用于控制大口徑液體流量計使用中低噪音的信號電纜結構設計
點擊次數：1915 發(fā)布時間：2021-01-02 05:59:19
大口徑液體流量計在工業(yè)生產中的應用非常廣泛，其應用領域已經擴展到石油化工、冶金、食品飲料、制藥、造紙、染料等眾多領域，大口徑液體流量計所能夠測量的液體介質種類很多，無論是常見的水，污水，更能夠測量可以發(fā)生電離的各類混濁、懸浮液體介質（水煤漿、泥漿污水、水泥混凝土漿、紙漿、金屬流體等），大口徑液體流量計的供電型式有兩種，一種是表體內部鋰電池供電，數據在表頭顯示，還有一種是外部供電，可以接受24V直流電源供電或者220V交流電源供電。電池供電的大口徑液體流量計所有信號測量與接收、計算與輸出都在表體內進行，相應來說，不受電磁電纜形成的電磁場干擾。但是對于大都數接受外部供電并且進行4-20mA等信號輸出的大口徑液體流量計大口徑液體流量計用信號電纜主要用于將大口徑液體流量計的實際測量結果信號傳輸至顯示系統(tǒng)，則需要充分考慮到電纜產生的磁場對于測量信號傳輸的干擾。
隨著大口徑液體流量計測量系統(tǒng)中電路的日趨復雜和對信號傳輸要求的逐步提高，傳統(tǒng)大口徑液體流量計用信號電纜的性能已無法滿足使用要求，因此本公司開展了一種新型低噪音大口徑液體流量計用信號電纜的研制。
１.傳統(tǒng)電纜性能現狀
根據調查，傳統(tǒng)大口徑液體流量計用信號電纜的性能主要存在以下缺點和不足：ａ．電纜易受電磁干擾，造成傳輸信號不穩(wěn)定。現有大口徑液體流量計主要由流量傳感器、轉換顯示器和勵磁電源三大部分組成，其中勵磁電源與流量傳感器一般組裝在一起，這樣傳輸信號的信號電纜必然會受勵磁電纜的電磁場干擾，影響傳輸信號的穩(wěn)定性。針對這種情況，雖然在大口徑液體流量計工程安裝和應用時明確規(guī)定，信號電纜和勵磁電纜必須嚴格分開（即不能同管敷設、不能平行敷設、不能一起絞合），應分別單獨穿管敷設，以進行有效的電磁隔離，但造成安裝敷設成本較高，而且使用不便。ｂ．電纜內部產生較大噪音，造成信號的分辨率和精度較低。實際應用中，傳統(tǒng)大口徑液體流量計用信號電纜易因受振動、沖擊、彎曲以及外界溫度變化，造成內部摩擦，從而產生噪音。當噪音夾在信號中一同輸出時，則將影響傳輸信號的分辨率和精度，這種影響在大口徑液體流量計用于黏稠甚至難于流動的固液兩相流介質（如煤焦油、渣油、食物漿、紙漿、乳膠、混合膠）及脈動流介質等多種流體的微量精確計量時更加突出，將造成計量誤差較大和計量不準確。
２.新型電纜性能改進設計
針對傳統(tǒng)大口徑液體流量計用信號電纜的易受電磁干擾和內部產生較大噪音的性能缺陷，*先根據大口徑液體流量計用信號電纜的特點及其運行環(huán)境要求設計了多種結構方案，而后綜合考慮電纜抗電磁干擾水平、內部噪音水平、工藝的實現難度和制造成本等因素對相關設計方案進行反復篩選，*終確定了新型低噪音大口徑液體流量計用信號電纜的結構。
該新型電纜的結構如圖１所示。導體為單股退火鍍錫軟銅線，以提高導體的導電性和防腐蝕性。在導體外繞包一層薄Ｆ４（聚四氟乙烯）半導電帶，有利于降低導體和絕緣之間的摩擦起電噪音。絕緣采用材料較為純凈、介電常數較小、具有一定彈性的聚丙烯絕緣級材料，并采用擠壓式擠出，減小絕緣層與導體的間隙。采用對絞組作為信號傳輸線，由于在兩根傳輸線上感應的電壓接近相等，減小了電壓差值，提高了信號傳輸穩(wěn)定性；對絞組由兩種不同顏色絕緣線芯組成，相鄰線對對絞節(jié)距應不大于１００ｍｍ。對絞分屏蔽組（即對對絞組進行分屏蔽，每對對絞組外繞包兩層聚酯帶和一層厚０．０４ｍｍ鋁塑復合帶繞包，內置一根７×０．２６ｍｍ鍍錫銅絞線作引流線）有利于對不同對絞組之間信號串音的抑制和隔離。對絞分屏蔽組同心式絞合成纜，在對絞分屏蔽組間填充非吸濕性材料，以保證纜芯圓整。在成纜纜芯外繞包兩層聚酯帶，再采用鋁塑復合帶繞包，內置鍍錫銅線作引流線，以提高電纜電磁屏蔽能力。總屏蔽層外擠包隔離層（隔離護套），隔離層采用絕緣級低密度聚乙烯材料。隔離層外采用鎧裝層，鎧裝材料為高導磁合金鋼帶，其為強磁材料，可將外來的磁通大部分限制在鎧裝層的外表面上（僅有少部分能進入被屏蔽的空間）；鎧裝時對高導磁合金鋼帶采用縱包焊接，確保其形成一連續(xù)圓柱管；鎧裝層可提高電纜抗電磁干擾水平以及對電纜進行加強，減少電纜振動引起的電動勢。外護套采用藍色軟ＰＶＣ（聚氯乙烯）護層級電纜材料擠包，實現電纜防護。
該新型低噪音大口徑液體流量計用信號電纜通過開發(fā)新的結構和選用新的材料具有了高抗電磁干擾能力和優(yōu)異的低噪音性能，可實現信號的高分辨率、高精度和穩(wěn)定傳輸：ａ．通過采用絕緣線芯對絞、對絞鋁箔分屏蔽、引流線設置、鋁箔總屏蔽、全封閉鋼合金鎧裝屏蔽等綜合設計，對內外部電場和磁場形成有效的屏蔽隔離，抑制了內部串音，降低了信號傳輸的波動性，大大提高了電纜的抗電磁干擾水平，提高了電纜傳輸信號的準確性和可靠性。在實際工程安裝中，電纜也不必穿金屬管敷設，可降低工程成本。ｂ．采用鍍錫導體以及導體外設置Ｆ４半導電帶，有利于降低導體和絕緣之間的摩擦起電噪音，同時電纜整體設計結構緊湊，尤其是鋼合金鎧裝層的設計，使得電纜內部相對滑動少，一定程度上也減少了電纜內部摩擦起電噪音的產生，這樣可以將原始噪音降低２～３個數量級，*大地提高了傳輸信號的分辨率和精度，減小了大口徑液體流量計的計量誤差，大大提高了大口徑液體流量計的計量準確性、精確性和可靠性，完全可滿足微量精確計量場合的使用要求。
3.總結
本公司設計的新型低噪音大口徑液體流量計用信號電纜從技術設計上解決了傳統(tǒng)大口徑液體流量計用信號電纜在抗電磁干擾能力和電纜內部噪音較大方面的不足，擴大了大口徑液體流量計用信號電纜的選擇性，社會效益顯著。該新型低噪音大口徑液體流量計用信號電纜在設計上充分考慮到工藝的可行性、功能的實現性和成本的有效控制性等因素，滿足了各類流體介質計量尤其是微量精確計量時的分辨率、準確度、精確度等要求，具有廣闊的發(fā)展前景，市場潛力很大。
隨著大口徑液體流量計測量系統(tǒng)中電路的日趨復雜和對信號傳輸要求的逐步提高，傳統(tǒng)大口徑液體流量計用信號電纜的性能已無法滿足使用要求，因此本公司開展了一種新型低噪音大口徑液體流量計用信號電纜的研制。
１.傳統(tǒng)電纜性能現狀
根據調查，傳統(tǒng)大口徑液體流量計用信號電纜的性能主要存在以下缺點和不足：ａ．電纜易受電磁干擾，造成傳輸信號不穩(wěn)定。現有大口徑液體流量計主要由流量傳感器、轉換顯示器和勵磁電源三大部分組成，其中勵磁電源與流量傳感器一般組裝在一起，這樣傳輸信號的信號電纜必然會受勵磁電纜的電磁場干擾，影響傳輸信號的穩(wěn)定性。針對這種情況，雖然在大口徑液體流量計工程安裝和應用時明確規(guī)定，信號電纜和勵磁電纜必須嚴格分開（即不能同管敷設、不能平行敷設、不能一起絞合），應分別單獨穿管敷設，以進行有效的電磁隔離，但造成安裝敷設成本較高，而且使用不便。ｂ．電纜內部產生較大噪音，造成信號的分辨率和精度較低。實際應用中，傳統(tǒng)大口徑液體流量計用信號電纜易因受振動、沖擊、彎曲以及外界溫度變化，造成內部摩擦，從而產生噪音。當噪音夾在信號中一同輸出時，則將影響傳輸信號的分辨率和精度，這種影響在大口徑液體流量計用于黏稠甚至難于流動的固液兩相流介質（如煤焦油、渣油、食物漿、紙漿、乳膠、混合膠）及脈動流介質等多種流體的微量精確計量時更加突出，將造成計量誤差較大和計量不準確。
２.新型電纜性能改進設計
針對傳統(tǒng)大口徑液體流量計用信號電纜的易受電磁干擾和內部產生較大噪音的性能缺陷，*先根據大口徑液體流量計用信號電纜的特點及其運行環(huán)境要求設計了多種結構方案，而后綜合考慮電纜抗電磁干擾水平、內部噪音水平、工藝的實現難度和制造成本等因素對相關設計方案進行反復篩選，*終確定了新型低噪音大口徑液體流量計用信號電纜的結構。
該新型電纜的結構如圖１所示。導體為單股退火鍍錫軟銅線，以提高導體的導電性和防腐蝕性。在導體外繞包一層薄Ｆ４（聚四氟乙烯）半導電帶，有利于降低導體和絕緣之間的摩擦起電噪音。絕緣采用材料較為純凈、介電常數較小、具有一定彈性的聚丙烯絕緣級材料，并采用擠壓式擠出，減小絕緣層與導體的間隙。采用對絞組作為信號傳輸線，由于在兩根傳輸線上感應的電壓接近相等，減小了電壓差值，提高了信號傳輸穩(wěn)定性；對絞組由兩種不同顏色絕緣線芯組成，相鄰線對對絞節(jié)距應不大于１００ｍｍ。對絞分屏蔽組（即對對絞組進行分屏蔽，每對對絞組外繞包兩層聚酯帶和一層厚０．０４ｍｍ鋁塑復合帶繞包，內置一根７×０．２６ｍｍ鍍錫銅絞線作引流線）有利于對不同對絞組之間信號串音的抑制和隔離。對絞分屏蔽組同心式絞合成纜，在對絞分屏蔽組間填充非吸濕性材料，以保證纜芯圓整。在成纜纜芯外繞包兩層聚酯帶，再采用鋁塑復合帶繞包，內置鍍錫銅線作引流線，以提高電纜電磁屏蔽能力。總屏蔽層外擠包隔離層（隔離護套），隔離層采用絕緣級低密度聚乙烯材料。隔離層外采用鎧裝層，鎧裝材料為高導磁合金鋼帶，其為強磁材料，可將外來的磁通大部分限制在鎧裝層的外表面上（僅有少部分能進入被屏蔽的空間）；鎧裝時對高導磁合金鋼帶采用縱包焊接，確保其形成一連續(xù)圓柱管；鎧裝層可提高電纜抗電磁干擾水平以及對電纜進行加強，減少電纜振動引起的電動勢。外護套采用藍色軟ＰＶＣ（聚氯乙烯）護層級電纜材料擠包，實現電纜防護。
該新型低噪音大口徑液體流量計用信號電纜通過開發(fā)新的結構和選用新的材料具有了高抗電磁干擾能力和優(yōu)異的低噪音性能，可實現信號的高分辨率、高精度和穩(wěn)定傳輸：ａ．通過采用絕緣線芯對絞、對絞鋁箔分屏蔽、引流線設置、鋁箔總屏蔽、全封閉鋼合金鎧裝屏蔽等綜合設計，對內外部電場和磁場形成有效的屏蔽隔離，抑制了內部串音，降低了信號傳輸的波動性，大大提高了電纜的抗電磁干擾水平，提高了電纜傳輸信號的準確性和可靠性。在實際工程安裝中，電纜也不必穿金屬管敷設，可降低工程成本。ｂ．采用鍍錫導體以及導體外設置Ｆ４半導電帶，有利于降低導體和絕緣之間的摩擦起電噪音，同時電纜整體設計結構緊湊，尤其是鋼合金鎧裝層的設計，使得電纜內部相對滑動少，一定程度上也減少了電纜內部摩擦起電噪音的產生，這樣可以將原始噪音降低２～３個數量級，*大地提高了傳輸信號的分辨率和精度，減小了大口徑液體流量計的計量誤差，大大提高了大口徑液體流量計的計量準確性、精確性和可靠性，完全可滿足微量精確計量場合的使用要求。
3.總結
本公司設計的新型低噪音大口徑液體流量計用信號電纜從技術設計上解決了傳統(tǒng)大口徑液體流量計用信號電纜在抗電磁干擾能力和電纜內部噪音較大方面的不足，擴大了大口徑液體流量計用信號電纜的選擇性，社會效益顯著。該新型低噪音大口徑液體流量計用信號電纜在設計上充分考慮到工藝的可行性、功能的實現性和成本的有效控制性等因素，滿足了各類流體介質計量尤其是微量精確計量時的分辨率、準確度、精確度等要求，具有廣闊的發(fā)展前景，市場潛力很大。