应商：北京同创友谊科技有限公司

联系电话：010-62538756 010-62645199 传真：010-62630947

联系人：刘先生手机：13910897278

设计人：谭慧勇咨询电话：18653199758

声明：本文章的版权归属于谭慧勇所有，但允许转载。

2011年8月26日星期二于济南

FAP-core在机械式多流束 单流束热量表上的应用

FAP-core在机械式多流束单流束热量表上的应用