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白酒灌装生产线霍尔效应旋转活塞式流量计故障



  某白酒灌装生产线上的霍尔效应旋转活塞式流量计经常损坏,严重影响白酒灌装厂家的生产效率和产品质量,并对该公司的声誉造成了不良影响,该公司在对灌装设备的电路和结构上进行了多次改进,但是都没有取得理想的效果。通过对故障流量计的分析和测试,找出了霍尔效应旋转活塞式流量计的故障原因,并提出了改进措施,取得良好的效果。

1、霍尔效应旋转活塞式流量计:

  旋转活塞式流量计(如图 1 所示)是容积式流量计的一种,它的转子是一个定容积的容器,每转动一周,排出固定体积的流体,因此可以据此计算出旋转活塞式流量计单位时间内的流量或者一定时间内的流量[1]。旋转活塞式流量计的计量精度较高,常应用于昂贵介质或需要精确计量的场合,广泛应用在石油、化工、涂料、医药、食品等工业部门。
图 1	霍尔效应旋转活塞式流量计
图 1 霍尔效应旋转活塞式流量计
  旋转活塞式流量计除了机械部分外,为了与控制器(PLC、单片机等)相连接,还必须有计数单元和信号处理单元,霍尔传感器体积小、成本低,灵敏度较高[2],容积式流量计的计数单元一般是采用霍尔传感器。这种流量计一般是在流量计的转子上放置永磁体,转子转动时,霍尔元件对变化的磁场产生反应,产生脉冲信号,脉冲信号经过滤波、放大、整形后输出给控制器。

2、霍尔效应旋转活塞式流量计信号处理电路:
  霍尔效应旋转活塞式流量计信号处理电路如图2 所示,为提高流量计的稳定性和可靠性,该流量计的电路板上环形排列有六个单极性霍尔传感器58005,流量计的转子通过偏心拨杆拨动环形磁铁,环形磁铁的磁极沿圆周方向交替排列,磁铁转动时,霍尔开关输出脉冲信号,六个霍尔传感器输出的六路信号输送到或门 4078,然后通过或门 4078 输出脉冲序列。开关电源的输出电压为 24 V,三端稳压器78L12 输出电压为 12 V,齐纳稳压管 1N4737 的电压降是 8 V 左右,使三端稳压器 78L12 的输入电压为16 V,保证稳压器能正常工作[3]。
图 2	信号处理电路
图 2 信号处理电路

3、霍尔效应旋转活塞式流量计故障检测及排除:
 该灌装生产线上装有多个霍尔效应旋转活塞式流量计,在使用过程中,经常会有流量计损坏,没有信号输出给控制设备 PLC,而且这种损坏不是出现在固定的某个位置上,而是随机的。采用示波器对故障流量计进行检测,信号输出端没有信号输出,而正常的流量计的信号输出端输出占空比约为 50%的脉冲信号,幅值约为 3 V,坡顶较平。用万用表测量三端稳压器 78L12 的输出电压为0 V,78L12 上的电压降为 22.9 V,齐纳稳压管端电压为 0.6 V.根据检测结果,初步推断稳压器 78L12、齐纳稳压管 1N4737 已经损坏,不排除功放 BCP54 和霍尔传感器损坏。
  用示波器检测 6 个霍尔传感器的输出端,都有脉冲输出,霍尔传感器没有损坏。
  根据初步的检测结果,更换稳压器 78L12 和齐纳稳压管 1N4737.
 
先更换稳压器 78L12,检测其输出电压为 12.1 V,稳压器工作正常,证明原来的稳压器已损坏;但是经检测发现稳压器 78L12 上的压降接近 11 V,过高的压降使 78L12 发热严重;齐纳稳压管端电压为 0.6 V,齐纳稳压管应该已经击穿 。更换齐纳稳压管1N4737,再检测稳压器 78L12 的输出电压,为 12.1 V,压降接近 3 V,发热很小,稳压管工作正常;齐纳稳压管端电压接近 8 V,齐纳稳压管工作正常。

  此时,检测流量计的信号输出端有信号输出,与正常流量计的信号波形接近,只是坡顶不平直,坡顶近似正弦波,关闭流量计电源,示波器显示有正弦波,说明流量计存在干扰。经检查,发现流量计的地线没有与流量计的壳体连接,从而对输出波形造成干扰,将流量计壳体与地线相连,干扰消失,波形与正常流量计的波形相同。

 至此,通过检测和替换元件,证明稳压器 78L12 和齐纳稳压管 1N4737 损坏。检测多个故障流量计,发现都是稳压器 78L12 和齐纳稳压管 1N4737 损坏,其中小部分地线没有接机壳。

4、故障原因分析:
  通过对生产现场的考察,发现该白酒灌装生产线上的霍尔效应旋转活塞式流量计与电磁阀使用的是同一个 24 V 开关电源,而电磁阀是感性元件,对电源和连接在同一电源上的其他元件存在较大电流冲击[4],而且霍尔效应旋转活塞式流量计的电路设计并没有考虑这一点,没有保护电路,从而导致稳压器和稳压管由于过大电流冲击损坏,部分流量计的地线没有正确接地,从而使流量计更容易损坏而且也会对输出波形造成干扰,影响控制精度。
 为避免电磁阀对流量计造成电流冲击,霍尔效应旋转活塞式流量计和电磁阀分别使用独立的 24 V 电源;同时对流量计的接地情况进行检查,以确保可靠接地。通过采取以上措施,基本避免了灌装设备上的霍尔效应旋转活塞式流量计损坏。