一种低功耗电磁流量计的设计

　　1引言

　　在流量测量领域，电磁流量计作为无能量损耗的流量测量仪表，已广泛地应用于工业过程中的各种导电液体的流量测量，形成了独特的应用领域r目前国内的电磁流量计，普遍为工频交流供电或24V直流供电方式，功耗较大，在仪表便携式和低功耗的要求上没有得到实现。本文中的电磁流量计采用电池供电，从励磁方式和测量电路及单片机微处理器方面进行了低功耗设计，同时满足测量的精度要求，使得电磁流量计可以更好地适应野外现场作业等环境，满足仪表便携式、低功耗的要求。

　　2电磁流量计工作原理

　　电磁流量计的工作原理是利用法拉第电磁感应定律，推得流体的体积流量为:

　　式中:

　　以为感应电压，单位V;

　　B为磁感应强度，单位T;

　　D为管道内径，即测量电极之间的距离，单位m;

　　Q为流体体积流量，单位m;/s

　　3硬件电路组成

　　本设计是电池供电的小口径电磁流量计的设计，由于采用电池供电，必须进行低功耗设计。通过选用低功耗的集成芯片，采用低频三值矩形方波励磁(如图1所示)，以及对单片机的输人输出口进行控制实现分时供电与休眠，从而达到低功耗设计的要求。

　　由于从前端传感器检测到的信号内阻一般为几MS2，要保证仪表的较高精度，则对整个放大电路的精度要求更高:测量电路如图2所示，主要由前置放大电路、二阶低通滤波器、电压高增益放大级和A/D转换电路以及单片机组成。

　　3.1前置放大电路

　　电磁流量传感器采用三值低频矩形方波的励磁方式，从而产生感应强度B。励磁信号的周期为160ms ,即励磁频率为6.25 Hz，为工频的8分频，可对工频干扰起到正负抵消的作用。且三值矩形方波可以较好地消除测量电极两端产生的极化效应。

　　由于励磁产生的磁感应强度信号为6.25Hz，则感应电动势也为同频率的交流信号，即被测信号。由于被测流体的内阻很大(与流体的电导率直接相关)，高达几MSZ，故测量电路的第一级A，采用美国MAXIM公司的高精度增益可调的仪表放大器MAX4194，输入阻抗为1000MS}，士2.5双电源供电，外接元件少，功耗低，符合仪表小型化的要求，并可通过外接精密电阻R。来调节放大倍数。该放大增益的计算公式为:

　　考虑到被测信号中强噪声的存在，减少噪声进人后续电路以及使得精密仪用放大器处于线性工作区，选第一级放大倍数约为10，即Rg.为4.71。或5.11}SZ

　　3.2二阶低通滤波器