具有接地電極的變送器
具有接地電極的變送器
之前結束的變送器都只有一對檢測流量信號的電極，其信號回路如圖3-41所示。從圖中可見，轉換器的輸入端重點C是接地的。變送器測量管內的導電液體在電極A和B之間沒有明顯的接地點。事實上，它的接地是由導電液體本身經變送器兩端的金屬管道與變送器測量管、外殼儀器跟大地接通。信號電纜屏蔽層既與變送器測量管連接，也與轉換器輸入端的C點接通。當流體在交變磁場中切割磁力線產生焦慮感應電動勢時，假定某一瞬時的電動勢e，且轉換器的輸入阻抗無限大，則A、B兩電極上的電位分別為+e/2和-e/2.在電極A上，信號電流經干擾調整電位器、電纜芯線、轉換器輸入端Z1x至C點，又經電纜屏蔽層、測量管、兩端的金屬管道由導電的流體回到電極A，構成一個回路。對電極B也同樣構成一個回路，把信號加到輸入端Z2x上。

由此可見，變送器接地主要包含兩個方面：
1.當流體切割磁力線產生流量信號時，是以流體本身作為零電位的，一個電極上產生正電勢，另一個電極上產生負電勢，不斷交替變化。因此，轉換器輸入端中點C必須與流體共處于零電位，這樣才能構成對稱的輸入回路。
2.由于變送器的輸出信號很小，為了提高儀表抗干擾能力，輸入回路中的零電位必須接地，以大地電位為零電位。同時變送器的測量管外殼接地可以起屏蔽作用，減少外界和激磁系統本身的電磁場干擾。
為了提高電磁流量計的使用可靠性，除安裝時正確接地外，有的變送器帶有接地用的法蘭，用來代替變送器兩端的金屬管道，以保證滿足上述的要求。特別是當工藝管道是用塑料等非金屬材料制成的，或管道上襯膠、涂絕緣防腐材料時，變送器必須在兩端裝上接地法蘭，否則便無法正常工作。現介紹另一種作用相仿、結構不同的變送器，具有接地電極的變送器。這種變送器用接地電極代替接地法蘭，把流體原來在變送器兩端與地電位接通改為在變送器中心接地。
這種變送器的流體接地點應該如何選擇呢？
當流體在磁場中運動產生感應電動勢是，流體中的電位分布在某一瞬間可用圖3-42所示：兩電極上的電位分別為+e/2和-e/2，經過軸心o而與電極連線相垂直的o'o"線是電位為零的等勢線（經過o'o"直線與電極連接線想垂直的平面是電位為零的等勢面）。因此，接地電極應安裝在零等勢線與測量管內襯圓周相交點o'和o"上。
圖4-43為具有三個電極的變送器。其中A、B為檢測電極，C是接地電極，它與金屬測量管是接通的。此外，也有帶有四個電極的，其中兩個是接地電極。

具有接地電極的變送器的性能特點有：
1.變送器的測量管直接與流體導通，對流體的零電位起了保證作用。提高了變送器的抗干擾能力，在結構上要比安裝接地法蘭的變送器簡單那，節省材料。但變送器中增加了接地電極后，對電極密封的可靠性、變送器的加工工藝等的要求更高了
2.這種變送器的另外一個特點是可以用來測量低電導率的介質。

根據圖3-41，我們可以畫出變送器內阻的等效電路（見圖3-44），圖中e1、e2分別為電極A和B對地的感應電動勢。變送器的內阻是由被測流體的等效電阻r1-r5和等效電容C1-C5組成的：r1、C1為電極A和金屬管道之間沿電力線E'上的等效電阻和電容；r2、C2為電極A沿電力線E"上的等效電阻和電容；r4、C4和r5、C5分別為電極B與金屬管道之間沿電力線E'、E"上的等效電阻和電容；r3、C3為電極A、B之間被測流體沿電力線E上的等效電阻和電容。其中r1、r2、r5、r4與電極沿電力線;E'、E"到金屬管道之間的距離lE有關，距離lE越短，則r1、r2、r4、r5越小。因此，把接地點從變送器兩端的金屬管道移至變送器中間時，變送器的內阻就可能減小。這樣，采用同樣輸入阻抗的轉換器，具有接地電極的變送器就可以測量電導率比較低的介質。如果增加電極的面積，變送器的內阻可以進一步降低，但感應電動勢也會減小。下面我們介紹采用接地電極來測量低電導率介質的兩種方案。

第一種方案如圖3-45所示。在測量管的中心軸上安裝了接地電極5，為了消除接地電極造成的電磁畸變，電極5在離磁場邊緣有足夠距離的地方與帶零電位的測量管接通。實驗表明，這個距離應為變送器內徑的一至二倍。當變送器信號回路斷開時，在電極3和4之間的感應電動勢為：

lE為電極與接地電極所在的等勢面OO'之間的平均距離。
第二種方案如圖3-46所示。兩個接地電極都沿著變送器測量管內壁與檢測電極1、2對稱分布。為了減小內阻和時流體總的電磁更加均勻，檢測電極是弧形曲面板狀電極，增加了與液體的接觸面，進一步減小了變送器的內阻。將接地電極做成窄的條狀，其長度與檢測電極一樣長。

上面介紹的這種具有接地電極和板狀檢測電極的變送器，被測介質的電導率范圍擴大至10^-5~10^-6S/cm,可用來測量酒精、甘油、聚酯等導電性能較差的化工原料。