具有接地电极的变送器
具有接地电极的变送器
之前结束的变送器都只有一对检测流量信号的电极，其信号回路如图3-41所示。从图中可见，转换器的输入端重点C是接地的。变送器测量管内的导电液体在电极A和B之间没有明显的接地点。事实上，它的接地是由导电液体本身经变送器两端的金属管道与变送器测量管、外壳仪器跟大地接通。信号电缆屏蔽层既与变送器测量管连接，也与转换器输入端的C点接通。当流体在交变磁场中切割磁力线产生焦虑感应电动势时，假定某一瞬时的电动势e，且转换器的输入阻抗无限大，则A、B两电极上的电位分别为+e/2和-e/2.在电极A上，信号电流经干扰调整电位器、电缆芯线、转换器输入端Z1x至C点，又经电缆屏蔽层、测量管、两端的金属管道由导电的流体回到电极A，构成一个回路。对电极B也同样构成一个回路，把信号加到输入端Z2x上。

由此可见，变送器接地主要包含两个方面：
1.当流体切割磁力线产生流量信号时，是以流体本身作为零电位的，一个电极上产生正电势，另一个电极上产生负电势，不断交替变化。因此，转换器输入端中点C必须与流体共处于零电位，这样才能构成对称的输入回路。
2.由于变送器的输出信号很小，为了提高仪表抗干扰能力，输入回路中的零电位必须接地，以大地电位为零电位。同时变送器的测量管外壳接地可以起屏蔽作用，减少外界和激磁系统本身的电磁场干扰。
为了提高电磁流量计的使用可靠性，除安装时正确接地外，有的变送器带有接地用的法兰，用来代替变送器两端的金属管道，以保证满足上述的要求。特别是当工艺管道是用塑料等非金属材料制成的，或管道上衬胶、涂绝缘防腐材料时，变送器必须在两端装上接地法兰，否则便无法正常工作。现介绍另一种作用相仿、结构不同的变送器，具有接地电极的变送器。这种变送器用接地电极代替接地法兰，把流体原来在变送器两端与地电位接通改为在变送器中心接地。
这种变送器的流体接地点应该如何选择呢？
当流体在磁场中运动产生感应电动势是，流体中的电位分布在某一瞬间可用图3-42所示：两电极上的电位分别为+e/2和-e/2，经过轴心o而与电极连线相垂直的o'o"线是电位为零的等势线（经过o'o"直线与电极连接线想垂直的平面是电位为零的等势面）。因此，接地电极应安装在零等势线与测量管内衬圆周相交点o'和o"上。
图4-43为具有三个电极的变送器。其中A、B为检测电极，C是接地电极，它与金属测量管是接通的。此外，也有带有四个电极的，其中两个是接地电极。

具有接地电极的变送器的性能特点有：
1.变送器的测量管直接与流体导通，对流体的零电位起了保证作用。提高了变送器的抗干扰能力，在结构上要比安装接地法兰的变送器简单那，节省材料。但变送器中增加了接地电极后，对电极密封的可靠性、变送器的加工工艺等的要求更高了
2.这种变送器的另外一个特点是可以用来测量低电导率的介质。

根据图3-41，我们可以画出变送器内阻的等效电路（见图3-44），图中e1、e2分别为电极A和B对地的感应电动势。变送器的内阻是由被测流体的等效电阻r1-r5和等效电容C1-C5组成的：r1、C1为电极A和金属管道之间沿电力线E'上的等效电阻和电容；r2、C2为电极A沿电力线E"上的等效电阻和电容；r4、C4和r5、C5分别为电极B与金属管道之间沿电力线E'、E"上的等效电阻和电容；r3、C3为电极A、B之间被测流体沿电力线E上的等效电阻和电容。其中r1、r2、r5、r4与电极沿电力线;E'、E"到金属管道之间的距离lE有关，距离lE越短，则r1、r2、r4、r5越小。因此，把接地点从变送器两端的金属管道移至变送器中间时，变送器的内阻就可能减小。这样，采用同样输入阻抗的转换器，具有接地电极的变送器就可以测量电导率比较低的介质。如果增加电极的面积，变送器的内阻可以进一步降低，但感应电动势也会减小。下面我们介绍采用接地电极来测量低电导率介质的两种方案。

第一种方案如图3-45所示。在测量管的中心轴上安装了接地电极5，为了消除接地电极造成的电磁畸变，电极5在离磁场边缘有足够距离的地方与带零电位的测量管接通。实验表明，这个距离应为变送器内径的一至二倍。当变送器信号回路断开时，在电极3和4之间的感应电动势为：

lE为电极与接地电极所在的等势面OO'之间的平均距离。
第二种方案如图3-46所示。两个接地电极都沿着变送器测量管内壁与检测电极1、2对称分布。为了减小内阻和时流体总的电磁更加均匀，检测电极是弧形曲面板状电极，增加了与液体的接触面，进一步减小了变送器的内阻。将接地电极做成窄的条状，其长度与检测电极一样长。

上面介绍的这种具有接地电极和板状检测电极的变送器，被测介质的电导率范围扩大至10^-5~10^-6S/cm,可用来测量酒精、甘油、聚酯等导电性能较差的化工原料。