1 引言 在工业生产和科研测量中，经常遇到小流、低雷诺数的流量测量、转子流量计由于具有灵敏度高测量范围宽、压力损失较小且恒定。测量介质种类多、工作可靠、维护简便、对仪表前直管段要求不高等优点，已被广泛应用。 转子流量计的浮子位移与流量之间存在明确对应的函数关系，测出浮子位移即可确定流量大小。转子流量计按照锥管材质不同，分为玻璃管转干流量计和金属管转子流量计。玻璃管转子流过计浮子的位移可直接读出，一般用来测量低压、常温、不带颗粒悬浮物的透明液体或气体。但由于它只适用于就地指示，不能远传流量信号，个能用于测量高温、高压及不透明流体．所以在工业生产中广泛采用金属管转子流量计。 电远传金属管转子流量计可以连续测量封闭管道内液体、气体或蒸汽的流量，既能就地指示，又能远传信号，可实现流量测量的远距离显示、记录、积算、调节控制等功能。由于流量计的浮子位移不能直接读出，所以将磁钢封入浮子内，由设在转换器内的磁耦合机构得到浮子位移、并由位移传感器将与流量对应的浮子位移转换成电信号远传输出。 目前常用的地移传感器有两种：差动变压器式传感器和电容式角位移传感器；但是使川这两种位移传感器检测浮子位移都无法实现流量计的转换器全电子化、小型化以及在此基础上的智能化。为此，排出了采用霍尔传感器检测浮子位移的新方法。 2 差动变压器式传感器的应用方法 采用差动变压器式传感器进行浮子位移检测的流量计的工作原理见图1。 当被测流体自下而上流过锥管1时，浮子2就产生位移，浮子的位移通过磁钢4、5的耦合传给平衡杆6。应当指出，此时位移和流量的关系为非线性，所以要通过四连杆机构8、9、10修正才能使指针11有线性流量指示。再通过第二套四连杆机构13、14、15的传动，带动差动变压器的铁芯16产生位移，差动变压器输出的差动电势经测量电路即电转换单元转换后，输出标准电流信号，供远传显示、调节之用。 差动变压器测量电路的原理如图2所示。 差动变压器是位移检测和电子转换的主要部件，为了提高其精确度，采用广泛使用的串联型负反馈稳压电路和1kHz振荡器；为了达到改变极性，正负调零，减少零点残余电压影响，充分利用差动变压器线性部分的目的，采用了半波差动整流电路和相敏检波解调电路。输出电流经反馈产生电压信号与输入电压信号比较，可以提高测量精确度。 为了减少元器件数量，提高电路可靠性和电路性能，测量电路可选用专用集成电路，如ADI公司生产的单片式位移差动变压器信号调理电路AD598。目前，国内已研制出集成度更高的专用模块电路，采用单列直插式封装，可简化线路板，减小体积，并大大减少了焊点，从而提高了可靠性，实现了电源、负载共线的标准两线制信号输出。 由于原理和结构的限制，差动变压器构成的位移检测系统很难达到防爆要求，这对应用于现场的金属管转子流量计来说无疑限制了其在易燃易爆等危险场所的使用。 3 电容式角位移传感器的应用方法 采用电容式角位移传感器进行位移检测的流量计的工作原理见图3。 当流体自下而上流过锥管1时，引起浮子2产生位移，浮子位移通过磁钢4、5的耦合传给平衡杆6，经过凸轮7的非线性修正和调整件8的传动，将与流量对应的浮子位移转换成角位移后传递给电容式角位移传感器9，角位移传感器将角位移信号转换为与流量值线性对应的标准电流信号输出远传。 电容式角位移传感器的工作原理如图4所示。可变电容器C是一个变面积型电容传感器，为了提高灵敏度，采用差动式结构。角位移α传送给可变电容器的转子Z，然后再转换成对应于角度的电容值；信号发生器P产生两组相位相反的2kHz的方波电压，供可变电容器使用。转子的转动会引起放大器A1输入变化，信号放大后经同步整流滤波器U变为直流电压，再经输出放大器A2转换成不随负载变化的标准直流电流。基准电压源Uk为电路提供稳定的电压。 电容式角位移传感器的主要性能要求如下： 输入信号（转角）：0°～30°； 电容式角位移传感器构成的位移检测系统不仅具有结构简单、转换精度高、调整方便、性能稳定、工作可靠等优点，而且可以做成本安型或隔爆型防爆结构，扩大了流量计的使用范围。 上述两种位移传感器要获得与流量对应的位移信号，都需要通过磁钢耦合以及相应的非线性修正和传动等机械机构来实现，这会造成转换器传动环节多，结构复杂，存在摩擦力，使回差增大，从而降低了流量计的测量精度。 4 霍尔传感器的应用方法 为了进一步提高流量计的测量精确度，减少回差，简化转换器结构，可采用霍尔传感器作为浮子位移检测元件构成一种全电子式智能化流量计。该流量计采用线性霍尔传感器检测浮子位移，配合单片机应用系统，完全去掉了磁钢耦合、非线性修正及传动等机械机构。其工作原理如图5所示。 当被测流体自下而上流过锥管时，浮子产生位移，通过线性霍尔传感器的磁力线角度就会发生变化，从而使霍尔传感器输出相应电压。该输出电压输入到单片机应用系统进行处理后，可输出与流量对应的标准电流信号，也可通过标准通信接口进行数据远程交换。 因为封入浮子中的磁钢的磁感应强度随着被测介质温度的变化而变化，长期使用后，还会产生退磁、因此，采用霍尔传感器检测浮子位移时，必须消除磁钢磁感应强度变化的影响。另外，霍尔传感器的霍尔灵敏度系数也会随着温度的变化而变化，因此，采用霍尔传感器检测浮子位移时，必须同时消除霍尔灵敏度系数变化的影响。为此，在流量计的转换器中对应浮子位移范围中间位置处放置两个特性一致的霍尔传感器，两个霍尔传感器的磁敏感面互成90°。霍尔传感器的输出电压为： E1＝K1·I1·B1·sinθ E2＝K2·I2·B2·sin（90°－θ） 式中： K1、K2为霍尔灵敏度系数； θ为磁力线相对于霍尔传感器的磁敏感面的倾斜角。因为两个霍尔传感器选用特件一致的同一型号霍尔传感器，采用同一激励电流，处于同一高度位置，所以有K1=K2，I1=I2，B1=B2。因此可得 E1/E2=sinθ/sin（90°－θ）=sinθ/cosθ=tgθ=arctg（E1/E2） 可见，由E1、E2可求出磁力线的倾斜角。 随着浮子上升，通过霍尔传感器的磁力线的角度顺时针变化。求出倾斜角θ 就可以得到浮子的位移。 线性霍尔传感器将浮子位移转换成电压信号。由放大器放大后经ADC转换成数字量，由16位MCU进行运算处理和非线性修正后求得流量值，一方面送LCD显示器显示，另一方面送入DAC转换成模拟量，再经输出转换电路转换成标准电流信号输出。另外．还可通过串行通信接口与上位机进计数据交换。 由于采用霍尔传感器进行位移检测，使流量计的转换器不需要任何可动的机械零件，实现了全电子化和小型化，大大降低了回差；采用16位单片机进行线性修正和运算，使流量计的精确度由2.5级提高到1.5级。 5 结束语 由以上分析可见，电容式角位移传感器在流量计中的应用．简化厂流量计的结构，扩展了流量计的使用范围；霍尔传感器在流量计中的应用，使流量计实现了小型化、智能化，并使得开发现场总线型的流量计成为可能。 参考文献 1 马西秦，许振忠.自动检测技术.机械工业出版社. 200. 
输出信号（两线制）：4～20mA.DC；
负载电阻：250～600Ω；
电源电压（标准）：24VDC；
环境温度：-10～+55℃。
基本误差：±0.5%F.S；
回差：±0.5%F.S；
重复性误差：±0.25%F.S；
温漂：±0.03%F.S/ ℃。
I1、I2为霍尔元件的激励电流；
B1、B2为霍尔传感器所处位置的磁感应强度；
2 王福瑞.单片机测控系统设计大全.北京航空航天大学出版社.1998.
3 肖兴达.李继方.董振红.基于霍尔传感器的金属管转子流量计的设计.传感器技术.2004.8.
