冲板流量计是80年代初，由原联邦德国E+H公司，首先研制的一种先进的散状固体物料质量流量动态秤。理论依据充分，测量原理先进，但传统冲板流量计的变送器和传感器，受当时技术条件限制不够先进，采用的是差动变压器传感器和常规电路变送器，电路转换次数太多精度不高，随着科学技术的发展，新型传感器和大规模集成电路的出现，使的传统常规仪表升级换代成为可能。
1 冲板流量计的测量机理
冲板流量计的测量机理如图1所示。
图1 冲板流量计工作原理图
当物料从高度为h处，以自由下落方式冲击冲击板时，有冲击力F1
（1）
F1可以分解为一个重力Fp和一个水平分力Fm。
（2）
式中：Fm为物料落在冲击板的水平分力；qm为物料的质量；α为落料角；β为冲击板与水平面夹角；g为自由落体加速度；h为垂直距离。
从式（2）看出，仪表制造安装完成后α，β，h皆为常数，Fm与瞬时流量成正比并且线性，Fm的大小，不受被测物料的（如种类、密度、粒度、）等因素变化的影响，是散状固体物料在连续动态情况下在线测量最为理想的测量方法。
2 传统冲板流量计变送器的结构
采用的是差动变压器传感器，当固体物料冲击冲板时，浮动框架与冲板一起前后摆动，浮动框架的摆动带动差动变压器的磁芯左右移动，磁芯偏移对称位置时，差动变压器有信号输出到变送器。变送器包括震荡、稳幅、放大、信号调制、电平比较、检波、滤波、波形整形和V/F等电路转换成脉冲频率信号，采用两线制输出，将频率信号输出给积算仪表，经积算仪表运算处理后，即可获得固体物料瞬时流量或对应的4～20mA电流信号，给调节器进行PID调节。电路太复杂，转换次数太多，使得精度和线性度都下降。
3 新型冲板流量计变送器的设计
新型变送器选用低漂移4～20mA两线制专用芯片XTR101，XTR101是美国BB公司推出的包含有仪用放大器在内的4～20mA的U/I转换单片集成电路，片内集成有精密的恒流源、匹配精密电阻和放大器，可以将压力传感器的差分形式的毫伏级电压信号直接转换为4～20mA电流输出信号，由于输出的4～20mA电流信号，所以可远距离传送。
输入采用差分式，可以直接输入毫伏电压信号。对热电偶、热电阻、压力应变、电桥等传感信号直接放大变送，是一种比较理想的变换器件。
3.1 XTR101的功能特征
电压漂移≤30V；温度漂移≤0.75μV/℃；非线性失真≤0.01%；电源和信号输出共用2条线；向外提供2个独立的1mA恒流源；输出电流4～20mA；工作环境温度-40～+85℃；电压范围11.6～40V。
3.2 XTR101的工作原理及计算
XTR101的内部简化电路结构如图2所示。
图2 XRT101内部结构
N1、N2运算放大器作为仪用放大器，由N3、R1和R2构成电流源，由于运算放大器在线工作时，其两个输入端电位近似相等，当输入信号分别加N1、N2运放的两相端时，6、4脚是等电位，5、3脚是等电位。故量程调节端5、6脚电位差即为输入信号Ui，并形成量程电流（IS=Ui/RS）。当Ui=0时，内部与两路恒流源（分别为1mA）I1、I2一起输出电流时I0=4mA（变送器的零位输出），当Ui不为零时，则有电流IS流过Ui使输出电流I0增加。为使在满量程输入，即Ui为最大时，I0达到20mA的标准满量程电流，可以通过确定RS量程电阻实现。RS可由下式计算：
（3）
取I0=I0max=20mA，Ui=Uimax即可得RS值。
4 传感器的选择及安装形式
传感器采用技术成熟，精度高，成本低，应用广泛的应变式称重传感器，其主要特点，结构简单紧凑，体积小，过载能力大。称重传感器大量使用桥式电路。它的激励电源根据补偿方法的不同分为恒压供电和恒流供电两种形式，XTR101则提供的是1mA和2mA恒流源，因此比较适合恒流供电形式的称重传感器，XTR101适合满量程输出为10～100mV的称重传感器，这两点选择传感器时需要注意。
应变式称重传感器安装在冲击板上，称重传感器可将作用于其上的重力变为线性的毫伏电压输出，该信号经过变送器转换成4～20mA标准信号送至积算仪，积算仪计算出瞬时流量和累积流量并显示。
5 实验电路
具体电路如图3所示。
D—保护二极管防止电源接反；C1，C2—旁路电容；RS—量程电阻
图3 实验电路
6 结束语
XTR101可以很方便地把各种线性的差动毫伏信号，直接转换成4～20mA的标准电流输出信号。采用XTR101的变送器不但线路简单，而且稳定可靠，调整方便，且不易受干扰而深受用户的欢迎。
冲板流量计测得与固体流量成正比的线性毫伏信号，该信号经过变送器转换成4～20mA标准信号送至积算仪，积算仪可以选择通用型智能流量积算仪表，通用型多功能智能流量积算仪表是一种计量用的二次仪表，与一次传感器配合可以计量液体或气体的质量流量和体积流量。品种较多，选择范围宽，广泛应用在工业生产各个领域，选择这样的流量积算仪不但可以大幅度降低成本、提高精度、增加可靠性，操作也相对容易，而且很容易实现与上位计算机通讯。
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