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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線(xiàn)時(shí),在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與此相仿,在垂直于磁場(chǎng)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(mài)流動(dòng)時(shí),導(dǎo)電濟(jì)體就切割磁力線(xiàn)。在管道截面上垂直于磁場(chǎng)的直徑兩端安裝一對(duì)電極,則兩電極之間即產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e,這就是電磁流量計(jì)測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的原理,如圖所示

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(jiǎn)單,沒(méi)有可動(dòng)部件,也沒(méi)有任何阻礙流體流動(dòng)的節(jié)部件。電磁流量計(jì)是一種體積流量測(cè)量?jī)x表,在測(cè)量程中,不受被測(cè)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(lái)測(cè)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(cè)介質(zhì)的平均沉速成正比,而與軸對(duì)稱(chēng)分布下的流動(dòng)狀態(tài)(層流、湍流無(wú)關(guān)。電磁流量計(jì)無(wú)機(jī)械慣性,反應(yīng)靈敏,可以測(cè)量瞬時(shí)脈動(dòng)流量,而且線(xiàn)性好。它可將測(cè)量信號(hào)直接用轉(zhuǎn)拍器線(xiàn)性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出,可現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)發(fā)成為低電壓低功耗電磁流量計(jì)是適宜的。但在低電壓德低功耗狀態(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(lì)磁電路系統(tǒng)功耗大的問(wèn)題,一方面要求減少勵(lì)磁電路系統(tǒng)功耗,另方面要求得到足夠的流量信號(hào)(感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e)。要滿(mǎn)足這些要求必須在設(shè)計(jì)中解決好勵(lì)磁電路系統(tǒng)的變送器結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

二、、勵(lì)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(cè)量導(dǎo)管、勵(lì)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(hào),在結(jié)構(gòu)上就必須認(rèn)真分析考慮。為了減少勵(lì)磁線(xiàn)圈消耗太多的電能,在導(dǎo)線(xiàn)的線(xiàn)徑和勵(lì)磁線(xiàn)圈的口徑方面,根據(jù)勵(lì)磁線(xiàn)圈磁場(chǎng)原理,制作了特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)擴(kuò)大電極傳導(dǎo)電流面積。變送器的結(jié)構(gòu)圖如圖2所小

三、勵(lì)磁信號(hào)的處理方法

電磁流量計(jì)的磁場(chǎng)是通過(guò)勵(lì)磁線(xiàn)圈來(lái)獲得的。目前,有直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁和低頻方波勵(lì)磁三種基本勵(lì)磁方式。其中,低頻方波勵(lì)磁又可分為二值方波勵(lì)磁、三值方波勵(lì)磁兩種形式。特別是三值方波勵(lì)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(wèn)題,另外,該流量計(jì)為了降低功耗借助勵(lì)磁涌流增強(qiáng)勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度,達(dá)到三值低頻方波勵(lì)磁的性能和效果,如圖3所示。

勵(lì)磁系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生一個(gè)工作磁場(chǎng)。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(lì)磁電流來(lái)獲得較強(qiáng)的磁場(chǎng),勵(lì)磁電路盡量處于低功耗的運(yùn)行狀態(tài),并通過(guò)線(xiàn)圈中的軟鐵氧體鐵芯,增強(qiáng)導(dǎo)磁性和均勻分布磁力線(xiàn)電極的作用是把被測(cè)介質(zhì)切割磁力線(xiàn)所產(chǎn)生的流量信號(hào)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(hào)處理方法

測(cè)量管段中的電極接收到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),首先經(jīng)過(guò)可變?cè)鲆媲爸梅糯笃鲗?duì)接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行放大,然后進(jìn)行**級(jí)信號(hào)放大,放大了的信號(hào)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換進(jìn)入CPU微處理同時(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(duì)外IO接口電路中,以脈沖信號(hào)和數(shù)字信號(hào)(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**的設(shè)計(jì)思想,對(duì)強(qiáng)干擾背景下微弱信號(hào)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(duì)各種尖脈沖及交流工頻干擾有很妁的消除作用。在軟件設(shè)計(jì)中,單片機(jī)采用省電模式工作每次信號(hào)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(cè)量過(guò)程。

在模擬信號(hào)方面,實(shí)現(xiàn)(0~10)mA和(4~20)mA兩利模式的直流信號(hào)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、電汛電量報(bào)警和過(guò)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(tái)為容積式標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)裝置準(zhǔn)確度是±.2%,以水為測(cè)量介質(zhì),校驗(yàn)流量計(jì)儀表口徑為DN100,校驗(yàn)臺(tái)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(chǎng),該流量計(jì)在線(xiàn)測(cè)量供水流量。檢測(cè)設(shè)備采用日本富士便攜式超聲波流量計(jì)作為比對(duì)表(該比對(duì)表通過(guò)國(guó)家大流量檢測(cè)站校準(zhǔn),并取得了檢定證書(shū)),準(zhǔn)確度為.5%,對(duì)在線(xiàn)電磁流量計(jì)進(jìn)行比對(duì),比

對(duì)結(jié)果如表1所示。

六、結(jié)論

通過(guò)上述分析可以看出,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,電池供電的電磁流量計(jì)在眾多流量測(cè)量?jī)x表中,以其**的特點(diǎn),在很多行業(yè)有著非常**的應(yīng)用。電池供電的電磁流量計(jì)在硬件和軟件設(shè)計(jì)方面都不同于交流供電的電磁流量計(jì)。該設(shè)計(jì)思路是流體力學(xué)理論和低功耗電子技術(shù)的成功結(jié)合,使儀表的設(shè)計(jì)更合理、性能更優(yōu)越、測(cè)量更精確,未來(lái)必將引起人們更大的重視。