CN112229457B - 一种新型电磁流量计及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型电磁流量计及其测量方法，属于精密仪表测量技术领域。一种新型电磁流量计，包括流量传感器、励磁电路、信号分析电路、励磁信号采集电路、计算控制模块、人机交互系统及液体管道。励磁电路又是由一个仪表放大器与两个通用运算放大器组成，结构简单可靠。本发明还包括该流量计的新型流量测量方式：励磁对比测量法。即根据经过流速信号分析电路得到的流速信号波形与根据励磁信号采集电路获得的励磁波形的对应关系，找到流速信号的最大值，从而提高液体流速测量精度。

Description

一种新型电磁流量计及其测量方法

技术领域

本发明属于精密仪表测量技术领域，具体涉及一种新型电磁流量计及其测量方法。

背景技术

从污水处理厂等工业应用到物业水流管理等民用方面都需要具有高精度的液体流量测量仪器，以实现对液体流量的测量与控制。例如，在食品行业，产品装瓶和装罐的流量精确控制会直接影响利润，因此必须最大程度降低流量测量误差。在众多类型的流量计当中，电磁式流量计同时兼备了测量准确且价格相对较低的特点，从而受到广大生产厂家的青睐。因此电磁式流量计发展迅速，成为了流量计的重点研究对象。

传统电磁流量计主要由五部分组成：分别是流量传感器、励磁电路、信号分析电路、计算控制模块、人机交互系统。励磁电路是为了产生稳定可控的电流，电流经过传感器的线圈后就会产生磁场，由于磁场是由可控电流经过线圈产生的，因此磁场的大小方向也都可以控制，现在多用低频矩形励磁方波。传感器的两侧会有两个极板，当液体流过传感器时，液体中带电粒子就会在磁场中运动受到洛伦兹力的作用从而正负粒子打向不同的两个极板，这样两个极板就会产生微小电压信号。之后微小电压信号经过信号分析电路后，便可以由计算控制模块中的ADC转化为数字信号输入单片机。最后单片机将得到的数据对应为相应的流速信息与计算后的流量信息输出到人机交互系统中，就完成了最终的液体流速与流量的测量。

但是电磁流量计的精度仍然可以提升，成本也仍有下降的空间，性能尚可，功能可靠的高精度电磁流量计都高达4000元人民币。因此控制电磁流量计的成本也是其设计过程中的重中之重。

发明内容

为了克服上述缺点，统筹成本与精度的最优解，使电磁流量计精度提高的基础上降低成本，本发明提供了一种低成本高稳定性的新型电磁流量计及其测量方法。

本发明通过如下技术方案实现：

一种新型电磁流量计，包括流量传感器1、励磁电路2、信号分析电路3、励磁信号采集电路4、计算控制模块5、人机交互系统6及液体管道7，所述计算控制模块5用于控制电流源与H桥，得到低频矩形励磁方波；所述励磁信号采集电路4用于采集励磁电路2的励磁信号，并将该信号通过ADC传输到计算控制模块5中；所述流量传感器1用于采集液体管道7中的液体流速信号，并将液体流速信号传输给信号分析电路3，所述信号分析电路3用于对该信号进行滤波放大滤除噪音处理，处理后的信号经过ADC转换为数字信号传送到计算控制模块5中，计算控制模块5用于对励磁信号采集电路4采集的励磁信号及信号分析电路3处理后的信号进行对比分析计算，并由计算控制模块5控制人机交互系统6来实现人机交互。

进一步地，所述励磁电路2由一个仪表放大器与两个通用运算放大器组成，两个通用运算放大器都作为电压跟随器连接到电路中，其中一个运算放大器输出端接到仪表放大器基准电压ref端，另一个运算放大器同相输入端接到仪表放大器输出端，输出端接到采样电阻R后连接前一个运算放大器同相输入端且连接负载，仪表放大器的反向输入端则接到1.5V基准电压上，反向输入端接到计算控制模块的DAC输出从而来控制电流波形。

进一步地，所述流量传感器1由励磁线圈11及信号极板12组成，所述励磁线圈11分别放置到液体管道7的上下两侧，并紧贴液体管道7，与液体管道7形成垂直的并受电流控制的有规律的稳定可控的磁场，所述信号极板12放置在液体管道7内部的左右两侧，并引出两条导线连接到信号分析电路3中，当液体管道7中有液体流过后，液体中的带电粒子受到洛伦兹力的影响从而打向信号极板12，从而使液体流速与电压信号成正比。

进一步地，所述励磁信号采集电路4由互感器41及仪表放大器42组成，互感器41的一个端口与流量传感器1的励磁线圈11串联，另外一个端口分别与仪表放大器42的同向输入端与反向输入端连接，仪表放大器42的参考电压Ref接地，输出端接到计算控制模块5的ADCⅠ53上；当励磁信号发生变化时串联在励磁线圈11上的互感器41会产生电压，又因为互感器41另外两端连接到仪表放大器42的输入端，所以该电压值被放大一定倍数后输入到计算控制模块5的ADCⅠ53中进而由单片机51对信号进行分析处理。

进一步地，所述计算控制模块5由单片机51、DAC52、ADCⅠ53及ADCⅡ54组成，其中ADCⅠ53及ADCⅡ54均可以采用单片机51内部集成的模块，DAC52可以采用DAC芯片，并由单片机51连接到DAC芯片实现输出不同模拟信号，从而实现低频矩形励磁方波。

进一步地，所述人机交互系统6由显示器61及控制按钮62组成，计算控制模块5的单片机51通过排线连接到显示器61，控制其显示所需流速，控制按钮62一端接到高电平，另一端连接到单片机51的io口并下拉到地，当按下按钮62后，就会有高电平输出单片机51，从而单片机51识别高电平重新测量流量数值。

本发明的另一目的在于提供一种新型电磁流量计的流量测量方法，具体步骤如下：

步骤一：搭建压控恒流源励磁电路，该压控电流源电路由两个通用运算放大器和一个仪表放大器组成，其中一个由通用运放构成的电压跟随器输出端接到仪表放大器基准电压ref端，另一个由通用运放构成的电压跟随器同相输入端接到仪表放大器输出端，输出端接到采样电阻R后连接前一个电压跟随器同相输入端且连接负载，仪表放大器的反向输入端则接到1.5V基准电压上，反向输入端接到控制计算模块的DAC输出从而来控制电流波形；

步骤二：由在控制计算模块中的单片机控制DAC输出方波电压，得到方向交替的励磁电流信号从而得到方向大小可控的磁场；

步骤三：励磁信号通过互感器与仪表放大器后会在电流方向变化时产生电压，将该电压值通过计算控制模块的ADC1转换为数字信号后传输到计算控制模块的单片机当中进行计算分析；

步骤四：将经过信号分析电路后测得的电压数据与液体流速进行标定，因流速信号电压值与流速成正比例，因此只需标定两个点即可，当液体流速为0时，流速信号电压值也为0，当流速为1m/s时，标定电压值，后得到电压流速方程，便可以根据测得电压值得知具体液体流速；

步骤五：搭建人机交互系统，首先把得到的实时流速经过显示器显示出来，把经计算后得到的总流量也在显示器中显示，随后搭建按键用来开启测量流速、关闭流速测量或总流量更新。

进一步地，步骤一中，所述负载上电压为V_L，电压跟随器U2A同相输入端电压为V_U2A+、反相输入端电压为V_U2A-及输出电压为V_U2AO，电压跟随器U2B同相输入端电压为V_U2B+、反相输入端电压为V_U2B-及输出电压为V_U2BO，仪表放大器基准电压为V_ref、同相输入端电压为V_U1+、反相输入端电压为V_U1-、输出电压为V_U1O且；放大倍数为G，流过负载励磁线圈的电流为I，

则根据电气连接与运放特性可得：

V_U2A+＝V_U2A-＝V_U2AO ⑴

V_U2B+＝V_U2B-＝V_U2BO ⑵

V_L＝V_U2B+ ⑶

V_U2BO＝V_ref ⑷

V_U2A+＝V_U1O ⑸

V_U1-＝1.5V ⑹

由⑵⑶⑷可得：

V_L＝V_ref ⑺

由仪表放大器性质可得：

(U_U1+-V_U1-)×G+V_ref＝V_U1O ⑻

将⑴⑸⑹⑺带入⑻得：

(V_U1+-1.5V)×G+V_L＝V_U2AO ⑼

由电阻VCR可得：

V_U2AO-V_L＝I×R ⑽

将⑼带入⑽得：

(V_U1+-1.5V)×G＝I×R ⑾

若输入电压V_U1+为V，则整理⑾式为：

可知流过负载的励磁电流可以由可变电压精准控制从而控制了磁场的变化。可变电压在0-3V之间变化时，选取合适的电阻R值与放大倍数a就可以得到在负载上大小方向都可以变化的励磁电流。控制计算模块便可以通过DAC来为励磁电路提供0-3V可变的电压V。

进一步地，步骤三中所述的计算分析，具体过程如下：

对励磁信号和流速信号同时通过相同采集速度的ADC1、ADC2进行采样并传送到计算控制模块的单片机中，然后通过计算控制模块分析找到励磁信号的极大值与极小值，励磁信号极大值与相邻的极小值之间(或极小值与相邻的极大值之间)采集100个数据如a₁、a₂、a₃……a₁₀₀，那么同时采集的流速信号也有100个数据如b₁、b₂、b₃……b₁₀₀，选取流速信号中的第[100*(1/8)]个数值即b₁₂相邻的5个数即b₁₀、b₁₁、b₁₂、b₁₃、b₁₄求平均得到的数

作为之后要求平均的数据，而此时的

也恰好是流速信号中的最大值相邻的五个数的平均值；通过测10次

取平均降低误差求得最终的流速。这样虽然每10个周期才能得到一次流速，但是励磁方波的频率足以支持取10次平均后仍能有很好的流速即时性。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)、该压控电流源设计首次应用到电磁流量计当中，相比传统H桥与电流源相组合的电路结构更简单，相应的成本也有明显降低；

(2)、该压控电流源具有受电压控制，可以产生不同波形励磁，输出稳定等特点；

(3)、本发明的励磁对比方法测量液体流速有更好的准确性，更高的精度，且成本并没有明显增加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的电磁式液体流量计系统图；

图中：1为流量传感器、11为励磁线圈、12为信号极板、2为励磁电路、3为信号分析电路、4为励磁信号采集电路、41为互感器、42为仪表放大器、5为计算控制模块、51为单片机、52为DAC、53为ADC1、54为ADC2、6为人机交互系统、61为显示器、62为控制按钮、7为液体管道；

图2为本发明的低成本、高稳定性压控电流源励磁电路图；

图中：U1为仪表放大器、U2A为通用运放、U2B为通用运放、R为采样电阻、Rg为增益电阻、L为负载线圈；

图3为本发明的励磁信号放大后波形、流速信号经过分析电路后的波形以及二者对应关系示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

请参阅图1，图1是本发明的电磁式液体流量计系统图；包括流量传感器1、励磁电路2、信号分析电路3、励磁信号采集电路4、计算控制模块5、人机交互系统6及液体管道7；

一种新型电磁流量计，包括流量传感器1、励磁电路2、信号分析电路3、励磁信号采集电路4、计算控制模块5、人机交互系统6及液体管道7，所述计算控制模块5用于控制电流源与H桥，得到低频矩形励磁方波；所述励磁信号采集电路4用于采集励磁电路2的励磁信号，并将该信号通过ADC传输到计算控制模块5中；所述流量传感器1用于采集液体管道7中的液体流速信号，并将液体流速信号传输给信号分析电路3，所述信号分析电路3用于对该信号进行滤波放大滤除噪音处理，处理后的信号经过ADC转换为数字信号传送到计算控制模块5中，计算控制模块5用于对励磁信号采集电路4采集的励磁信号及信号分析电路3处理后的信号进行对比分析计算，并由计算控制模块5控制人机交互系统6来实现人机交互。

如图2所示，搭建压控电流源励磁电路，电路中的仪表放大器可以选用AD620芯片，假设放大倍数为G、增益电阻为Rg，那么AD620的增益方程式为：

于是设定AD620增益为2倍的时候，可以求得其增益电阻值为Rg＝49.4kΩ。其中通用运放U2A、U2B选用TCA0372的PDIP-8的双运放封装。运放均用±12V双电源供电。

所述励磁电路2由一个仪表放大器与两个通用运算放大器组成，两个通用运算放大器都作为电压跟随器连接到电路中，其中一个运算放大器输出端接到仪表放大器基准电压ref端，另一个运算放大器同相输入端接到仪表放大器输出端，输出端接到采样电阻R后连接前一个运算放大器同相输入端且连接负载，仪表放大器的反向输入端则接到1.5V基准电压上，反向输入端接到计算控制模块的DAC输出从而来控制电流波形。

所述流量传感器1由励磁线圈11及信号极板12组成，所述励磁线圈11分别放置到液体管道7的上下两侧，并紧贴液体管道7，与液体管道7形成垂直的并受电流控制的有规律的稳定可控的磁场，所述信号极板12放置在液体管道7内部的左右两侧，并引出两条导线连接到信号分析电路3中，当液体管道7中有液体流过后，液体中的带电粒子受到洛伦兹力的影响从而打向信号极板12，从而使液体流速与电压信号成正比。

所述励磁信号采集电路4由互感器41及仪表放大器42组成，互感器41的一个端口与流量传感器1的励磁线圈11串联，另外一个端口分别与仪表放大器42的同向输入端与反向输入端连接，仪表放大器42的参考电压Ref接地，输出端接到计算控制模块5的ADCⅠ53上；当励磁信号发生变化时串联在励磁线圈11上的互感器41会产生电压，又因为互感器41另外两端连接到仪表放大器42的输入端，所以该电压值被放大一定倍数后输入到计算控制模块5的ADCⅠ53中进而由单片机51对信号进行分析处理。

为了避免励磁线圈的影响，在距离励磁线圈20cm以外的地方串联一个1：1互感器(也可以在pcb上对互感器添加屏蔽过孔以减小励磁线圈对互感器的影响)，互感器另外两端连接到仪表放大器的输入端。假设流过负载励磁线圈的电流为I、互感器输出电压为U、互感系数为M，则由公式：

可知互感器的输出电压经过仪表放大器放大一定倍数后的波形，即励磁信号波形，同时我们也可以测得经过流速信号分析电路得到的流速信号波形，参照图示3。那么励磁信号波形图与流速信号波形图必定有如图3所示的竖直实线表示的时间对应关系，经示波器观察可知流速的最高点均在励磁信号每个周期的1/8处(具体数值由于信号分析电路的不同可能有所差别)。因此我们可以利用励磁信号来确定流速信号最高值的位置，以此来提高流量计的准确性与精度。

选出流速信号中最大值的原因是，单位流速的信号值越大，那么能够测出的流速精度就越高，误差越小。

不直接选取流速信号中的最大值的原因是因为流速信号经多次信号放大以后会有较高噪音，直接选取最大值误差太大，所以要用示波器查看流速信号波形图中的最大值所在励磁信号每个周期中的具体位置。

所述计算控制模块5由单片机51、DAC52、ADCⅠ53及ADCⅡ54组成，其中ADCⅠ53及ADCⅡ54均可以采用单片机51内部集成的模块，DAC52可以采用DAC芯片，并由单片机51连接到DAC芯片实现输出不同模拟信号，从而实现低频矩形励磁方波。

所述人机交互系统6由显示器61及控制按钮62组成，计算控制模块5的单片机51通过排线连接到显示器61，控制其显示所需流速，控制按钮62一端接到高电平，另一端连接到单片机51的io口并下拉到地，当按下按钮62后，就会有高电平输出单片机51，从而单片机51识别高电平重新测量流量数值。

实施例2

本发明的另一目的提供了一种新型电磁流量计的流量测量方法，具体步骤如下：

步骤一：请参阅图2，搭建压控电流源励磁电路，搭建压控恒流源励磁电路，该压控电流源电路由两个通用运算放大器和一个仪表放大器组成，其中一个由通用运放构成的电压跟随器输出端接到仪表放大器基准电压ref端，另一个由通用运放构成的电压跟随器同相输入端接到仪表放大器输出端，输出端接到采样电阻R后连接前一个电压跟随器同相输入端且连接负载，仪表放大器的反向输入端则接到1.5V基准电压上，反向输入端接到控制计算模块的DAC输出从而来控制电流波形；

所述负载上电压为V_L，电压跟随器U2A同相输入端电压为V_U2A+、反相输入端电压为V_U2A-及输出电压为V_U2AO，电压跟随器U2B同相输入端电压为V_U2B+、反相输入端电压为V_U2B-及输出电压为V_U2BO，仪表放大器基准电压为V_ref、同相输入端电压为V_U1+、反相输入端电压为V_U1-、输出电压为V_U1O且；放大倍数为G，流过负载励磁线圈的电流为I，

则根据电气连接与运放特性可得：

V_U2A+＝V_U2A-＝V_U2AO ⑴

V_U2B+＝V_U2B-＝V_U2BO ⑵

V_L＝V_U2B+ ⑶

V_U2BO＝V_ref ⑷

V_U2A+＝V_U1O ⑸

V_U1-＝1.5V ⑹

由⑵⑶⑷可得：

V_L＝V_ref ⑺

由仪表放大器性质可得：

(V_U1+-V_U1-)×G+V_ref＝V_U1O ⑻

将⑴⑸⑹⑺带入⑻得：

(V_U1+-1.5V)×G+V_L＝V_U2AO ⑼

由电阻VCR可得：

V_U2AO-V_L＝I×R ⑽

将⑼带入⑽得：

(V_U1+-1.5V)×G＝I×R ⑾

若输入电压V_U1+为V，则整理⑾式为：

可知流过负载的励磁电流可以由可变电压精准控制从而控制了磁场的变化。可变电压在0-3V之间变化时，选取合适的电阻R值与放大倍数a就可以得到在负载上大小方向都可以变化的励磁电流。控制计算模块便可以通过DAC来为励磁电路提供0-3V可变的电压V。

如图2所示电路中的仪表放大器可以选用AD620芯片，假设放大倍数为G、增益电阻为Rg，那么AD620的增益方程式为：

于是设定AD620增益为2倍的时候，可以求得其增益电阻值为Rg＝49.4kΩ。其中通用运放U2A、U2B选用TCA0372的PDIP-8的双运放封装。运放均用±12V双电源供电。

步骤二：由在控制计算模块中的单片机控制DAC输出方波电压，又由上述推导出的公式：

可以得到方向交替的励磁电流信号从而得到方向大小可控的磁场。本实施列中要求励磁电流为250mA，又设定AD620增益为2倍，故可以选用5Ω的采样电阻，该电阻应该选用大功率散热电阻，以保证250mA电流可以安全流过。由公式计算可以得到当励磁电流源为正向电流时，即I＝250mA，输入电压应该为V＝2.125V；到当励磁电流源为反向电流时，即I＝-250mA，输入电压应该为V＝0.875V；本实施例采用的是10Hz的低频矩形方波励磁方式，故要求正反电流分别为50ms，也就是说计算控制模块当中的ADC输出电压V＝2.125V时长为50ms随即改变大小为V＝0.875V，继续保持50ms，如此循环。

步骤三：励磁信号通过互感器与仪表放大器后会在电流方向变化时产生电压，将该电压值通过计算控制模块的ADC1转换为数字信号后传输到计算控制模块的单片机当中进行计算分析。

当励磁电流流经励磁线圈后，励磁线圈产生稳定磁场。这时液体流经液体管道后，其中的带电粒子便会受到洛伦兹力的作用，正负粒子分别打向不同的极板，极板上就会产生电压信号。此时电信号的大小与液体流速成正比(得知流速也就可以很容易得知具体流量)。随后采用同步检波的方法将流速的电压信号进行分析。在流速信号分析电路中，先后对流速信号进行了放大、带通滤波、同步解调、放大采集等步骤。之后将该信号通过计算控制模块的ADC2转换为数字信号，并将流速的数字信号传输到计算控制模块的单片机当中进行比对分析。

请参阅图3，具体比对分析过程如下：对励磁信号和流速信号同时通过相同采集速度的ADC1、ADC2进行采样并传送到计算控制模块的单片机中，然后通过计算控制模块分析找到励磁信号的极大值与极小值，励磁信号极大值与相邻的极小值之间(或极小值与相邻的极大值之间)采集100个数据如a₁、a₂、a₃……a₁₀₀，那么同时采集的流速信号也有100个数据如b₁、b₂、b₃……b₁₀₀，这时我们就可以选取流速信号中的第[100*(1/8)]个数值即b₁₂相邻的5个数即b₁₀、b₁₁、b₁₂、b₁₃、b₁₄求平均得到的数

作为之后要求平均的数据，而此时的

也恰好是流速信号中的最大值相邻的五个数的平均值。通过测10次

取平均降低误差求得最终的流速。这样虽然每10个周期才能得到一次流速，但是励磁方波的频率足以支持取10次平均后仍能有很好的流速即时性。

步骤四：将测得的数据与液体流速进行标定，因为流速信号电压值与流速成正比例，因此只需标定两个点即可。当液体流速为0时，流速信号电压值也为0，当流速为1m/s时，标定电压值，后得到电压流速方程，便可以根据测得电压值得知具体液体流速。

步骤五：需要搭建人机交互系统，首先把得到的实时流速经过显示器显示出来，把经计算后得到的总流量也在显示器中显示。随后搭建按键用来开启测量流速、关闭流速测量、总流量更新等功能。

综上所述便完成了采用本发明的励磁电路以及本发明的测量方法的电磁流量计。采用本发明的设计传统励磁电路结构更简单，相应的成本也有明显降低，而且本发明的励磁对比方法测量液体流速有更好的准确性，更高的精度。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种新型电磁流量计，其特征在于，包括流量传感器(1)、励磁电路(2)、信号分析电路(3)、励磁信号采集电路(4)、计算控制模块(5)、人机交互系统(6)及液体管道(7)，所述计算控制模块(5)用于控制励磁电路，得到低频矩形励磁方波；所述励磁信号采集电路(4)用于采集励磁电路(2)的励磁信号，并将该信号通过ADC传输到计算控制模块(5)中；所述流量传感器(1)用于采集液体管道(7)中的液体流速信号，并将液体流速信号传输给信号分析电路(3)，所述信号分析电路(3)用于对该信号进行滤波放大滤除噪音处理，处理后的信号经过ADC转换为数字信号传送到计算控制模块(5)中，计算控制模块(5)用于对励磁信号采集电路(4)采集的励磁信号及信号分析电路(3)处理后的信号进行对比分析计算，并由计算控制模块(5)控制人机交互系统(6)来实现人机交互；

所述励磁电路(2)由一个仪表放大器与两个通用运算放大器组成，两个通用运算放大器都作为电压跟随器连接到电路中，其中一个运算放大器输出端接到仪表放大器基准电压ref端，另一个运算放大器同相输入端接到仪表放大器输出端，仪表放大器输出端接到采样电阻R后连接前一个运算放大器同相输入端且连接负载，仪表放大器的反向输入端则接到1.5V基准电压上，正向输入端接到计算控制模块的DAC输出从而来控制电流波形；所述负载为励磁线圈。

2.如权利要求1所述的一种新型电磁流量计，其特征在于，所述流量传感器(1)由励磁线圈(11)及信号极板(12)组成，所述励磁线圈(11)分别放置到液体管道(7)的上下两侧，并紧贴液体管道(7)，与液体管道(7)形成垂直的并受电流控制的有规律的稳定可控的磁场，所述信号极板(12)放置在液体管道(7)内部的左右两侧，并引出两条导线连接到信号分析电路(3)中，当液体管道(7)中有液体流过后，液体中的带电粒子受到洛伦兹力的影响从而打向信号极板(12)，从而使液体流速与电压信号成正比。

3.如权利要求1所述的一种新型电磁流量计，其特征在于，所述励磁信号采集电路(4)由互感器(41)及仪表放大器Ⅰ(42)组成，互感器(41)的一个端口与流量传感器(1)的励磁线圈(11)串联，另外一个端口分别与仪表放大器Ⅰ(42)的同向输入端与反向输入端连接，仪表放大器Ⅰ(42)的参考电压Ref接地，输出端接到计算控制模块(5)的ADCⅠ(53)上；当励磁信号发生变化时串联在励磁线圈(11)上的互感器(41)会产生电压，又因为互感器(41)另外两端连接到仪表放大器Ⅰ(42)的输入端，所以电压值被放大一定倍数后输入到计算控制模块(5)的ADCⅠ(53)中进而由单片机(51)对信号进行分析处理。

4.如权利要求1所述的一种新型电磁流量计，其特征在于，所述人机交互系统(6)由显示器(61)及控制按钮(62)组成，计算控制模块(5)的单片机(51)通过排线连接到显示器(61)，控制其显示所需流速，控制按钮(62)一端接到高电平，另一端连接到单片机(51)的io口并下拉到地，当按下控制按钮(62)后，就会有高电平输出单片机(51)，从而单片机(51)识别高电平重新测量流量数值。

5.如权利要求1所述的一种新型电磁流量计的流量测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：搭建压控恒流源励磁电路，该压控恒流源励磁电路由两个通用运算放大器和一个仪表放大器组成，其中一个由通用运放构成的电压跟随器输出端接到仪表放大器基准电压ref端，另一个由通用运放构成的电压跟随器同相输入端接到仪表放大器输出端，仪表放大器输出端接到采样电阻R后连接前一个电压跟随器同相输入端且连接负载，仪表放大器的反向输入端则接到1.5V基准电压上，正向输入端接到控制计算模块的DAC输出从而来控制电流波形；所述负载为励磁线圈；

步骤二：由在控制计算模块中的单片机控制DAC输出方波电压，得到方向交替的励磁电流信号从而得到方向大小可控的磁场；

步骤三：励磁信号通过互感器与仪表放大器Ⅰ后会在电流方向变化时产生电压，电压值通过计算控制模块的ADC1转换为数字信号后传输到计算控制模块的单片机当中进行计算分析；

步骤四：将经过信号分析电路后测得的电压数据与液体流速进行标定，因流速信号电压值与流速成正比例，因此只需标定两个点即可，当液体流速为0时，流速信号电压值也为0，当流速为1m/s时，标定电压值，后得到电压流速方程，根据测得电压值得知具体液体流速；

步骤五：搭建人机交互系统，首先把得到的实时流速经过显示器显示出来，把经计算后得到的总流量也在显示器中显示，随后搭建按键用来开启测量流速、关闭流速测量或总流量更新。

6.如权利要求5所述的一种新型电磁流量计的流量测量方法，其特征在于，步骤一中，所述负载上电压为V_L，电压跟随器U2A同相输入端电压为V_U2A+、反相输入端电压为V_U2A-及输出电压为V_U2A0，电压跟随器U2B同相输入端电压为V_U2B+、反相输入端电压为V_U2B-及输出电压为V_U2B0，仪表放大器基准电压为V_ref、同相输入端电压为V_U1+、反相输入端电压为V_U1-、输出电压为V_U10且；放大倍数为G，流过负载励磁线圈的电流为L

则根据电气连接与运放特性可得：

V_U2A+＝V_U2A-＝V_U2A0 (1)

V_U2B+＝V_U2B-＝V_U2B0 (2)

V_L＝V_U2B+ (3)

V_U2B0＝V_ref (4)

V_U2A+＝V_U10 (5)

V_U1-＝1.5V (6)

由(2)(3)(4)可得：

V_L＝V_ref (7)

由仪表放大器性质可得：

(V_U1+-V_U1-)×G+V_ref＝V_U10 (8)

将(1)(5)(6)(7)带入(8)得：

(V_U1+-1.5V)×G+V_L＝V_U2A0 (9)

由电阻VCR可得：

V_U2A0-V_L＝I×R (10)

将(9)带入(10)得：

(V_U1+-1.5V)×G＝I×R (11)

若输入电压V_U1+为V，则整理(11)式为：

可知流过负载的励磁电流由可变电压精准控制从而控制了磁场的变化；可变电压在0-3V之间变化时，选取合适的电阻R值与放大倍数a就得到在负载上大小方向都可以变化的励磁电流；控制计算模块便通过DAC来为励磁电路提供0-3V可变的电压V。

7.如权利要求5所述的一种新型电磁流量计的流量测量方法，其特征在于，

步骤三中所述的计算分析，具体过程如下：

对励磁信号和流速信号同时通过相同采集速度的ADC1、ADC2进行采样并传送到计算控制模块的单片机中，然后通过计算控制模块分析找到励磁信号的极大值与极小值，励磁信号极大值与相邻的极小值之间采集100个数据如a₁、a₂、a₃……a₁₀₀，那么同时采集的流速信号也有100个数据如b₁、b₂、b₃……b₁₀₀，选取流速信号中的第[100*(1/8)]个数值即b₁₂相邻的5个数即b₁₀、b₁₁、b₁₂、b₁₃、b₁₄求平均得到的数

作为之后要求平均的数据，而此时的

也恰好是流速信号中的最大值相邻的五个数的平均值；通过测10次

取平均降低误差求得最终的流速；这样虽然每10个周期才能得到一次流速，但是励磁方波的频率足以支持取10次平均后仍能有很好的流速即时性。

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