電磁流量計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)的理論依據(jù)；

　　b. 低電壓微功耗電磁流量計(jì)的變送器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

　　c. 低電壓微功耗電磁流量計(jì)校驗(yàn)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(yùn)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＝BLV；（B，L，V分別為磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度、導(dǎo)體的長度和運(yùn)動速度）

　　應(yīng)用于電磁流量計(jì)則有：（D為管道直徑）則體積流量Ｑv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(jì)測量導(dǎo)電液體體積流量的原理（見圖1）。

　　電磁流量計(jì)的主要特點(diǎn)：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(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，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(jì)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(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，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鐵氧體μi>12000）（圖2）。

　　3 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。目前采用三值低頻方波勵磁形式（見圖3）。

　　低電壓微功耗電磁流量計(jì)，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(diǎn)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(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。

　　4 流量信號處理方法

　　1）流量計(jì)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（MicroProcessorUnit）微處理器，作為*控制器設(shè)計(jì)方案，芯片中的CPU控制整個儀表的運(yùn)行，與74HC02A和SL130組合，完成對流量信號的運(yùn)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(jì)算機(jī)內(nèi)部CPU*處理器對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行處理，控制軟件支持并對流量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)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(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。

　　5 電磁流量計(jì)校驗(yàn)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(jì)檢定規(guī)程，分別在實(shí)驗(yàn)室及該產(chǎn)品安裝后的使用現(xiàn)場對其進(jìn)行校驗(yàn)。

　　在實(shí)驗(yàn)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(jì)（經(jīng)國家水大流量檢測站校準(zhǔn)）進(jìn)行比對，實(shí)驗(yàn)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。

　　6 結(jié)論

　　通過對該流量計(jì)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(jì)，有其*的優(yōu)勢，硬件和軟件設(shè)計(jì)都不同于交流供電的電磁流量計(jì)，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(jì)更合理、性能更*、測量更，未來必將引起人們更大的重視。