一、低電壓微功耗電磁流量計的工作原理 任何一種電磁流量計都遵循著法拉第電磁感應(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)生感應(yīng)電動勢e。 與此相仿，在垂直于磁場方向放一個內(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，導(dǎo)電流
一、低電壓微功耗電磁流量計的工作原理
任何一種電磁流量計都遵循著法拉第電磁感應(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)生感應(yīng)電動勢e。
與此相仿，在垂直于磁場方向放一個內(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，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，這就是電磁流量計測量導(dǎo)電液體體積流量的原理，如圖1所示。
電磁流量計的主要特點：電磁流量計的變送器結(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)。電磁流量計無機械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量瞬時脈動流量，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，也可遠距離傳送。
從上述特點可以看出，將電磁流量計進一步開發(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，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勵磁磁場強度，達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)生一個工作磁場。根據(jù)管道截面積大小，該流量計選用了優(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的磁場，勵磁電路盡量處于低功耗的運行狀態(tài)，并通過線圈中的軟鐵氧體鐵芯，增強導(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。該芯片作為控制器設(shè)計方案，芯片中的CPU控制整個儀表的運行，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行放大，然后進行級信號放大，放大了的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換進入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，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）進行遠程數(shù)據(jù)傳輸。
硬件設(shè)計中，主要在放大電路上采用了高性能的集成電路和的設(shè)計思想，對強干擾背景下微弱信號的放大與A/D轉(zhuǎn)換方式進行了研究。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)計中，單片機采用省電模式工作，每次信號采集、運算、顯示處理后等待中斷喚醒再進行下一次的測量過程。 在模擬信號方面，實現(xiàn)（0～10）mA和（4～20）mA兩種模式的直流信號輸出。在顯示部分流量計設(shè)置有6位累計流量；同時設(shè)有瞬時流量、流量方向、空管報警、電池電量報警和過流報警等功能。
五、電磁流量計校驗情況分析
下面列舉該電磁流量計在兩種條件下校驗的結(jié)果：在實驗室里，標(biāo)準(zhǔn)校驗臺為容積式標(biāo)準(zhǔn)校驗裝置，準(zhǔn)確度是±0.2%，以水為測量介質(zhì)，校驗流量計儀表口徑為DN100，校驗臺容積罐為（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%，對在線電磁流量計進行比對，比對結(jié)果如表1所示。
