一,、低電壓微功耗電磁流量計(jì)的工作原理 任何一種電磁流量計(jì)都遵循著法拉第電磁感應(yīng)定律,，當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動切割磁力線時(shí)，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e,。
一,、低電壓微功耗電磁流量計(jì)的工作原理 任何一種電磁流量計(jì)都遵循著法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動切割磁力線時(shí),，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e,。
與此相仿，在垂直于磁場方向放一個(gè)內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道,，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速u流動時(shí),，導(dǎo)電流體就切割磁力線。在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極,，則兩電極之間即產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e,，這就是電磁流量計(jì)測量導(dǎo)電液體體積流量的原理，如圖1所示,。 電磁流量計(jì)的主要特點(diǎn)：電磁流量計(jì)的變送器結(jié)構(gòu)簡單,，沒有可動部件，也沒有任何阻礙流體流動的節(jié)流部件,。電磁流量計(jì)是一種體積流量測量儀表,，在測量過程中,，不受被測介質(zhì)溫度,、黏度、密度以及電導(dǎo)率（在一定范圍內(nèi)）的影響,。因此,，只需經(jīng)水標(biāo)定以后，就可用來測量其他導(dǎo)電性液體的流量,，而不需要作附加修正,。電磁流量計(jì)的量程范圍極寬，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)。電磁流量計(jì)無機(jī)械慣性,，反應(yīng)靈敏,，可以測量瞬時(shí)脈動流量，而且線性好,。它可將測量信號直接用轉(zhuǎn)換器線性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出,，可現(xiàn)場指示,，也可遠(yuǎn)距離傳送。
從上述特點(diǎn)可以看出,，將電磁流量計(jì)進(jìn)一步開發(fā)成為低電壓微功耗電磁流量計(jì)是適宜的,。但在低電壓微功耗狀態(tài)下，一般采用電池供電,，要求在不更換電池的情況下能連續(xù)工作數(shù)年,。這樣就得解決勵磁電路系統(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(jì)中解決好勵磁電路系統(tǒng)的變送器結(jié)構(gòu)問題。
二,、勵磁電路系統(tǒng)變送器結(jié)構(gòu)分析
電磁流量計(jì)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，在結(jié)構(gòu)上就必須認(rèn)真分析考慮,。為了減少勵磁線圈消耗太多的電能,，在導(dǎo)線的線徑和勵磁線圈的口徑方面，根據(jù)勵磁線圈磁場原理,，制作了特殊的結(jié)構(gòu)來擴(kuò)大電極傳導(dǎo)電流面積,。變送器的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 三,、勵磁信號的處理方法
電磁流量計(jì)的磁場是通過勵磁線圈來獲得的,。目前，有直流勵磁,、交流勵磁和低頻方波勵磁三種基本勵磁方式,。其中，低頻方波勵磁又可分為二值方波勵磁,、三值方波勵磁兩種形式,。
特別是三值方波勵磁，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(jì)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,，如圖3所示,。
勵磁系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生一個(gè)工作磁場。根據(jù)管道截面積大小，該流量計(jì)選用了優(yōu)質(zhì)的超高磁導(dǎo)率的鐵氧體鐵芯結(jié)構(gòu),，以較小的勵磁電流來獲得較強(qiáng)的磁場,，勵磁電路盡量處于低功耗的運(yùn)行狀態(tài)，并通過線圈中的軟鐵氧體鐵芯,，增強(qiáng)導(dǎo)磁性和均勻分布磁力線,。
電極的作用是把被測介質(zhì)切割磁力線所產(chǎn)生的流量信號引出，它必須是非磁性導(dǎo)電材料,，選用不銹鋼材料可耐一般酸堿鹽的腐蝕,。
四、流量信號處理方法
整個(gè)電路組成,。 中的低功耗大規(guī)模集成電路MPU（MicroProcessorUnit）微處理器,，是由日本日立公司生產(chǎn)的6B68-0031。該芯片作為中央控制器設(shè)計(jì)方案,，芯片中的CPU控制整個(gè)儀表的運(yùn)行,，并完成儀表的全部功能，包括鍵盤和顯示部分,；其與74HC02A和SL130組合,，完成控制勵磁信號、存儲與運(yùn)算和儀表輸出部分信號等功能,。 測量管段中的電極接收到的感應(yīng)電動勢,，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)行第一級信號放大,，放大了的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入 CPU微處理器,，同時(shí)把處理的流量數(shù)據(jù)結(jié)果送至顯示器，另外,，在智能化設(shè)計(jì)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。 硬件設(shè)計(jì)中,，主要在放大電路上采用了高性能的集成電路和先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想,，對強(qiáng)干擾背景下微弱信號的放大與A/D轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行了研究。采用了準(zhǔn)確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。在軟件設(shè)計(jì)中,，單片機(jī)采用省電模式工作,，每次信號采集、運(yùn)算,、顯示處理后等待中斷喚醒再進(jìn)行下一次的測量過程,。 在模擬信號方面，實(shí)現(xiàn)（0～10）mA和（4～20）mA兩種模式的直流信號輸出。在顯示部分流量計(jì)設(shè)置有6位累計(jì)流量,；同時(shí)設(shè)有瞬時(shí)流量,、流量方向、空管報(bào)警,、電池電量報(bào)警和過流報(bào)警等功能,。 五、電磁流量計(jì)校驗(yàn)情況分析 下面列舉該電磁流量計(jì)在兩種條件下校驗(yàn)的結(jié)果：在實(shí)驗(yàn)室里,，標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)臺為容積式標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)裝置,，準(zhǔn)確度是±0.2%，以水為測量介質(zhì),，校驗(yàn)流量計(jì)儀表口徑為 DN100,，校驗(yàn)臺容積罐為（2¯5）m3，“流量-誤差”關(guān)系如圖5所示,。 在使用現(xiàn)場,，該流量計(jì)在線測量供水流量。檢測設(shè)備采用日本富士便攜式超聲波流量計(jì)作為比對表（該比對表通過國家水大流量檢測站校準(zhǔn),，并取得了檢定證書）,，準(zhǔn)確度為±1.5%，對在線電磁流量計(jì)進(jìn)行比對,，比對結(jié)果如表1所示,。
