CN114413982A - 电磁流量计 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种电磁流量计，电磁流量计包括：电源模块、传感器模块、信号采集处理模块和励磁模块。电源模块用于提供电能；传感器模块与所述电源模块连接；所述传感器模块用于当导电液体流过所述传感器模块时，产生流速电压信号；信号采集处理模块与所述电源模块和所述传感器模块连接；所述信号采集处理模块用于采集所述传感器模块产生的流速电压信号并进行处理，产生流量信息；励磁模块与所述传感器模块及所述信号采集处理模块连接；所述励磁模块用于根据所述信号采集处理模块输出的控制信号，为所述传感器模块工作提供磁场。本公开提供的电磁流量计，能够在煤矿等恶劣环境中使用，精度高，故障率低。

Description

电磁流量计

技术领域

本公开涉及矿用设备技术领域，具体而言，涉及一种电磁流量计。

背景技术

现有的机械流量计，在煤矿井下恶劣环境造成的机械流量计精度不高、环境容易损坏、故障率高，无法很好地在煤矿等恶劣环境中使用，且煤矿井下流量信息无法保存，不利于发生孔内事故时对孔内事故的准确判别和处理。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种电磁流量计，能够在煤矿等恶劣环境中使用，精度高，故障率低。

根据本公开实施例的一个方面，提供了一种电磁流量计，该电磁流量计包括：

电源模块，用于提供电能；

传感器模块，与所述电源模块连接；所述传感器模块用于当导电液体流过所述传感器模块时，产生流速电压信号；

信号采集处理模块，与所述电源模块和所述传感器模块连接；所述信号采集处理模块用于采集所述传感器模块产生的流速电压信号并进行处理，产生流量信息；

励磁模块，与所述传感器模块及所述信号采集处理模块连接；所述励磁模块用于根据所述信号采集处理模块输出的控制信号，为所述传感器模块工作提供磁场。

在本公开的一种示例性实施例中，所述传感器模块的输出端设置有浪涌抑制模块，所述浪涌抑制模块被配置为防止击穿电压损害电磁流量计。

在本公开的一种示例性实施例中，所述励磁模块包括：

H桥电路，与所述传感器模块和所述信号采集处理模块连接，所述H桥电路用于根据所述信号采集处理模块输出的控制信号以输出励磁电流，并供给所述传感器模块。

在本公开的一种示例性实施例中，所述信号采集处理模块包括：

滤波处理模块，输入端与所述传感器模块连接，所述滤波处理模块用于抑制测量信号产生的干扰；

运放差分放大模块，输入端与所述滤波处理模块的输出端连接，所述运放差分放大模块用于将所述滤波处理模块的输出滤波信号进行放大；

A/D转换模块，输入端与所述运放差分放大模块的输出端连接，所述A/D转换模块用于将所述运放差分放大模块输出的模拟信号转换为数字信号；

MCU单元，与所述A/D转换模块的输出端连接，所述MCU单元用于对所述A/D转换模块输出的数字信号进行处理运算，产生流量信息。

在本公开的一种示例性实施例中，所述通讯模块还包括：

通讯模块，与所述信号采集处理模块连接，所述通讯模块用于将所述信号采集处理模块产生的流量信息发送至电磁流量计外部。

在本公开的一种示例性实施例中，所述通讯模块包括：

电平信号-无线信号转换单元，与所述信号采集处理模块连接，所述电平信号-无线信号转换单元用于将所述信号采集处理模块的流量信息转换为无线信号，并发送至电磁流量计外部。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电平信号-无线信号转换单元为485信号-无线信号转换单元、232信号-无线信号转换单元、2.4G电路-无线信号转换单元中的一种。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电磁流量计还包括：

数据存储模块，与所述信号采集处理模块连接，所述数据存储模块用于存储所述信号采集处理模块产生的流量信息。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电磁流量计还包括：

显示模块，与所述信号采集处理模块连接，所述显示模块用于对所述信号采集处理模块产生的流量信息进行显示。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电源模块包括：

状态监测模块，与所述信号采集处理模块连接，所述状态监测模块用于监测所述电源模块的电压、电流值，并发送给所述信号采集处理模块进行处理。

本公开提供的电磁流量计，励磁模块根据信号采集处理模块输出的控制信号为传感器模块工作提供磁场，传感器模块用于当导电液体流过传感器模块时产生流速电压信号，信号采集处理模块与电源模块和传感器模块连接，信号采集处理模块用于采集传感器模块产生的流速电压信号并进行处理产生流量信息，解决了在煤矿井下恶劣环境造成的机械流量计精度不高、环境容易损坏、故障率高，无法很好地在煤矿等恶劣环境中使用的问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1示为本公开的一种实施例提供的电磁流量计的示意图；

图2示为本公开的一种实施例提供的电源模块的示意图；

图3示为本公开的一种实施例提供的信号采集处理模块的示意图；

图4示为本公开的另一种实施例提供的电磁流量计的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本公开的实施例提供了一种电磁流量计，如图1所示，电磁流量计包括：电源模块10、传感器模块40、信号采集处理模块20和励磁模块30。电源模块10用于提供电能；传感器模块40与电源模块10连接；传感器模块40用于当导电液体流过传感器模块40时，产生流速电压信号；信号采集处理模块20与电源模块10和传感器模块40连接；信号采集处理模块20用于采集传感器模块40产生的流速电压信号并进行处理，产生流量信息；励磁模块30与传感器模块40及信号采集处理模块20连接；励磁模块30用于根据信号采集处理模块20输出的控制信号，为传感器模块40工作提供磁场。

本公开提供的电磁流量计，励磁模块30根据信号采集处理模块20输出的控制信号为传感器模块40工作提供磁场，传感器模块40用于当导电液体流过传感器模块40时产生流速电压信号，信号采集处理模块20与电源模块10和传感器模块40连接，信号采集处理模块20用于采集传感器模块40产生的流速电压信号并进行处理产生流量信息，解决了在煤矿井下恶劣环境造成的机械流量计精度不高、环境容易损坏、故障率高，无法很好地在煤矿等恶劣环境中使用的问题。

在本公开的一种实施例中，如图2所示，电源模块10为电池模块110输出6.4V通过电压转换电路140可得±3.6V、5V电压供所有模块工作，电池例如可为磷酸铁锂电池，单节电池额定电压3.2V，额定容量1.8Ah，电池模块110由两节串联为一组，六组并联组成，总容量有9Ah。电池例如还可为三元锂电池，电池的具体类型和电压可根据实际需要进行选取，本公开对此不做限制。

其中，电源模块10包括有充放电保护监测120和过压过流监测130单元，因此电源模块10具有过压过流检测、欠压、充放电保护检测等电量检测特点，电源模块10为本安型、可充电多次利用且安全可靠，具有简便的更换电池机械结构。

在本公开的一种实施例中，电源模块10包括：状态监测模块。状态监测模块与信号采集处理模块20连接，状态监测模块用于监测电源模块10的电压、电流值，并发送给信号采集处理模块20进行处理。其中，信号采集处理模块20获取到电源模块10的电压、电流值后，可根据与预设值进行比较，属于阈值范围内的，则判断电源模块10正常；若不属于阈值范围内，则判断电源模块10异常。

在本公开的一种实施例中，传感器模块40的输出端设置有浪涌抑制模块，通过浪涌抑制模块可当电气回路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌抑制模块能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害，进而通过浪涌抑制模块防止击穿电压损害电磁流量计。

其中，传感器模块40可包括磁路系统、测量导管、电极、外壳、衬里和转换器。磁路系统产生均匀交流磁场，交变磁场可通过50HZ工频电源激励产生。测量导管用于被测导电性液体通过，为了使磁力线通过测量导管时磁通量被分流或短路，测量导管须采用不导磁、低导电率、低导热率和具有一定机械强度的材料制成，可选用不导磁的不锈钢、玻璃钢、高强度塑料、铝等。电极用于引出和被测量成正比的感应电势信号；电极一般用非导磁的不锈钢制成，且被要求与衬里齐平，以便流体通过时不受阻碍；安装位置宜在管道的垂直方向，以防止沉淀物堆积在其上面而影响测量精度。外壳采用铁磁材料制成，是分配制度励磁线圈的外罩，并隔离外磁场的干扰。衬里设于测量导管的内侧及法兰密封面上，有一层完整的电绝缘衬里；它直接接触被测液体，其作用是增加测量导管的耐腐蚀性，防止感应电势被金属测量导管管壁短路；衬里材料多为耐腐蚀、耐高温、耐磨的聚四氟乙烯塑料、陶瓷等。由液体流动产生的感应电势信号十分微弱，受各种干扰因素的影响很大，转换器的作用就是将感应电势信号放大并转换成统一的标准信号并抑制主要的干扰信号；其任务是把电极检测到的感应电势信号Ex经放大转换成统一的标准直流信号。

在本公开的一种实施例中，如图3所示，信号采集处理模块20包括：滤波处理模块210、运放差分放大模块220、A/D转换模块230和MCU单元240。滤波处理模块210的输入端与传感器模块40连接，滤波处理模块210用于抑制测量信号产生的干扰；运放差分放大模块220的输入端与滤波处理模块210的输出端连接，运放差分放大模块220用于将滤波处理模块210的输出滤波信号进行放大；A/D转换模块230的输入端与运放差分放大模块220的输出端连接，A/D转换模块230用于将运放差分放大模块220输出的模拟信号转换为数字信号；MCU单元240与A/D转换模块230的输出端连接，MCU单元240用于对A/D转换模块230输出的数字信号进行处理运算，产生流量信息。

具体地，传感器模块40的流速电压信号经滤波处理模块210、运放差分放大模块220、A/D转换模块230后，传输至MCU单元240。信号采集处理模块20是采集传感器电极两端的流速微弱电压信号经过RC低通滤波处理、微功耗满电源幅度单运算放大器差分放大后，再经24位高精度、低噪声A/D转换芯片转换为数字信号送至单片机MCU进行处理运算，再通过流量标定系统算法计算出瞬时流量和累计流量数据。

在本公开的一种实施例中，励磁模块30包括：H桥电路。H桥电路与传感器模块40和信号采集处理模块20连接，H桥电路用于根据信号采集处理模块20输出的控制信号以输出励磁电流，并供给传感器模块40。

具体地，传感器模块40提供流速电压信号，当导电液体流过电极时，电极两端会因流体流过的速度不同而产生不同的电动势。励磁模块30是为传感器工作提供磁场，通过H桥电路可使其连接的负载或输出端两端电压反相/电流反向，由恒定电流源驱动的H桥电路输出恒定的电流加载在传感器励磁线圈上而产生恒定而稳定的交变磁场，由信号采集处理模块20设计输出的PWM来控制输出励磁频率。

在本公开的一种实施例中，如图4所示，电磁流量计还包括：通讯模块50，通讯模块50与信号采集处理模块20连接，通讯模块50用于将信号采集处理模块20产生的流量信息发送至电磁流量计外部。

其中，通讯模块50包括：电平信号-无线信号转换单元。电平信号-无线信号转换单元与信号采集处理模块20连接，电平信号-无线信号转换单元用于将信号采集处理模块20的流量信息转换为无线信号，并发送至电磁流量计外部。

其中，电平信号-无线信号转换单元为485信号-无线信号转换单元、232信号-无线信号转换单元、2.4G电路-无线信号转换单元中的一种。

通讯模块50为流量信息发送至矿用设备上位机80提供通讯，将单片机的UART的TTL信号经RS485芯片转换成485信号或经过RS232芯片转换成232信号或经过2.4G电路转换成无线信号，实现单片机与PC机之间多种不同通信方式进行通信，具有适应仪表网络化发展应用。

在本公开的一种实施例中，如图4所示，电磁流量计还包括：数据存储模块60。数据存储模块60与信号采集处理模块20连接，数据存储模块60用于存储信号采集处理模块20产生的流量信息，MCU将采集处理后的数据信息发送至存储器内，存储器例如为16K位的RAM存储器。

在本公开的一种实施例中，如图4所示，电磁流量计还包括：显示模块70。显示模块70与信号采集处理模块20连接，显示模块70用于对信号采集处理模块20产生的流量信息进行显示。单片机MCU进行处理运算，再通过流量标定系统算法计算出瞬时流量和累计流量数据送至显示模块70显示、存储模块存储、通讯模块50进行通讯方式转换输出。

信号采集处理模块20是采集传感器电极两端的流速微弱电压信号经过RC低通滤波处理、微功耗满电源幅度单运算放大器差分放大后，再经24位高精度、低噪声A/D转换芯片转换为数字信号送至单片机MCU进行处理运算，再通过流量标定系统算法计算出瞬时流量和累计流量数据送至显示模块70显示、数据存储模块60存储、通讯模块50进行通讯方式转换输出。

本公开提供的电磁流量计，相比于现有技术的机械流量计，解决了现有煤矿井下恶劣环境造成的机械流量计精度不高、环境容易损坏、故障率高的问题，为国内煤矿安全提供更为可靠的服务，可代替矿用钻机的机械流量计在煤矿等恶劣环境中使用；解决了现有煤矿井下流量信息无法保存，不利于发生孔内事故时对孔内事故的准确判别和处理的问题，无需人工操作，自动测量并传输数据，实现了流量信息的实时采集与存储；通过电平信号-无线信号转换单元将电平信号转换为无线信号，从而信号传输更稳，实现流量计与PC机之间多种不同通信方式进行通信，体现了矿用流量计的智能化，且更好地适应仪表网络化发展应用；通过浪涌抑制模块可以滤除电路中偶尔出现的尖峰，从而保护电路工作更稳定；电池安全可靠。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种电磁流量计，其特征在于，包括：

电源模块，用于提供电能；

传感器模块，与所述电源模块连接；所述传感器模块用于当导电液体流过所述传感器模块时，产生流速电压信号；

信号采集处理模块，与所述电源模块和所述传感器模块连接；所述信号采集处理模块用于采集所述传感器模块产生的流速电压信号并进行处理，产生流量信息；

励磁模块，与所述传感器模块及所述信号采集处理模块连接；所述励磁模块用于根据所述信号采集处理模块输出的控制信号，为所述传感器模块工作提供磁场。

2.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，所述传感器模块的输出端设置有浪涌抑制模块，所述浪涌抑制模块被配置为防止击穿电压损害电磁流量计。

3.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，所述励磁模块包括：

H桥电路，与所述传感器模块和所述信号采集处理模块连接，所述H桥电路用于根据所述信号采集处理模块输出的控制信号以输出励磁电流，并供给所述传感器模块。

4.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，所述信号采集处理模块包括：

滤波处理模块，输入端与所述传感器模块连接，所述滤波处理模块用于抑制测量信号产生的干扰；

运放差分放大模块，输入端与所述滤波处理模块的输出端连接，所述运放差分放大模块用于将所述滤波处理模块的输出滤波信号进行放大；

A/D转换模块，输入端与所述运放差分放大模块的输出端连接，所述A/D转换模块用于将所述运放差分放大模块输出的模拟信号转换为数字信号；

MCU单元，与所述A/D转换模块的输出端连接，所述MCU单元用于对所述A/D转换模块输出的数字信号进行处理运算，产生流量信息。

5.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，所述电磁流量计还包括：

通讯模块，与所述信号采集处理模块连接，所述通讯模块用于将所述信号采集处理模块产生的流量信息发送至电磁流量计外部。

6.根据权利要求5所述的电磁流量计，其特征在于，所述通讯模块包括：

电平信号-无线信号转换单元，与所述信号采集处理模块连接，所述电平信号-无线信号转换单元用于将所述信号采集处理模块的流量信息转换为无线信号，并发送至电磁流量计外部。

7.根据权利要求6所述的电磁流量计，其特征在于，所述电平信号-无线信号转换单元为485信号-无线信号转换单元、232信号-无线信号转换单元、2.4G电路-无线信号转换单元中的一种。

8.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，所述电磁流量计还包括：

数据存储模块，与所述信号采集处理模块连接，所述数据存储模块用于存储所述信号采集处理模块产生的流量信息。

9.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，所述电磁流量计还包括：

显示模块，与所述信号采集处理模块连接，所述显示模块用于对所述信号采集处理模块产生的流量信息进行显示。

10.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，所述电源模块包括：

状态监测模块，与所述信号采集处理模块连接，所述状态监测模块用于监测所述电源模块的电压、电流值，并发送给所述信号采集处理模块进行处理。

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