低電壓微功耗電磁流量計測量原理分析低電壓微功耗電磁流量計測量原理分析
電磁流量計是本世紀(jì)五、六十年代發(fā)展并逐步完善起來的流量儀表。隨著電子技術(shù)和微電子領(lǐng)域的發(fā)展，低電壓微功耗大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，給電磁流量計的應(yīng)用帶來又一個廣闊的前景。
本文分析和研究國外一種低電壓微功耗電池供電電磁流量計的測量原理，主要有以下幾個方面：
a. 低電壓微功耗電磁流量計的理論依據(jù)；b. 低電壓微功耗電磁流量計的變送器結(jié)構(gòu)設(shè)計；c. 低電壓微功耗電磁流量計校驗分析。
1 工作原理
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動切割磁力線時，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢 e，如果 b，l，v三者互相垂直；
則： e＝ b l v；（b，l，v分別為磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度、導(dǎo)體的長度和運動速度）
應(yīng)用于電磁流量計則有：（d為管道直徑）
則體積流量ｑ v可表示為：
由上式可見，體積流量 qv與感應(yīng)電動勢 e和測量管內(nèi)徑 d成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 b成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)。這就是電磁流量計測量導(dǎo)電液體體積流量的原理（見圖1）。
電磁流量計的主要特點：變送器結(jié)構(gòu)簡單，沒有可動部件；在測量過程中，不受被測介質(zhì)溫度、粘度、密度以及電導(dǎo)率（在一定范圍內(nèi)）的影響；量程范圍極寬，并只與被測介質(zhì)的平均流速成正比，而與軸對稱分布下的流動狀態(tài)（層流、湍流）無關(guān)，而且反應(yīng)靈敏，線性好。
可以看出，將電磁流量計進(jìn)一步開發(fā)成為低電壓微功耗電磁流量計是適宜的。但在低電壓微功耗狀態(tài)下，一般采用電池供電，這樣就需解決勵磁電路系統(tǒng)功耗大的問題，一方面要求減少勵磁電路系統(tǒng)功耗，另一方面要求得到足夠的流量信號（感應(yīng)電動勢e）。要滿足這些要求必須在設(shè)計中解決好勵磁電路系統(tǒng)的變送器結(jié)構(gòu)問題。
2 勵磁電路系統(tǒng)變送器結(jié)構(gòu)分析
電磁流量計變送器主要由測量導(dǎo)管、勵磁系統(tǒng)、電極及干擾調(diào)整機(jī)構(gòu)等部分構(gòu)成。為了使傳感器穩(wěn)定可靠地工作，準(zhǔn)確地感受流量信號，結(jié)構(gòu)上必須認(rèn)真考慮。
為了減少勵磁線圈消耗太多的電能，根據(jù)勵磁線圈磁場原理，制作了特殊的結(jié)構(gòu)。選用優(yōu)質(zhì)的超高導(dǎo)磁率鐵氧體作為勵磁線圈鐵芯（超高導(dǎo)磁率鎳鋅 nizn
圖1 電磁流量計工作原理簡圖圖2 電磁流量計結(jié)構(gòu)
鐵氧體μi > 12000）（圖2）。
3 勵磁信號的處理方法
電磁流量計的磁場是通過勵磁線圈來獲得的。目前采用三值低頻方波勵磁形式 (見圖3)。
圖3 三值低頻方波
低電壓微功耗電磁流量計，采用了精度很高的雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換，對各種尖脈沖及交流工頻干擾有很好的消除作用。特別是在勵磁方面采用零點穩(wěn)定性好、抗工頻力強(qiáng)的三值低頻方波，它能夠很好地減弱正負(fù)周期之間所產(chǎn)生的相互干擾問題，另外該流量計為了降低功耗借助勵磁涌流增強(qiáng)勵磁磁場強(qiáng)度，達(dá)到三值低頻方波勵磁的性能和效果。
4 流量信號處理方法
1）流量計采用日本日立公司生產(chǎn)的 6b68-0031低電壓微功耗大規(guī)模集成電路 mpu （micro processor unit）微處理器，作為控制器設(shè)計方案，芯片中的cpu控制整個儀表的運行，與 74hc02a和 sl130組合，完成對流量信號的運算與存儲和控制勵磁信號功能等；輸出端有儀表模擬信號（電流信號）輸出和頻率輸出等功能。
2）計算機(jī)內(nèi)部 cpu處理器對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行處表1
理，控制軟件支持并對流量數(shù)據(jù)進(jìn)行運算和控制。測量管段中的電極接收到的感生電動勢e，首先經(jīng)過可變增益前置放大器對接收到的微弱信號進(jìn)行放大，然后進(jìn)行級信號放大，放大了的信號經(jīng)過 a/d轉(zhuǎn)換進(jìn)入 cpu微處理器，同時把處理的流量數(shù)據(jù)結(jié)果送至顯示器進(jìn)行顯示量值，另外在智能化設(shè)計中 cpu微處理器對外 i/o接口電路中，以脈沖信號和數(shù)字信號（數(shù)據(jù)流）進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。
5 電磁流量計校驗情況分析
依據(jù)該產(chǎn)品（dn100）的技術(shù)參數(shù)聲明，參照水表及電磁流量計檢定規(guī)程，分別在實驗室及該產(chǎn)品安裝后的使用現(xiàn)場對其進(jìn)行校驗。
在實驗室，使用容積式水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 (標(biāo)準(zhǔn)金屬量器準(zhǔn)確度為 0.2級 )進(jìn)行校準(zhǔn)，在使用現(xiàn)場，使用 1.5級進(jìn)口便攜式超聲波流量計 (經(jīng)國家水大流量檢測站校準(zhǔn) )進(jìn)行比對，實驗數(shù)據(jù)見表1，示值誤差滿足其說明書聲明允許誤差，如圖4。
圖4 允許誤差
被檢表口徑dn100說明書技術(shù)參數(shù)實驗室在線比對標(biāo)準(zhǔn)值/ m3/h允許誤差/ %示值誤差/ %比對示值誤差/ %流量 q max 180 ±2 1.97-1.96（q ≈qn）常用流量 q n 90 ±2 1.15分界流量 q t 18 ±2 1.42最小流量 q min 2.7 ±5 2.65
6 結(jié)論
通過對該流量計分析可以看出，以往大多數(shù)電磁流量儀表都是以 220v交流供電。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源的需要，在眾多流量測量儀表中，電池供電的電磁流量計，有其的優(yōu)勢，硬件和軟件設(shè)計都不同于交流供電的電磁流量計，是流體力學(xué)理論和電子技術(shù)的成功結(jié)合，使儀表的設(shè)計更合理、性能更優(yōu)越、測量更精確，未來必將引起人們更大的重視。--擴(kuò)展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網(wǎng)站：