用于控制自來水管道流量計(jì)使用中低噪音的信號電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自來水管道流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展到石油化工、冶金、食品飲料、制藥、造紙、染料等眾多領(lǐng)域，自來水管道流量計(jì)所能夠測量的液體介質(zhì)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(zhì)（水煤漿、泥漿污水、水泥混凝土漿、紙漿、金屬流體等），自來水管道流量計(jì)的供電型式有兩種，一種是表體內(nèi)部鋰電池供電，數(shù)據(jù)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。電池供電的自來水管道流量計(jì)所有信號測量與接收、計(jì)算與輸出都在表體內(nèi)進(jìn)行，相應(yīng)來說，不受電磁電纜形成的電磁場干擾。但是對于大都數(shù)接受外部供電并且進(jìn)行4-20mA等信號輸出的自來水管道流量計(jì)自來水管道流量計(jì)用信號電纜主要用于將自來水管道流量計(jì)的實(shí)際測量結(jié)果信號傳輸至顯示系統(tǒng)，則需要充分考慮到電纜產(chǎn)生的磁場對于測量信號傳輸?shù)母蓴_。
隨著自來水管道流量計(jì)測量系統(tǒng)中電路的日趨復(fù)雜和對信號傳輸要求的逐步提高，傳統(tǒng)自來水管道流量計(jì)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自來水管道流量計(jì)用信號電纜的研制。
１.傳統(tǒng)電纜性能現(xiàn)狀
根據(jù)調(diào)查，傳統(tǒng)自來水管道流量計(jì)用信號電纜的性能主要存在以下缺點(diǎn)和不足：ａ．電纜易受電磁干擾，造成傳輸信號不穩(wěn)定。現(xiàn)有自來水管道流量計(jì)主要由流量傳感器、轉(zhuǎn)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，雖然在自來水管道流量計(jì)工程安裝和應(yīng)用時(shí)明確規(guī)定，信號電纜和勵磁電纜必須嚴(yán)格分開（即不能同管敷設(shè)、不能平行敷設(shè)、不能一起絞合），應(yīng)分別單獨(dú)穿管敷設(shè)，以進(jìn)行有效的電磁隔離，但造成安裝敷設(shè)成本較高，而且使用不便。ｂ．電纜內(nèi)部產(chǎn)生較大噪音，造成信號的分辨率和精度較低。實(shí)際應(yīng)用中，傳統(tǒng)自來水管道流量計(jì)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(nèi)部摩擦，從而產(chǎn)生噪音。當(dāng)噪音夾在信號中一同輸出時(shí)，則將影響傳輸信號的分辨率和精度，這種影響在自來水管道流量計(jì)用于黏稠甚至難于流動的固液兩相流介質(zhì)（如煤焦油、渣油、食物漿、紙漿、乳膠、混合膠）及脈動流介質(zhì)等多種流體的微量精確計(jì)量時(shí)更加突出，將造成計(jì)量誤差較大和計(jì)量不準(zhǔn)確。
２.新型電纜性能改進(jìn)設(shè)計(jì)
針對傳統(tǒng)自來水管道流量計(jì)用信號電纜的易受電磁干擾和內(nèi)部產(chǎn)生較大噪音的性能缺陷，*先根據(jù)自來水管道流量計(jì)用信號電纜的特點(diǎn)及其運(yùn)行環(huán)境要求設(shè)計(jì)了多種結(jié)構(gòu)方案，而后綜合考慮電纜抗電磁干擾水平、內(nèi)部噪音水平、工藝的實(shí)現(xiàn)難度和制造成本等因素對相關(guān)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行反復(fù)篩選，*終確定了新型低噪音自來水管道流量計(jì)用信號電纜的結(jié)構(gòu)。

該新型電纜的結(jié)構(gòu)如圖１所示。導(dǎo)體為單股退火鍍錫軟銅線，以提高導(dǎo)體的導(dǎo)電性和防腐蝕性。在導(dǎo)體外繞包一層薄Ｆ４（聚四氟乙烯）半導(dǎo)電帶，有利于降低導(dǎo)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(shù)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)不大于１００ｍｍ。對絞分屏蔽組（即對對絞組進(jìn)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(fù)合帶繞包，內(nèi)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(fù)合帶繞包，內(nèi)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(hù)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(dǎo)磁合金鋼帶，其為強(qiáng)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(jìn)入被屏蔽的空間）；鎧裝時(shí)對高導(dǎo)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(jìn)行加強(qiáng)，減少電纜振動引起的電動勢。外護(hù)套采用藍(lán)色軟ＰＶＣ（聚氯乙烯）護(hù)層級電纜材料擠包，實(shí)現(xiàn)電纜防護(hù)。
該新型低噪音自來水管道流量計(jì)用信號電纜通過開發(fā)新的結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)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(shè)置、鋁箔總屏蔽、全封閉鋼合金鎧裝屏蔽等綜合設(shè)計(jì)，對內(nèi)外部電場和磁場形成有效的屏蔽隔離，抑制了內(nèi)部串音，降低了信號傳輸?shù)牟▌有裕蟠筇岣吡穗娎|的抗電磁干擾水平，提高了電纜傳輸信號的準(zhǔn)確性和可靠性。在實(shí)際工程安裝中，電纜也不必穿金屬管敷設(shè)，可降低工程成本。ｂ．采用鍍錫導(dǎo)體以及導(dǎo)體外設(shè)置Ｆ４半導(dǎo)電帶，有利于降低導(dǎo)體和絕緣之間的摩擦起電噪音，同時(shí)電纜整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，尤其是鋼合金鎧裝層的設(shè)計(jì)，使得電纜內(nèi)部相對滑動少，一定程度上也減少了電纜內(nèi)部摩擦起電噪音的產(chǎn)生，這樣可以將原始噪音降低２～３個(gè)數(shù)量級，*大地提高了傳輸信號的分辨率和精度，減小了自來水管道流量計(jì)的計(jì)量誤差，大大提高了自來水管道流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確性、精確性和可靠性，完全可滿足微量精確計(jì)量場合的使用要求。
3.總結(jié)
本公司設(shè)計(jì)的新型低噪音自來水管道流量計(jì)用信號電纜從技術(shù)設(shè)計(jì)上解決了傳統(tǒng)自來水管道流量計(jì)用信號電纜在抗電磁干擾能力和電纜內(nèi)部噪音較大方面的不足，擴(kuò)大了自來水管道流量計(jì)用信號電纜的選擇性，社會效益顯著。該新型低噪音自來水管道流量計(jì)用信號電纜在設(shè)計(jì)上充分考慮到工藝的可行性、功能的實(shí)現(xiàn)性和成本的有效控制性等因素，滿足了各類流體介質(zhì)計(jì)量尤其是微量精確計(jì)量時(shí)的分辨率、準(zhǔn)確度、精確度等要求，具有廣闊的發(fā)展前景，市場潛力很大。