CN113494943A - 电磁水表及其自适应励磁电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种电磁水表及其自适应励磁电路，所述自适应励磁电路包括电压检测电路、空管检测电路、零流量检测电路、电压调整电路、电流调整电路及励磁驱动电路；电压检测电路检测励磁驱动电路在线圈两端的电压；空管检测电路检测管道内流体是否属于空管状态；零流量检测电路检测管道内流体是否处于零流量状态；电压调整电路调整励磁驱动电路的供电电压；电流调整电路调整励磁驱动电路的供电电流；励磁驱动电路为线圈提供励磁电流。本发明能根据电磁水表不同的测量状态，及时调整励磁驱动电路的供电电压和励磁电流，保证电磁水表的正常测量精度，同时降低电磁水表的整体耗电量，延长电磁水表的锂电池使用寿命，减少电磁水表的锂电池更换工作量。

Description

电磁水表及其自适应励磁电路

技术领域

本发明属于测量装置技术领域，涉及一种电磁水表，尤其涉及一种电磁水表及其自适应励磁电路。

背景技术

根据电磁感应定律，电磁水表工作的时候需要有磁场，磁场由电流通过励磁线圈时产生。现有的技术中产生磁场的方式有以下几种：(1)由交流电驱动，产生交流磁场，可参阅图1；(2)由低频率的交变直流电驱动，可参阅图2；(3)由低频率+高频率的双频直流电驱动，可参阅图3。

交流励磁的驱动电压一般为220VAC，由于电压过高，50Hz频率也高，目前已经很少使用。低频率直流励磁方式由其驱动电压低，一般为24V以下，磁场稳定性好，又可以抗极化产生，所以被广泛应用。双频励磁由于使用场合较小，主要应用于液体中含有大量固体颗粒时采用。

电磁水表是利用法拉第电磁感应定律的原理来测量导电液体体积流量的仪表，如图5所示为电磁水表传感器的内部结构，包含衬里、励磁线圈、电极等。励磁线圈的作用是用来产生恒定的交变方波磁场，当被测的导电液体在管道中流动时会垂直切割由励磁线圈产生的磁感线并在电极上产生感应电动势；感应电动势正比于导电液体的流动速度。因此通过测量电极两端的电压便可以得到导电液体的流速从而计算出导电液体的体积流量。

电磁水表测量原理如公式1所示：

其中，K为电磁水表的仪表系数，E为信号电极之间的感应电动势，B为磁场强度，D为管道内径，

为流体的平均流速。

从公式1所示，磁场强度B是由励磁驱动电路给励磁线圈提供励磁电流所产生的，该电路在电磁水表的整机用电量里面占比是很大的，所以节省该电路的用电量能够较大程度降低电磁水表的整机用电量，从而降延长锂电池的使用寿命。

在现有的技术中，电磁水表的励磁电流为恒定的，同时励磁线圈的供电电压也是恒定的，且激励励磁线圈的励磁电流的用电量是电磁水表的整机用电量里面占比是很大的，在实际应用中造成用电量的浪费，降低了电磁水表锂电池的寿命，增加锂电池的更换频次，一般电磁水表都安装在户外，且基本采用锂电池供电，且安装的地点很分散，更换锂电池工作量大，拆装很麻烦，还可能破坏IP68性能，给水司用户造成很大的工作量。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的电磁水表的自适应励磁电路，以便克服现有电磁水表励磁电路存在的上述缺陷。

发明内容

本发明提供一种电磁水表及其自适应励磁电路，可降低电磁水表锂电池的使用功耗，提高锂电池使用寿命，增加锂电池的更换频次，减少水司用户的工作量。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种电磁水表的自适应励磁电路，所述电磁水表的自适应励磁电路包括：电压检测电路、空管检测电路、零流量检测电路、电压调整电路、电流调整电路及励磁驱动电路；

所述电压检测电路的输出端连接电压调整电路的输入端，所述空管检测电路的输出端及零流量检测电路的输出端分别连接电流调整电路的输入端；所述电压调整电路的输出端及电流调整电路的输出端分别连接励磁驱动电路的输入端；

所述电压检测电路用以检测励磁驱动电路在线圈两端的电压；所述空管检测电路用以检测管道内流体是否属于空管状态；所述零流量检测电路用以检测管道内流体是否处于零流量状态；

所述电压调整电路用以根据电压检测电路反馈的信号对励磁驱动电路的供电电压进行调整；所述电流调整电路用以根据空管检测电路和零流量检测电路反馈的信号对励磁驱动电路的供电电流进行调整；所述励磁驱动电路用以为线圈提供励磁电流。

作为本发明的一种实施方式，所述电磁水表的自适应励磁电路能够根据管道内流体的状态自适应调整线圈励磁驱动电路的电压和电流。

电磁水表是利用法拉第电磁感应定律的原理来测量导电液体体积流量的仪表，电磁水表传感器的内部包含导流管、衬里、励磁线圈、电极、磁路、盖板等，励磁线圈的作用是用来产生恒定的交变方波磁场，当被测的导电液体在管道中流动时会垂直切割由励磁线圈产生的磁感线并在电极上产生感应电动势，感应电动势正比于导电液体的流动速度，因此通过测量电极两端的电压便可以得到导电液体的流速从而计算出导电液体的体积流量。

电磁水表测量原理如公式1所示：

其中，K为电磁水表的仪表系数，E为信号电极之间的感应电动势，B为磁场强度，D为管道内径，

为流体的平均流速。

从公式1所示，磁场强度B是由励磁驱动电路给励磁线圈提供励磁电流所产生的，该电路在电磁水表的整机用电量里面占比很大，所以降低该电路的用电量能够降低电磁水表的整机用电量。

励磁驱动电路的用电量是根据供电电压和励磁电流的乘积计算，见公式2：

P＝V×I……公式2

其中，P为励磁驱动电路用电能耗，V为励磁驱动电路的供电电压，I为励磁驱动电路的励磁电流。

根据公式2所示，降低励磁驱动电路的供电电压V或励磁驱动电路的励磁电流I都能降低励磁驱动电路的用电量。

电磁水表在实际应用中，管道内的流体会处在空管、零流量、有流量三种状态；自适应励磁驱动电路在空管状态下，不给励磁线圈提供供电电压和励磁电流；自适应励磁驱动电路在零流量状态时，给励磁线圈提供比正常励磁电流低很多的励磁电流，随时监测管道内的流体流量，当管道内的流体流量开始恢复正常流量时及时给与正常的励磁电流；自适应励磁驱动电路在管道内有流量状态时，自适应励磁驱动电路提供正常的励磁电流。

作为本发明的一种实施方式，所述电压调整电路根据所述电压检测电路的反馈信号，及时调整励磁驱动电路的供电电压。

作为本发明的一种实施方式，所述电流调整电路，根据管道内零流量的状态下，及时调整励磁驱动电路的励磁电流为比正常励磁电流低很多的励磁电流。

作为本发明的一种实施方式，所述励磁驱动电路，根据管道内流体空管状态下，停止给励磁线圈供电。

作为本发明的一种实施方式，所述电压检测电路，及时检测励磁线圈两端的实际所需电压，所述电压调整电路及时调整励磁驱动电路的供电电压。

励磁线圈的供电电压如公式3所示：

V＝I×R……公式3

其中，V为励磁线圈的供电电压，I为励磁线圈的励磁电流，R为励磁线圈的电阻值。

励磁电流一般为恒定电流值，而励磁线圈根据不同规格的电磁水表而不同，一般设计线圈时根据标准的漆包线的线径，实际绕制的线圈电阻会有不同电阻值且在不同环境温度下线圈的电阻值也会不同，设计励磁驱动电路时原有技术会按照最大的线圈电阻值加上一定的余量设计励磁驱动电路的供电电压，根据公式2所示，原有的技术会造成励磁驱动电路的用电量的浪费；所述电压调整电路根据所述电压检测电路的反馈信号，能够给励磁驱动电路提供最合适的供电电压，如公式3所示，能满足励磁线圈的励磁电流，又能降低供电电压，如公式2所示，降低了电磁水表的用电量

一种电磁水表，所述电磁水表包括上述的自适应励磁电路。

作为发明的一种实施方式，所述电磁水表还包括传感器，所述传感器包括导流管、衬里、励磁线圈、电极、磁路、盖板。

本发明的有益效果在于：本发明提出的电磁水表及其自适应励磁电路，可以根据电磁水表不同的测量状态，及时调整励磁驱动电路的供电电压和励磁电流，在保证电磁水表的正常测量精度的情况下，降低电磁水表的整体耗电量，延长电磁水表的锂电池使用寿命，减少电磁水表的锂电池更换工作量。本发明使用的电池数量更少，对于后期废电池的回收成本也会降低，对环境的影响也同时降低。

附图说明

图1为电磁水表的交流励磁方式示意图。

图2为电磁水表的低频直流励磁方式示意图。

图3为电磁水表的双频励磁方式示意图。

图4为本发明一实施例中电磁水表的自适应励磁电路的流程图。

图5为电磁水表传感器的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接，如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接；还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接。

本发明揭示了一种电磁水表的自适应励磁电路，图4为本发明一实施例中电磁水表的自适应励磁电路的流程图，请参阅图4，在本发明的一实施例中，所述电磁水表的自适应励磁电路包括：电压检测电路1、空管检测电路2、零流量检测电路3、电压调整电路4、电流调整电路5及励磁驱动电路6。

所述电压检测电路1的输出端连接电压调整电路4的输入端，所述空管检测电路2的输出端及零流量检测电路3的输出端分别连接电流调整电路5的输入端；所述电压调整电路4 的输出端及电流调整电路5的输出端分别连接励磁驱动电路6的输入端。

所述电压检测电路1用以检测励磁驱动电路在线圈两端的电压；所述空管检测电路2用以检测管道内流体是否属于空管状态；所述零流量检测电路3用以检测管道内流体是否处于零流量状态；所述电压调整电路4用以根据电压检测电路1反馈的信号对励磁驱动电路6的供电电压进行调整；所述电流调整电路5根据空管检测电路2和零流量检测电路3反馈的信号对励磁驱动电路6的供电电流进行调整；所述励磁驱动电路6用以为线圈提供励磁电流。

在本发明的一实施例中，所述电磁水表的自适应励磁电路用以根据管道内流体的状态自适应调整线圈励磁驱动电路的电压和电流。

电磁水表是利用法拉第电磁感应定律的原理来测量导电液体体积流量的仪表，电磁水表的传感器包含导流管、衬里、励磁线圈、电极、磁路、盖板；励磁线圈的作用是用来产生恒定的交变方波磁场，当被测的导电液体在管道中流动时会垂直切割由励磁线圈产生的磁感线并在电极上产生感应电动势，感应电动势正比于导电液体的流动速度，通过测量电极两端的电压得到导电液体的流速从而计算出导电液体的体积流量。

电磁水表测量原理如公式1所示：

其中，K为电磁水表的仪表系数，E为信号电极之间的感应电动势，B为磁场强度，D为管道内径，

为流体的平均流速；

从公式1所示，磁场强度B是由励磁驱动电路给励磁线圈提供励磁电流所产生的，该电路在电磁水表的整机用电量里面占比很大，所以降低该电路的用电量能够降低电磁水表的整机用电量；

励磁驱动电路的用电量是根据供电电压和励磁电流的乘积计算，见公式2：

P＝V×I 公式2

其中，P为励磁驱动电路用电能耗，V为励磁驱动电路的供电电压，I为励磁驱动电路的励磁电流；

根据公式2所示，降低励磁驱动电路的供电电压V或励磁驱动电路的励磁电流I都能降低励磁驱动电路的用电量；

电磁水表在实际应用中，管道内的流体会处在空管、零流量、有流量三种状态；自适应励磁驱动电路在空管状态下，不给励磁线圈提供供电电压和励磁电流；自适应励磁驱动电路在零流量状态时，给励磁线圈提供比正常励磁电流低很多的励磁电流，随时监测管道内的流体流量，当管道内的流体流量开始恢复正常流量时及时给与正常的励磁电流；自适应励磁驱动电路在管道内有流量状态时，自适应励磁驱动电路提供正常的励磁电流。

所述电压调整电路根据所述电压检测电路的反馈信号，及时调整励磁驱动电路的供电电压。所述电流调整电路根据管道内零流量的状态下，及时调整励磁驱动电路的励磁电流为比正常励磁电流低很多的励磁电流。所述励磁驱动电路根据管道内流体空管状态下，停止给励磁线圈供电。

所述电压检测电路及时检测励磁线圈两端的实际所需电压，所述电压调整电路及时调整励磁驱动电路的供电电压；

励磁线圈的供电电压如公式3所示：

V＝I×R 公式3

其中，V为励磁线圈的供电电压，I为励磁线圈的励磁电流，R为励磁线圈的电阻值。

所述电压调整电路根据所述电压检测电路的反馈信号，能够给励磁驱动电路提供最合适的供电电压，能满足励磁线圈的励磁电流，又能降低供电电压，降低电磁水表的用电量。

本发明还揭示一种电磁水表，所述电磁水表包括上述的自适应励磁电路。

在本发明的一实施例中，所述电磁水表还包括传感器，所述传感器包括导流管、衬里、励磁线圈、电极、磁路、盖板。

在本发明的一种使用场景中，本发明一实施例的自适应励磁电路的工作过程包括：

【步骤S1】管道流体状态检测步骤，分别用空管检测电路和零流量检测电路检测管道流体状态，通过检测判断管道流体处于空管、零流量、有流量三种状态之中哪个状态；

【步骤S2】电压和电流调整步骤，在空管状态时，不给励磁线圈提供供电电压和励磁电流；在零流量状态时，给励磁线圈提供比正常励磁电流低很多的励磁电流；在管道内有流量状态时，自适应励磁驱动电路提供正常的励磁电流以及根据电压检测电路给与合适的电压。

在本发明的一实施例中，所述励磁驱动电路的用电量是根据供电电压和励磁电流的乘积计算，见公式2：

P＝V×I……公式2

其中，P为励磁驱动电路用电能耗，V为励磁驱动电路的供电电压，I为励磁驱动电路的励磁电流。

在本发明的一实施例中，所述励磁线圈的供电电压如公式3所示：

V＝I×R……公式3

其中，V为励磁线圈的供电电压，I为励磁线圈的励磁电流，R为励磁线圈的电阻值。

综上所述，本发明提出的电磁水表及其自适应励磁电路，可以根据电磁水表不同的测量状态，及时调整励磁驱动电路的供电电压和励磁电流，在保证电磁水表的正常测量精度的情况下，降低电磁水表的整体耗电量，延长电磁水表的锂电池使用寿命，减少电磁水表的锂电池更换工作量。本发明使用的电池数量更少，对于后期废电池的回收成本也会降低，对环境的影响也同时降低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (9)

1.一种电磁水表的自适应励磁电路，其特征在于，所述自适应励磁电路包括：电压检测电路、空管检测电路、零流量检测电路、电压调整电路、电流调整电路及励磁驱动电路；

所述电压检测电路的输出端连接电压调整电路的输入端，所述空管检测电路的输出端及零流量检测电路的输出端分别连接电流调整电路的输入端；所述电压调整电路的输出端及电流调整电路的输出端分别连接励磁驱动电路的输入端；

所述电压检测电路用以检测励磁驱动电路在线圈两端的电压；所述空管检测电路用以检测管道内流体是否属于空管状态；所述零流量检测电路用以检测管道内流体是否处于零流量状态；所述电压调整电路用以根据电压检测电路反馈的信号对励磁驱动电路的供电电压进行调整；所述电流调整电路用以根据空管检测电路和零流量检测电路反馈的信号对励磁驱动电路的供电电流进行调整；所述励磁驱动电路用以为线圈提供励磁电流。

2.根据权利要求1所述的电磁水表的自适应励磁电路，其特征在于：

所述电磁水表的自适应励磁电路用以根据管道内流体的状态自适应调整线圈励磁驱动电路的电压和电流；

电磁水表是利用法拉第电磁感应定律的原理来测量导电液体体积流量的仪表，电磁水表的传感器包含导流管、衬里、励磁线圈、电极、磁路、盖板；励磁线圈的作用是用来产生恒定的交变方波磁场，当被测的导电液体在管道中流动时会垂直切割由励磁线圈产生的磁感线并在电极上产生感应电动势，感应电动势正比于导电液体的流动速度，通过测量电极两端的电压得到导电液体的流速从而计算出导电液体的体积流量。

3.根据权利要求1所述的电磁水表的自适应励磁电路，其特征在于：

电磁水表测量原理如公式1所示：

其中，K为电磁水表的仪表系数，E为信号电极之间的感应电动势，B为磁场强度，D为管道内径，

为流体的平均流速；

从公式1所示，磁场强度B是由励磁驱动电路给励磁线圈提供励磁电流所产生的，该电路在电磁水表的整机用电量里面占比很大，所以降低该电路的用电量能够降低电磁水表的整机用电量；

励磁驱动电路的用电量是根据供电电压和励磁电流的乘积计算，见公式2：

P＝V×I 公式2

其中，P为励磁驱动电路用电能耗，V为励磁驱动电路的供电电压，I为励磁驱动电路的励磁电流；

根据公式2所示，降低励磁驱动电路的供电电压V或励磁驱动电路的励磁电流I都能降低励磁驱动电路的用电量；

电磁水表在实际应用中，管道内的流体会处在空管、零流量、有流量三种状态；自适应励磁驱动电路在空管状态下，不给励磁线圈提供供电电压和励磁电流；自适应励磁驱动电路在零流量状态时，给励磁线圈提供比正常励磁电流低很多的励磁电流，随时监测管道内的流体流量，当管道内的流体流量开始恢复正常流量时及时给与正常的励磁电流；自适应励磁驱动电路在管道内有流量状态时，自适应励磁驱动电路提供正常的励磁电流。

4.根据权利要求3所述的电磁水表的自适应励磁电路，其特征在于：

所述电流调整电路根据管道内零流量的状态下，及时调整励磁驱动电路的励磁电流为比正常励磁电流低很多的励磁电流。

5.根据权利要求3所述的电磁水表的自适应励磁电路，其特征在于：

所述励磁驱动电路根据管道内流体空管状态下，停止给励磁线圈供电。

6.根据权利要求3所述的电磁水表的自适应励磁电路，其特征在于：

所述电压检测电路及时检测励磁线圈两端的实际所需电压，所述电压调整电路及时调整励磁驱动电路的供电电压；

励磁线圈的供电电压如公式3所示：

V＝I×R 公式3

其中，V为励磁线圈的供电电压，I为励磁线圈的励磁电流，R为励磁线圈的电阻值。

7.根据权利要求6所述的电磁水表的自适应励磁电路，其特征在于：

所述电压调整电路根据所述电压检测电路的反馈信号，能够给励磁驱动电路提供最合适的供电电压，能满足励磁线圈的励磁电流，又能降低供电电压，降低电磁水表的用电量。

8.一种电磁水表，其特征在于，所述电磁水表包括权利要求1至7任一所述的自适应励磁电路。

9.根据权利要求8所述的电磁水表，其特征在于：

所述电磁水表还包括传感器，所述传感器包括导流管、衬里、励磁线圈、电极、磁路、盖板。

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