电磁流量计的电池供电励磁技术
一体式电磁流量计的供电电源
一体式电磁流量计的供电电源
一体式电磁流量计中的转换器采用直流励磁技术，具有功耗低，零点稳定，精度高的特点,利用法拉第电磁感应定律应用在工业生产的各个领域。
一体式电磁流量计的供电电源。
1。
当一体式电磁流量计的电源电压的频率波动时，虽然其波动范围有限，但对一体式电磁流量计的测量精度影响较大。
在智能矩形波励磁一体式电磁流量计中采用宽脉冲采样技术，一体式电磁流量计的脉冲宽度为工频周期的整数倍，具同步于工频周期,以完全消除工频干扰,但前提条件是工频噪声干扰基本不变。
2。
当一体式电磁流量计的供电电源频率波动时，流量信号采样时使前后的工频噪声不能完全相同，虽然采用同步励磁技术、同步采样技术仍然不能完全消除工频干扰噪声，必须采用相应的频率补偿技术,使一体式电磁流量计的励磁电流、采样脉冲，A/D转换同步于频率的变化。
一体式电磁流量计的直流励磁，一体式电磁流量计的直流励磁方式用直流电或采用永久磁铁产生一个恒定的均匀磁场。
这种直流励磁变送器的最大优点是受交流电磁场干扰影响很小，因而可以忽略液体中的自感现象的影响。
但是使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体被极化，即电解质在电场中被电解,产生正负离子,在电场力的作用下，负离子跑向正极，tjshl。
com正离子跑向负极，这将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围,严重影响仪表的正常工作。
所以，直流励磁一般只用于测量非电解质液体，如液态金属流量(常温下的
汞和高温下的液态钢、锂、钾）等
一体式电磁流量计采用的供电电源和直流励磁技术直接影响着电磁流量计能否正常的进行流量的测量。
能否正常的使用一体式电磁流量计，关键看我们是否真正的了解它。
电池供电电磁流量计新
HYDC-100D型电池供电电磁流量计一、电池供电电磁流量计概述HYDC-100D型电池供电电磁流量计专为水工业设计，满足城市供水确保准确的水费计算，广泛应用于现场无电源供应场所，如：城市供水、污水处理、水利工程、水政水资源等行业。
HYDC-100D型电池供电电磁流量计特殊设计的传感器励磁系统和高性能锂电池供电系统，并采用了16位嵌入式微功耗处理器，具有全数字量信号处理、测量稳定、测量精度高、抗干扰能力强等特点，实现自动双向流量测量、现场瞬时流量、正反向累计总量显示、自诊断故障报警和GSM数据无线远传等功能，用户可通过强大的GSM/GPRS远程管理软件系统可实现流量计数据无线远传、存储、数据分析等功能。
二、电池供电电磁流量计主要技术参数公称通径：DN10-DN1200DN150-DN6000（可选插入式电磁流量计）公称压力：0.6～4.0Mpa（特殊压力可定制）精确度：±0.2%、±0.5%测量范围：0.01～10m/s测量介质（电导率）：〉20μs/cm介质温度：-10℃～160℃环境温度：-10℃～60℃环境湿度：≤95%（相对湿度）供电方式：3.6V/DC内置锂电池供电，连续工作时间5-10年（3.6V、12V、220V）电极材料：316L不锈钢，HC、HB、钛、钽、铂、铱合金衬里材料：氯丁橡胶、聚氨脂橡胶、PTFE、F46、PFA连接方式：法兰式、插入式、夹持式（可选）结构形式：一体型、分体型（可选）防护等级：IP68 、IP65（可选）显示方式：LCD大屏幕液晶显示瞬时流量、流速、（压力），正、反向累积总量以及报警提示符输出信号：脉冲输出0.0001-10m³/p，频率输出1-1000HZ任意设置（无源光耦输出）通讯方式：GSM/GPRS无线数据远传（短信形式数据包）GSM/GPRS远程监控管理软件系统：GSM/GPRS远程监控管理软件系统与带远传功能的MGG/KL-DC型电池供电电磁流量计配套使用（见系统拓扑图）本系统不仅可以实现流量计数据的接收、存储，还可以实现对流量数据的统计与分析，使用户方便及时的掌控区域内各流量测量点的用水情况三、电池供电电磁流量计新特点电池供电电磁流量计是专为水工业设计，满足城市供水确保准确的水费计算，广泛应用于城市供水（冷水）、城市取暖（热水）、污水处理、水利工程等行业。
电池供电式电磁流量计
武汉正元自动化仪表工程有限公司电池供电型电磁流量计概述电磁流量计是一种电磁感应式流量仪表，依据JB/T9248-1999《电磁流量计》设计，适用于电导率大于5μs/cm导电液体的流量计算；公称通径范围为10mm 至3000mm，是集智能化、小型轻量一体化、多功能、高精度、高可靠性为一体的系列电磁流量计产品。
它由传感器和智能转换器两部分组成。
电池供电型电磁流量计标配一个常规锂电池组，可持续工作3年以上。
若配用高容量锂电池组，持续工作时间会更长。
电池供电型电磁流量计可采用基站式无线通讯网络系统，在区域中心建立通讯基站，覆盖半径为1000米。
各台电磁水表同基站进行近距通讯（ＳＲＤ模式），使用928MHZ开放频段（美国标准）。
基站通过GPRS或CDMA手机通讯网络完成同管理计算机的数据通讯。
此外，电池供电型电磁流量计也可直接通过GPRS或CDMA 手机通讯网络完成同管理计算机的数据通讯电池供电型电磁流量计采用压铸铝表壳，IP68密封防护设计，可使用在井下等潮湿场合。
电池供电型电磁流量计技术参数（武汉正元自动化仪表工程有限公司）★工作环境温度：－２０℃―５０℃★工作环境湿度：≦９５％★外壳防护等级：ＩＰ６８★流速测量范围：０～１５米/秒★介质电导率：洁净水 > ２０μs/cm★适用测量通径：ＤＮ３―ＤＮ６００★精度等级：０.５级、０.２级★测量参数：瞬时流量、瞬时流速★记录参数：流量累计总量、３２组事件记录★检测报警参数：流体空管检测报警励磁电流检测报警电池容量检测报警★标定输出信号：单位体积流量脉冲★无线通讯方式：ＳＲＤ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ★电池工作时间口径范围： DN3-150：40个月DN200-350：32个月DN400-600：30个月DN700-1000：26个月。
电磁流量计励磁方式及其特点
电磁流量计励磁方式及其特点流量测量的目的和意义流量与电磁感应法的流量测量电磁感应法的流量测量电磁流量计的特点电磁流量计的测量原理和理论电磁流量计的组成法拉第电磁感应定律电磁流量传感器的工作原理流体的定义和连续介质的形态压缩性与膨胀性对电磁流量计测量的影响表面张力对流量测量带来的影响液体的电性质在电磁流量计测量时的表现电磁流量计权重函数的物理意义电磁流量计权重函数的实际应用流速分布对电磁流量计的影响磁场边缘效应对测量的影响一涡电流的产生磁场在管轴线方向有限长情况下的灵敏度电磁流量传感器的基本结构电磁流量计励磁方式及其特点电磁流量计励磁方式及其特点在电磁流量计中，传感器的工作磁场是由励磁系统产生的。
本节将讨论励磁系统的结构、各种励磁方式和它们的特点、系统的等效电路与磁路分析。
一、励磁方式及其特点励磁方式决定着电磁流量什的抗干扰能力大小和零点稳定性能的好坏。
因此可以说，电磁流量计的发展历史与励磁方式的演变过程关系密切，不同的励磁方式代表着不同时代的特征和技术进步。
从法拉第的时代开始利用地磁场测量泰晤士河水流速，到今天低频矩形波、双频、可编程脉宽等智能化控制励磁方式的出现，使电磁流量计不断成熟、不断完善，成为流量测量仪表中最重要的品种之一。
图3-3列出了各种励磁方式，本节将就这些励磁方式与特点分别讨论。
1.直流励磁这里所说的直流励磁，包括用永磁铁的恒定磁场和由直流电流励磁的恒定磁场。
按式(2一2)所示，这种流量计感应的流量信号是直流电压信号。
用式(2一3)解释，直流电压信号的角频率ω=0几乎没有电磁感应的干扰产生.这是它们最大的优点。
但是，使用直流磁场所感应的是直流信号电压.它容易使流过管内的电解质液体极化，电极上得到的是极化电压与信号电压叠加在一起的合成信号。
这种合成信号用转换放大器很难将流量信号从中分离。
同时.极化电压又是温度的函数，信号随温度变化发生漂移，造成测量的不稳定。
再者.直流电压的存在.如图3-4所示，会导致测量管内的电解质液体的正离子向负电极移动，负离子向正电极移动。
智能电磁流量计的直流励磁技术
智能电磁流量计的直流励磁技术在智能电磁流量计中，智能电磁流量计的工作磁场是由励磁系统产生的，由于传感器励磁线磁路不饱和性，即性化磁路、励磁波形与工作磁场强度波形基本一致，智能电磁流量计中的直流励磁介绍1951年荷兰科学家成功地研制出直流励磁智能电磁流量计，并在挖泥船上测量泥浆获得成功，从此智能电磁流量计成为具有商品价值的流量仪表，开始其工业应用。
直流励磁技术是利用永磁体或者直流电源给电磁流量传感器励磁线圈供电，以形成恒定的励磁磁场。
这种励磁技术的特点是方法简单可靠、受工频干扰影响小，同时可以忽略掉流体中的自感现象等。
但是，直流励磁技术在使用中也存在很多问题。
智能电磁流量计中的直流励磁技术不足之处1.智能电磁流量计中的最大问题是直流感应电动势在两电极表面上形成正负极性是固定不变的，容易引起被测介质电解，从而导致电极表面发生极化现象，使感应电动势减弱，电极间等效电阻增大，同时出现由于电极极化引起的电势漂移，严重影响信号调理电路的工作。
如果采用极化电势很小的铂、金等贵金属及其合金材料做为电极，通常也存在微弱的极化电动势，而且提高了智能电磁流量计的制造成本。
2.智能电磁流量计的直流励磁在电极间产生不稳定的电化学干扰电动势，会叠加在直流流量信号中无法消除，并随着时间、流体介质特性以及流体流动状态的变化而变化。
3.智能电磁流量计中的直流放大器的零点漂移、噪声和稳定性问题难以获得很好的解决。
特别是在小流量测量时，信号放大器的直流稳定度必须在几分之一微伏之内，这成为限制直流励磁技术应用范围的主要原因之一。
目前智能电磁流量计的直流励磁技术仅在原子能工业中用于导电率极高，而又不产生极化效应的液态金属流量测量中。
励磁技术始终在智能电磁流量计中起着举足轻重的作用随着科学技术的发展，智能电磁流量计不断成熟、不断完善，成为流量测量仪表中最重要的品种之一。
电磁流量计励磁方式有哪些如何选型安装
电磁流量计励磁方式有哪些如何选型安装电磁流量计主要用于测量导电液体介质,不能用于测量气体、蒸气以及含有大量气体的液体。
受流速分布影响，在轴对称分布的条件下，流量信号与平均流速成正比。
所以，电磁流量计前后也必须有一定长度的前后直管段。
易受外界电磁干扰的影响。
在使用中的效果受诸多因素影响。
测量的真实、可靠及精度除了与转换器有关外，更主要是取决于传感器，而传感器的励磁技术对流量检测影响很大。
电磁流量计特点有哪些：(1)结构简单，无活动部件和阻碍被测介质流动的扰动件或节流件，对易黏附和固液二相介质不易发生管道堵塞、磨损等问题。
可弥补质量流量计不易测量此类介质的不足。
(2)电磁流量计是一种测量体积流量的仪表，其测量不受流体的密度、温度、压力、粘度、雷诺数以及在一定范围内电导率的变化的影响。
电磁流量计只需用水作为试验介质进行标定，而不需要作附加修正就可用来测量其它导电性液体。
这是其他流量计所不具备的优点。
(3)电磁流量计测量范围很大，有的产品测量范围达1000:1。
对同一口径传感器，其满量程只要介质流速在0.3~15m/s范围内可任意设定。
电磁流量计的测量范围可涵盖紊流和层流状态两种速度分布状态，这是差压式流量计、涡轮式、涡街等流量计不能与之相比拟的。
(4)测量原理上是线性的，测量准确度高，而且完全电信号输出，测量的反映速度快，可测脉动流量和快速累积总量。
(5)耐腐蚀性能好。
(6)原理上是测量过水断面的平均流速，对流速分布的要求较低。
因此，传感器前后的直管段要求比其他流量计短。
(7)可测正、反两个方向的流动流体。
电磁流量计励磁方式:直流励磁上个世纪初，欧洲国家曾研制出用直流励磁的电磁流量计，并开始其工业应用。
直流励磁技术是利用永磁体或者直流电源给电磁流量传感器励磁绕组供电，以形成恒定的励磁磁场，如图1所示。
直流励磁技术的最大问题是直流感应电动势在两电极表面上形成固定的正负极性，引起被测流体介质电解，导致电极表面极化现象。
电磁流量计励磁方式的选择
电磁流量计励磁方式的选择1、励磁方式介绍电磁流量计能否具有良好的抗干扰能力与较好的零点稳定性，很大程度上由励磁方式的类型决定。
励磁技术的不断改进推动着电磁流量计的发展，主要形成了直流励磁(含永磁励磁)、交流励磁、低频矩形波励磁、低频三值矩形波励磁、高频矩形波励磁和可编程脉宽矩形波励磁、双频矩形波励磁6类。
目前在造纸行业使用较多的是低频矩形波励磁、高频矩形波励磁和可编程脉宽矩形波励磁、双频矩形波励磁。
（1）低频矩形波励磁这种励磁方式是目前电磁流量计的主流励磁方式。
该励磁方式不会产生交流励磁中的涡流效应，也不会产生直流励磁中的极化现象。
因此，应用也最宽泛。
（2）高频矩形波励磁和可编程脉宽矩形波励磁依托微电子技术的不断发展，励磁技术也在不断进步，利用单片机的可编程特性、存储和运算功能，励磁方式可以做到脉冲宽度可编程。
高频励磁是相对于低频而言的，高频一般在25~100Hz，这2种励磁方式的优点是能够对浆液状流体进行流量测量，具有快速响应性。
缺点是高频矩形波励磁方式对磁性材料要求高，增加了工艺上的难度。
（3）双频矩形波励磁传感器采用双频励磁，在电磁流量计测量管道内形成一个具有高频和低频2个频率分量的电磁场。
高频频率选用75Hz，能有效抑制介质噪声，大幅度降低了液体对检测电极的极化作用；低频频率选用6.25Hz，有利于抑制零点的漂移。
采用双频励磁方式的电磁流量计能够在工况恶劣的条件下工作，具有良好的零点稳定性，同时还具有较强的浆液噪声抑制的能力。
2、不同励磁方式在实际应用中的选择在造纸行业中，电磁流量计励磁方式的选择主要根据浆液浓度来选择。
对于常规1%~3%或以下的浆料，一般的低频励磁方式就可测量，如12.5Hz或6.25Hz低频励磁。
当纸浆浓度为3%~15%时，浆料中液体的不均匀以及浆料摩擦电极引起的高频噪声，容易使得电磁流量计波动，因此,需选择励磁频率≥25Hz的高频励磁。
根据我公司高频电磁流量计的使用经验，高频励磁可降低40%~50%的流量波动幅度。
电磁流量计几种励磁技术的应用
电磁流量计几种励磁技术的应用电磁流量计是一种常用的流量测量仪表，它适用于各种导电流体的流量测量，具有精度高、稳定性好等优点，因此在化工、冶金、水处理等领域得到了广泛应用。
电磁流量计的测量原理是根据法拉第电磁感应定律，当导电液体在磁场中流动时，会在液体中引起感应电动势，从而实现流量的测量。
其中，励磁技术是电磁流量计中至关重要的一环，它能够对流体产生恒定的磁场，从而保证测量的准确性。
目前，常用的电磁流量计励磁技术主要包括：DC励磁、AC励磁、双频励磁、载波励磁和脉冲励磁等。
DC励磁技术DC励磁技术是电磁流量计最早采用的励磁技术，通过将直流电源施加到流量计传感器的线圈上，使其产生恒定的磁场。
DC励磁技术具有励磁电流及磁场稳定、噪声小等特点，但其存在的问题是在直流电源施加过程中易产生电解作用，导致传感器的氧化磨损、涂层加工不良等问题，因此在一定程度上限制了其应用范围。
AC励磁技术AC励磁技术是DC励磁技术的一种改进，它通过将交流电源施加到传感器线圈上，产生交变磁场。
AC励磁技术相对于DC励磁技术具有更好的线性度、稳定性及抗干扰能力，使电磁流量计的性能得以提升。
同时，AC励磁技术的电流频率、电流幅值等参数可以进行调整，从而实现优化的测量效果。
双频励磁技术双频励磁技术是AC励磁技术的一种改进，它将两个不同频率的交流电源施加到传感器线圈上，使两个交变磁场相叠加，从而提高了电磁流量计的稳定性和抗干扰能力。
双频励磁技术可以有效地消除磁场漂移，降低温度变化对电磁流量计的影响，从而提高了流量计的测量精度和稳定性。
载波励磁技术载波励磁技术是电磁流量计的又一种改进技术，它将高频载波信号与传感器的励磁信号叠加，形成一种高频调制的励磁电场，从而实现了测量信号的传输和放大。
载波励磁技术的优点是信噪比高、测量范围大、抗干扰能力强等，但其缺点是对传感器线圈的灵敏度要求较高，对传感器的稳定性、抗干扰能力等也存在一定的影响。
脉冲励磁技术脉冲励磁技术是近年来发展起来的一种新型励磁技术，它通过向传感器线圈中输入脉冲电流，产生周期性的磁场，从而实现对流量的测量。
电磁流量计的供电方式的介绍说明
电磁流量计的供电方式的介绍说明1.电磁流量计的原理介绍电磁流量计是大型工业生产中广泛使用的一种流量仪表，可测量液体中的流量。
该仪表的基本原理是利用洛伦兹力原理和法拉第电磁感应原理实现的。
电磁流量计是将液体介质通过管道，然后在管道的内壁上产生确定的电磁场。
当液体介质中有电解质时，液体中的电离物质将在电场中运动，并通过感应电子器捕获到电磁场中感应的电压，从而实现液体流量的测量。
2.电磁流量计的供电方式电磁流量计的供电方式有两种：外部供电和内置电源供电。
2.1 外部供电方式接受外部供电方式的电磁流量计一般需要配备一个专门的电源掌控系统，来为电磁流量计供应电源。
在使用过程中需要注意的是，电磁流量计的供电电源和掌控器之间的电缆长度不能超过规定的长度，一般不超过50米，以免因传输距离过远而影响电磁流量计的正常使用。
此外，外部供电方式的电磁流量计还需要一个稳定的供电电源，以避开对电磁流量计的使用造成不必要的干扰。
一般来说，电磁流量计的稳定供电电源应选择线性电源或稳压电源。
2.2内置电源供电方式内置电源供电方式是一种较为便利的电磁流量计供电方式，它将电源及掌控器等电源设备集成到电磁流量计中，因此不需要额外的电源掌控系统，只需将电磁流量计的直流电源接入即可。
内置电源供电方式的电磁流量计具有易安装、使用便利和结构小巧等特点，因此在一些狭小空间或移动场合中得到广泛应用。
3.不同供电方式的比较外部供电方式的电磁流量计电源和掌控器等设备的独立设置，使得该种方式的电磁流量计装置比较适用于多而杂的场合，可以充分长距离传输的需要。
内置电源供电方式的电磁流量计，由于其电源系统已经内置在流量计内部，因此设备的使用更为便利快捷，其执行功能也相对比较单一，适用于一些基础易懂的场合。
此外，针对不同的使用需求，不同供电方式的电磁流量计也会具有其特别的应用场合或局限性，就使用者而言需要依据需要选择合适的电磁流量计设备。
4.总结电磁流量计是一种非常常见的流量仪表。
智能电磁流量计的工频正弦波励磁技术
智能电磁流量计的工频正弦波励磁技术
工频正弦波励磁技术才真正实现了智能电磁流量计的大规模工业应用。
工频正弦波励磁技术是利用50Hz正弦波交流电给电磁流量传感器励磁线圈供电。
智能电磁流量计的工频正弦波励磁技术相比于直流励磁技术的优势
1. 工频正弦波励磁技术能够基本消除电极表面的极化现象，有效降低电极电化学电势的影响和传感器的内阻。
2.采用工频正弦波励磁技术，其传感器输出流量信号仍然是工频正弦波信号，实际应用中正弦波更易于进行放大处理，而且能够避免直流放大器存在零点漂移等问题。
而且，励磁电源选用生产生活供电即可，简单方便。
智能电磁流量计的工频正弦波励磁技术的不足之处，工频正弦波励磁技术会带来一系列电磁感应干扰和噪声。
1.电磁感应会产生正交干扰（又称为变压器效应），其干扰要远远大于流量信号，且幅值与频率成正比，相位比流量信号滞后90°，因此如何克服正交干扰电势的影响是正弦波励磁技术的主要难题。
2.工频正弦波供电电源存在频率不稳定和电源电压幅值波动的影响，产生供电电源性干扰。
3. 智能电磁流量计的工频正弦波励磁技术存在电磁感应的涡流效应。
由于分布电容、杂散电流的存在产生同相干扰，这些干扰电势的特点是它的频率和工频一致，叠加在流量信号之中难以消除，以致
智能电磁流量计零点不稳定。
智能电磁流量计虽然采用相敏整流、严格的电磁屏蔽和线路补偿、电源补偿、自动正交抑制系统等技术措施以消除与流量信号频率一致的工频干扰电压，但由于正交电势的幅值比流量信号电势幅值大几个数量级，正交抑制系统等抗干扰技术措施的任何不完善，都可能引起一部分正交电势转化为同相干电，导致智能电磁流量计零点不稳定，精度难以提高。
电磁流量计励磁
电磁流量计励磁电磁流量计简单说是由流量传感器和变送器组成的。
流量传感器是把流过管道内的导电液体的体积流量转换为线性电信号。
其转换原理就是著名的法拉第电磁感应定律，即导体通过磁场，切割电磁线，产生电动势。
流量传感器的磁场是通过励磁实现的，分直流励磁、交流励磁和低频方波励磁。
现在大多流量传感器采用低频方波励磁。
变送器是由励磁电路、信号滤波放大电路、A/D 采样电路、微处理器电路、D/A 电路、变送电路等组成。
工作原理电磁流量计（Eletromagnetic Flowmeters ，简称EMF ）是20 世纪50~60 年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的，电磁流量计用来测量导电液体体积流量的仪表。
由于其独特的优点，电磁流量计目前已广泛地被应用于工业过程中各种导电液体的流量测量，如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质；电磁流量计各种浆液流量测量，形成了独特的应用领域。
在结构上，电磁流量计由电磁流量传感器和转换器两部分组成。
传感器安装在工业过程管道上，它的作用是将流进管道内的液体体积流量值线性地变换成感生电势信号，并通过传输线将此信号送到转换器。
转换器安装在离传感器不太远的地方，它将传感器送来的流量信号进行放大，并转换成流量信号成正比的标准电信号输出，以进行显示，累积和调节控制。
电磁流量计的基本原理(一)测量原理根据法拉第电磁感应定律，当一导体在磁场中运动切割磁力线时，在导体的两端即产生感生电势e,其方向由右手定则确定，其大小与磁场的磁感应强度B，导体在磁场内的长度L及导体的运动速度u成正比，如果B，L，u 三者互相垂直，则e= Blu (3 —35)与此相仿．在磁感应强度为B 的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D 的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速u流动时，导电流体就切割磁力线．如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极(图3—17)则可以证明，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间也特产生感生电动势：e=BD (3—36)式中，为管道截面上的平均流速．由此可得管道的体积流量为：qv = n DU" = (3 —37)由上式可见，体积流量qv 与感应电动势e 和测量管内径D 成线性关系，与磁场的磁感应强度B 成反比，与其它物理参数无关．这就是电磁流量计的测量原理．需要说明的是，要使式（3—37 ）严格成立，必须使测量条件满足下列假定：①磁场是均匀分布的恒定磁场；②被测流体的流速轴对称分布；③被测液体是非磁性的；④被测液体的电导率均匀且各向同性。
智能电磁流量计的低频矩形波励磁技术
智能电磁流量计的低频矩形波励磁技术
智能电磁流量计的低频矩形波技术中的激磁技术既具有工频正弦波励磁的优点，能避免直流放大器零点漂移、噪声、稳定性等问题，具有较好的抗干扰性能。
低频矩形波励磁技术的优缺点分析低频矩形波励磁中存在微分干扰，它是工频正弦波励磁中变压器电动势演变而成的，并且出现涡流效应。
由于一般电磁流量传感器励磁线圈的L/R较小，随着励磁电流达到平稳状态，微分干扰就会自动消失。
励磁频率越低，涡电流效应越小，微分干扰也越小，有利于励磁电流上升沿和下降沿快速达到稳态。
但励磁频率过低，则会降低仪表的响应速度，就不能忽略电化学电势的影响，对测量脉冲流体和快速自动调节不利。
所以在选择低频励磁频率时要考虑生产工艺对测量精度要求和仪表反应速度，一般选择低频矩形波励磁频率为工频的偶数分之一。
为了排除微分干扰即变压器电势干扰的影响，根据矩形波波形的特点，对流量电压信号进行同步采样的时机通常选择在励磁电流进入稳态阶段，这样微分干扰不能进入同步采样，因此微分干扰不影响仪表输出。
同时低频矩形波励磁技术避开工频励磁频率，智能电磁流量计抗工频干扰的能力很强。
这是因为同步采样脉冲为宽脉冲，周期为工频周期或工频周期的整数倍，这样即使流量信号中混有工频干扰，因其采样时段为完整的工频周期，其平均值等于零，就会抵消掉工频电压。
另一方面由于励磁频率低，静电藕合分布电容影响小，由于存在传感器流量信号源内阻和线路分布电容产生的积分作用使得矩形波前沿变得不平坦，并不会影响水平部分的幅值，由于
采样时机选在流量信号的稳态阶段，所以前沿变化又不影响同步采样值，因此信号便于远距离传输。
电磁流量计的励磁方式
电磁流量计的励磁方式励磁是电磁流量计测量性能的关键技术之一，励磁方式在实际应用上可分成交流正弦波励磁、非正弦波交流励磁和直流励磁方式。
1、交流正弦波励磁，当交流电源电压(有时是频率)不稳时，磁场强度将有所改变，所以电磁流量计电极间产生的感应电动势也变动，因而，必须从电磁流量计取出对应于计算磁场强度的信号，作为标准信号。
这种励磁方式易引起零点变动，而降低其测量精度。
2、非正弦波交流励磁，是采用低于工业频率的方波或三角波励磁的方式，可以认为产生恒定直流，周期性地改变极性的方式，因这种励磁电源稳定，故不必为除去磁场强度的变动而进行运算。
3、交流励磁方式的主要问题是感应噪声严重。
直流励磁方式，则是在电极上的极化电位成了重要障碍。
所以一定值的直流励磁方式仅适用于非电解质(如液态金属)液体的测量。
在测量自来水、源水等水溶液时，一般采用周期性间歇的直流励磁方式。
间歇周期应选为交流电源周期的整数倍，可消除交流电源频率的噪声，排除了交流磁场的电涡流和直流磁场的极化干扰。
4、低频矩形波励磁，励磁频率降低，零点稳定性可以提高，但仪表抗低频干扰能力减弱，响应速度慢，如果励磁频率高，则抗低频干扰的能力增强，但电磁流量计的零点稳定性降低。
这一问题到二十世纪七十年代研究出了低频矩形波(50Hz 的1/2～1/32)，解决了长期困扰电磁流量计的工频干扰，提高了零点稳定性和测量精确度。
5、二十世纪八十年代又出现了三值低频矩形波励磁技术(有50Hz 的1/8 为周期，采用正弦规律变化的励磁电流)，具有更好的零点稳定性，解决了干扰电势的影响，但降低了响应速度，并且在测量泥浆、纸浆等含固体颗粒和纤维流体及低导电率流体测量时，会产生电噪声(因流体摩擦电极，使电极表面氧化膜剥离后又形成所致)，使输出信号摆动不稳。
6、二十世纪八十年代末又针对这些问题推出了双频矩形波。
电磁流量计双频励磁原理
电磁流量计双频励磁原理电磁流量计是一种常用的流量计量仪表，其工作原理可以分为多种类型，其中双频励磁原理是一种常见的工作方式。
双频励磁原理利用电磁感应的原理来测量流体的流量，具有精度高、稳定性好等特点。
双频励磁原理电磁流量计主要由传感器和信号处理仪两部分组成。
传感器是测量流体流量的核心部件，而信号处理仪则负责接收传感器传来的信号，并进行处理、显示和输出。
在双频励磁原理中，传感器通过两个频率的电磁场来励磁流体。
当流体通过传感器时，流体中的导电体会受到电磁场的作用，产生感应电动势。
这个感应电动势的大小与流体的流速成正比，因此可以通过测量感应电动势的大小来确定流体的流速。
具体来说，双频励磁原理的电磁流量计是通过两个相互垂直的电磁场来实现的。
其中一个电磁场是水平方向的励磁电磁场，另一个是垂直方向的检测电磁场。
励磁电磁场由传感器中的励磁线圈产生，而检测电磁场则由传感器中的检测线圈产生。
当励磁电磁场通过流体时，流体中的导电体会受到电磁力的作用，导致流体产生速度分布。
而检测电磁场则通过检测线圈来感应这个速度分布，产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与速度分布有关，因此可以通过测量感应电动势的大小来确定流体的流速。
传感器中的励磁线圈和检测线圈都是由导线绕制而成的，通过传感器中的电路来实现对励磁线圈和检测线圈的电流控制和信号采集。
当传感器中的电路给励磁线圈通电时，励磁线圈产生励磁电磁场；当流体通过传感器时，导致速度分布的变化，进而产生感应电动势；传感器中的电路会接收并处理感应电动势，最终输出流体的流速。
双频励磁原理的电磁流量计具有测量精度高、稳定性好的优点。
由于双频励磁原理利用了两个相互垂直的电磁场来励磁流体，因此可以消除由于流体速度分布不均匀而引起的误差。
另外，双频励磁原理还可以通过对励磁电磁场和检测电磁场的相对位置和大小进行优化，进一步提高测量精度和稳定性。
双频励磁原理是电磁流量计中一种常见的工作方式，通过利用电磁感应的原理来测量流体的流量。
电磁流量计的几种励磁技术
电磁流量计的几种励磁技术
大家都知道，应用到电磁流量计的地方，那么一定少不了励磁技术，今天本文就来聊聊关于几种励磁技术的应用。
1、直流励磁技术：
是利用永磁体或直流电源给电磁流量传感器励磁绕组供电，以形成恒定的励磁磁场。
具有方法简单可靠、受工频干扰影响小、流体中自感现象小等特点。
但它存在的问题就是直流感应电势在两电极表面形成固定的正负极性，会引起被测介质的电解，从而导致电极表面出现极化现象。
而这种现象的存在会使电极间的有效电阻增大，出现电极极化和电势漂移，以至严重影响信号转换放大部分的工作。
2、工频正弦波励磁技术：
是利用工频50Hz正弦波电源给电磁流量传感器励磁绕组供电，使之形成正弦波励磁磁场。
它能够基本消除电极表面极化现象，降低电极电化学电势影响和传感器内阻。
实际应用中必须采用相敏整流、线路补偿、自动正交抑制等措施，用以消除与流量信号频率一致的工频干扰电压。
3、低频矩形波励磁技术：
是一种介于直流励磁和工频交流励磁之间的励磁技术。
它不仅具有直流励磁技术不产生涡流效应、正交干扰、同相干扰等优点，还具有工频正弦波励磁技术不产生极化效应、流量信号便于放大处理等优点。
但在测量浆液等液固两相导电性流体时电极表面会产生尖峰电势干扰。
4、低频三值矩形波励磁技术：
采用工频频率八分之一为频率，使励磁电流按照正·零·负·零·正的规律变化。
其特点是能够在零态时自动校正零点，具有零点稳定的特性。
它还可利用微处理器的逻辑判断功能和运算功能解决尖峰干扰电势的影响。
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电磁流量计。
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电磁流量计的电池供电励磁技术
An Introduction to Battery-Powered Excitation for
Electromagnetic Flowmeter
李长奇 张亚先 孙丽梅 刘守宁
（中环天仪股份有限公司 300384 ）
摘要：本文介绍了一种电磁流量计，采用电池供电励磁的新技术，包括铁芯铁芯线圈结构、低功耗励磁设计及抗干扰技术。
这种新技术拥有电磁流量计高精度的特点，而且自身功耗大约相当于传统电磁流量计的百分之一，克服了电磁流量计励磁功耗大的缺点，适合于电池供电，可以应用在没有外接电源的现场环境中。
实验数据也在文中一并给出。
关键词：电磁流量计电池供电励磁
1 前言
在众多的流量测量仪表中，电磁流量计具有高精度、无阻流件、无压损等特点，在很多行业有着广泛的应用。
然而传统的电磁流量计的功耗都很大，在仪表的低功耗技术方面比较落后，一般都采用220V交流或24V直流电源供电。
随着微电子技术的快速发展，特别是一些稳定可靠、高集成度芯片的问世使得低功耗设计成为仪表的发展趋势。
采用电池供电的低功耗电磁流量计，不但拥有传统电磁流量计的优点，而且无需外接电源，可以应用在没有外接电源的现场环境中，还可以削弱由外电源引入的一系列干扰，也可以防止雷击引起的损害，从而提高了流量计的抗干扰能力，保证测量的长期稳定性。
在近年来，国外一些企业成功研发了电池供电的电磁流量计，然而国内的各电磁流量计生产企业仍然相对落后，几乎没有这方面产品。
究其原因，是因为电磁流量计的励磁功耗太大，小电流的励磁技术难以突破。
本文从转换器的传感器的结构、励磁信号以及抗干扰措施三方面分析，介绍了一种新的电池供电励磁技术，在电池供电电磁流量计设计上实现了关键技术的突破。
2 电池励磁的理论基础
电磁流量计的工作原理基于法拉第电磁感应定律。
当被测导电液体通过包围在磁场中的测量管时，在与液体流向和磁场方向二者都垂直的第三个方向上就会产生与平均流速V成正比的感应电动势E；可表示为[1]
E=BDV
式中 B ——感应电磁强度 (T)
D ——电极间距 (m)
V ——流体平均流速 (m/s)
由上式可以看出，对于相同口径的流量计来说，当在平均流速V相同时，感应电动势E与管道中的磁感应强度B成正比。
电磁流量计的高精度测量，需要在管道中导电液体流动时有足够强度的感应电动势E产生，这就要求流量计的磁感应强度B足够大。
由磁学可知，流过线圈的激励电流越大，则磁感应强度B越大。
可是在电池供电的电磁流量计中，磁场激励电流必须要很小，所以为了保证流量计的高精度测量，必须从各个方面都要进行低功耗设计。
3 励磁铁芯线圈设计
电磁流量计的磁场是由励磁电流通过线圈绕组而产生，磁场的面积不能改变，线圈的圈数与磁感应强度B成正比，同时能量又损耗在线圈发热和导磁介质上。
因此要增强磁场，就要从增加线圈圈数、改变传感器结构和采用高磁导率的材料几方面进行设计。
本节介绍一种带有叠层铁芯的线圈结构设计。
传统传感器的励磁铁芯结构主要是：一对圆形励磁线圈中各有一个软铁制成的圆形铁芯，另有2～4层由硅钢片绕成的闭合磁轭，把一对线圈和一对铁芯完全包裹在内部，而且硅钢片与圆形铁芯相接触，形成一个磁路。
这种传统结构有四点不足：（1）用一条硅钢片包裹线圈形成的磁路过于简单，在低功耗供电的条件下，不能形成匀强磁场。
（2）硅钢片磁轭与软铁制成的铁芯之间有较大间隙，且相对面积不够大，致使磁场能量被减少20％～33％。
（3）电池供电条件下的励磁电流小于传统流量计的10％，必须提高励磁效率，以满足低功耗供电。
（4）传统的圆形线圈结构简单，但未考虑到匀强磁场特性，造成传感器的总体非线性误差。
本节介绍的这种叠层铁芯的线圈结构是使用硅钢片或矽钢片制成的、带有磁轭的一体化铁芯，图 3.1给出了一片矽钢片的外形，不再使用软铁制成的独立铁芯，这就改变了独立铁芯与磁轭之间的较大空隙和较小相对面积的缺点，提高了空间磁场强度；同时配合如图3.2示出的一对马鞍形线圈，保证了空间匀强磁场特性，为电池供电励磁提供足够磁场强度。
具体结构是由数片带磁轭的铁芯用铆钉穿过铁芯上的圆孔铆接在一起，形成叠层式铁芯；将马鞍形线圈绝缘后，内孔插套在叠层式铁芯的铁芯上；再将两个相同的带有线圈的叠层式铁芯的两边磁轭部分别对接在一起，并用卡子夹紧形成筒状，如图 3.3所示。
总之，这种结构克服了独立铁心与磁轭之间的较大间隙和较小接触面的缺点，提高了空间磁场强度，保证了空间匀强磁场特性，减少了电池供电条件下的励磁功耗。
图 3.1 矽钢片形状
图3.2 线圈剖面图
图3.3 总体结构图
4 励磁信号设计
在电磁流量计的励磁周期的选择方面，一般都选用50Hz的倍数或分数，这样的频率可以有效地抑制工频干扰[1]。
励磁频率的选择，从降低传感器零点、保持稳定的角度出发，通常采用6.25～3.125Hz，甚至低到1Hz的励磁频率；从降低流体极化电压引起输出摆动的角度出发，励磁频率要选择10Hz至100Hz范围；为降低低电导率时流动噪声的影响，励磁频率可能达到300Hz。
在电池供电的电磁流量计中，采用太低频率的励磁会增加测量工作时间，增大流量计的功耗；若用太高的频率励磁，则由于传感器线圈的电感量的影响，会使得信号的平滑采样段不够，无法测量。
所以频率的选择要根据实际情况来确定，一般小于50Hz。
5 抗干扰措施
由于传感器产生的电动势E很小，只有μV量级，电磁流量计需要对该电动势进行放大，再将模拟信号转换为数字信号，最终转化为流量显示。
普通电磁流量计需要将信号放大上千倍，并采取有效的抗干扰措施，才能对感应电动势有效的测量。
而在电池供电的电磁流量计中，传感器产生的信号更小，这就需要放大倍数更大的高抗干扰放大电路设计。
一般需要几千倍增益的放大电路才能达到要求。
电磁流量计的干扰主要有正交干扰、同相干扰、微分干扰、串模干扰、共模干扰和直流干扰等等。
针对上述干扰可采取的措施主要有：（1）改善传感器制作工艺，使电极的引线、转换器输入阻抗体和被测流体三者形成的闭合回路空间，尽量平行于磁力线。
（2）A／D采样周期避开微分干扰部分[2]。
（3）通过使用双绞线使串模干扰抵消，使用低通滤波器抑制高频干扰，加强转换器放大电路板的屏蔽措施和利用选择工频周期倍数的励磁周期软件滤波等措施消除工频干扰。
（4）通过良好的接地和放大器的高共模抑制比来消除共模干扰。
（5）采用低频双值或三值矩形波励磁可以避免直流干扰[2]。
6 实验数据
本电池供电电磁流量计采用图2.3所示的叠层式励磁铁芯线圈，对于DN50的传感器，采用12.5Hz和10mA 交流励磁，73dB增益放大器。
实验数据如表6.1所示。
表 6.1 实流实验数据
实测容积 标准容积 标准流量 误差
（L） （L） （m3／h） （%）
170.02 168.73 0.70 +0.76
170.06 168.76 1.53 +0.77
170.07 169.67 1.99 +0.23
170.14 169.98 3.64 +0.09
170.31 170.42 7.80 -0.06
170.48 170.63 11.80 -0.08
730.85 729.54 20.82 +0.18
731.41 730.68 34.57 +0.10
7 结论
本设计中的电池供电励磁技术，采用了新的传感器线圈结构，提高了电磁场的转化效率，降低了激励磁
场的损失；同时采用了高抗干扰、高增益的放大电路设计及间歇休眠式工作的低功耗模式。
经过实验验证，当流体流速在0.1～0.3m/s所对应的流量范围内，可以满足±1%的精度，在0.3～10m/s范围内可以达到±0.3%的精度。
这与目前工业应用中的220V交流供电电磁流量计相差无几。
若采用3.6V电池供电，可以持续工作五年以上，实现了电池供电的低功耗设计。
参考文献：
[1] 蔡武昌等.电磁流量计.北京:中国石化出版社，2004年
[2] 靳笑宇.电池供电电磁流量计的研究设计.北京化工大学硕士研究生学位论文.2005年。