基于MSC1211的电磁流量计的硬件设计

　　1　电磁流量计工作原理

　　电磁流量计是根据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器。宏观上把导电液体看成导体,液体的流动看成导体做切割磁力线运动。当导体在磁场中做切割磁力线运动时,在导体的两端就会产生感应电动势。电动势e的方向由右手定则确定,大小为:

　　式中:B为磁场强度;D为垂直切割磁力线的导体长度;v为流体的平均速度。

　　因此,流体的体积流量为

　　所以当测量管和磁场一定时,只要测得感应电动势e,即可算出体积流量Q.

　　2　硬件电路设计

　　在结构上,电磁流量计由电磁流量传感器和转换器2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线性地变换成感应电势信号,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,并转换成与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。具体硬件结构框图如图1所示。

　　2·1　励磁信号电路

　　励磁系统决定了传感器的工作磁场,是转换电路中非常重要的部分,关系到磁场的稳定与变换精度。使用交流励磁的电磁流量传感器产生的正交干扰与频率成正比,而影响零点的同相干扰与频率的平方成正比,因此低频磁场有利于降低正交干扰和同相干扰。采用低频三值方波励磁方式,频率选为12·5 Hz,使这些干扰基本被忽略,有利于零点测量自校,并提高仪表的准确度,同时采用周期间歇性工作,以降低功耗。

　　励磁电路由场效应管及控制电路构成。直接利用MSC1211的P2口可以控制场效应管的通断以输出励磁电压。场效应管采用2对互补增强型功率NMOS、PMOS管分别连接励磁线圈的2个输入端。P2口作为通用I/O口时,可以被配置成4种不同的I/O类型:标准8051模式、CMOS输出模式、开漏极输出模式、输入模式。可以设置成CMOS输出模式而直接驱动场效应管。通过设置P2.4、P2.5电平的高低来控制场效应管的通断,如图2所示,从而实现三值方波的输出。

　　2·2　信号处理电路

　　信号处理电路由前置放大电路和滤波电路组成。前置放大要有很高的输入阻抗和共模抑制比,它的作用是将传感器两扰进行抑制。

　　采用OP07作为前置放大,放大倍数为10倍,经前置放大后差动信号变换为单端信号,其输出幅度较小,依然不能直接输入到模数转换电路,必须经过再次放大,由于测量电路器件本身存在噪声以及其他干扰,而输入信号较小,因此加入二阶低通滤波电路来抑制杂散信号。在电路设计中,选取合适的电容、电阻值,确保有很好的低通滤波效果。电路如图3所示。