廣東南方制堿有限公司是以生產輕質純堿、重質純堿、為主的化工企業。在重質純堿生產過程中，必須將進入水合機的輕質純堿進行動態計量，輕質純堿流量作為主變量，脫鹽水流量作為從變量，使加入水合機的輕質純堿和脫鹽水量成一定比例進行比值調節。投產初期，我公司采用了E+H公司生產的固體物料沖板流量計，使用幾年后，由于電腦顯示儀表發生故障，使得電腦顯示儀表的輸出信號（4~20 mA）不能與輕質純堿的瞬時流量成線性關系，所以不能進行自動比值調節，嚴重影響產品質量。為此，我們向E+H公司進行維修咨詢，但E+H公司已不再生產該固體物料沖板流量計了。已將該轉讓給美國拉姆齊公司。因此，我公司向拉姆齊公司購買1臺電腦顯示儀表，共花費人民幣6.5萬元，使用情況良好。在2002年因遭雷擊，電腦顯示儀表的CPU損壞，無法再繼續使用。如果再買該公司的儀表，一是費用太高，二是進口的儀表維修也不方便，不能滿足我公司連續生產的需要，因此，我們考慮用國產儀表來替代進口儀表。

      E+H公司固體物料沖板流量計操作手冊無電路圖提供，只提供了原理方框圖，通過我們對現場實物電路進行研究，繪制電路圖，知道了固體物料沖板流量計一、二次儀表傳輸信號是電流脈沖信號，它是兩線制的，即一次儀表是無源的，靠二次儀表提供電源，如果采用廣州南儀自動化公司生產的ICS系列電子皮帶秤的電腦顯示儀表來替代進口儀表，則必須對南儀公司生產的皮帶秤電腦顯示儀表進行改造。改造的方案是：對原有生產設備不作改動，E+H公司固體物料沖板流量計一次儀表不作改動，對南儀公司電腦顯示儀表增加1個15V直流電源給一次儀表供電和一個脈沖頻率調制器（PFM）對一次儀表的電流脈沖信號進行解調，解調后的信號送入電腦顯示儀表輸入端，因此，從原理上講，國產儀表可以取代進口儀表。

      改造完成后，通過實物校驗，達到了原來進口儀表的功能，且精度高、穩定性好，從1年的使用情況看，取得了很好的效果。改造費用為1.8萬元，比購買進口儀表節省了4.7萬元。

      1 沖板流量計組成及工作原理

      固體物料沖板流量由沖板、輸出軸、組合彈簧、差動變壓器、測量轉換器、脈沖頻率調制器、電腦顯示儀表組成。

      被測物料沖擊到沖料板上，這個力通過輸出軸作用到組合彈簧上，帶動差動變壓器中的鐵芯前后發生位移，從而感應出毫伏正弦波電壓信號。差動變壓器的交流電壓是由測量轉換器送電的，差動變壓器的輸出壓信號在測量轉換器中放大、矯正，并通過V/F轉換器轉變為抗干擾的PFM――測量信號，這個電流脈沖PFM――測量信號通過兩線制線路輸送給脈沖頻率調制器，經過脈沖頻率調制器PFM解調，將頻率信號輸出給電腦顯示儀表，經電腦顯示儀表運算處理后，即可獲得固體物料瞬時流量或對應的4~20 mA電流信號給調節器進行PID調節。

      固體物料沖板流量計系統方框圖如圖1。

      2 電路分析（電路圖略）

      2.1 測量轉換器

      由放大器A₁A將差動變壓器產生的電壓（毫伏級正弦波）信號放大成幅度為3V的正弦波，經A₁B電平比較后，產生幅度為5V的鋸齒波，再經A₃A與非門整形后產生幅度為5V的方波。然后由A₄光電隔離，再經A₅調制器把50~2 kHz的頻率信號疊加在二線制15V直流電源上，經A₂驅動遠傳給電腦顯示儀表中增加的脈沖頻率調制器A₆上。

      2.2 脈沖頻率調制器

      由A6解調后，將15V直流電源上疊加的50~2kHz有效頻率信號分解出來，然后經B與非門整形成5V方波。再經光電隔離，輸出50~2 kHz的頻率信號給電腦顯示儀表，輸入端口A₀₁。

      脈沖頻率調制器的電源由電腦顯示儀表提供的直流電源為+5V，再由脈沖頻率調制器上DC/DC電源升壓后得到15V直流電源，提供給現場一次儀表的測量轉換器。

      2.3 電腦顯示儀表

      電腦顯示儀表把脈沖頻率調制器輸出的50~2 kHz頻率信號經A₀₁、V_12C整形濾波后輸出給8253計數器，把50~2 kHz的頻率信號轉化為數字信號給CPU單片機處理器進行數據處理，然后進行工程單位運算，通過數碼管顯示其固體物料的瞬時流量和計量時間段的累積量。

      3 改造后的沖板流量計特點

      1）固體物料沖板流量計的沖板密封安裝在輸料管道中，物料在輸送過程中，不存在失料、堵料等不利因素對稱重精度的影響，為準確計量提供了保證；
      2）一、二次儀表為全密封型，有利于在粉塵大的環境中使用；
      3）一、二次儀表性能穩定，故障率低；
      4）南儀自動化公司生產的電腦顯示儀表具有自動去皮功能，不需要人為調整差動變壓器鐵芯零點位置。

      4 調試和校驗

      首先在電腦顯示儀表中輸入計量程序和各參數。在沖板沒有物料前，操作電腦顯示儀表面板上的去皮按鍵，對其進行自動去皮3次，電腦顯示儀表自動檢測零點并輸入內存，然后在相應單元里預置各有關參數。

      系統運算公式為：

      式中：W――累積值；
               Q ――瞬時流量，kg/s；
                t ――運算的計量時間，s。

      這樣得到了測量時間段內的累積值，如果第1次測量的累積值超過標準值4~0.5%的誤差范圍，則反復對其進行標定系數修正，其修正計算公式為：

      P_T新 = P_T舊?a/b

      式中：a――標準值；
               b――累積值。

      然后將計算后的PT值輸入給電腦顯示儀表，重復以上校驗過程使其相對誤差在±0.5%范圍內為止。相對誤差計算公式為：

      式中：δ――相對誤差；
               a――標準值；
               b――累積值。

      改造后的沖板流量計校驗結果如表1。

表1 改造后的沖板流量計校驗結果 

      在使用過程中，每次對固體物料沖板流量計進行校驗時，都能滿足±0.5%的誤差要求。計量結果精度高、穩定性好，使用1年來沒有發生故障。

      5 結語

      1）只要計算研究進口儀表的原理和性能特點，在進口儀表發生故障損壞時，選用國產儀表進行改造，可以采用國產儀表替代進口儀表，且成本低、售后服務好。
      2）運用廣州南儀自動化公司皮帶秤電腦顯示儀表的自動去皮功能。在控制室操作按鍵就可以對系統進行零位調整，減少了人員的勞動強度，同時也提高了儀表測量精度。
      3）實物標定非常方便，由于儀表穩定性好、測量精度高、保證了儀表長周期的運行。