低功耗电磁流量转换器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于光机电一体化应用领域,涉及一种电磁流量计，具体涉及一种电磁流量转换器。
【背景技术】
[0002]流量计是工业测量中最重要的仪表之一，广泛应用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护、及人民日常生活等国民经济的各个领域。为了适应各种用途、各种类型流量计相继问世。目前投入使用的流量计超过60多种。
[0003]电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。在众多流量仪表中，电磁流量计以其自身特点，包括结构简单、无阻流部件、信号线性强、测量范围宽等诸多优点，广泛应用于对导电流体的测量。近年来世界范围电磁流量计产量约占工业流量仪表台数的5%?10%。并且应用日趋广泛。便携式，电池供电、小体积一体化电磁流量仪表的研制也更加被重视。
[0004]电磁流量计由于自身固有特点，需要励磁电流产生磁场，如果励磁电流太小，产生的磁场太弱，此时传感器电极产生的信号信噪比太低，则流量计量的稳定性和精度都会有影响。所以电磁流量计相比于其他流量计，低功耗的设计要复杂得多。在多数应用场所，电磁流量计都是采用工频220V交流供电，以便能够充分保证电磁流量计的励磁供电需要。
[0005]但是采用工频220V交流供电，也存在一定不足之处:
[0006]1、工频干扰严重。电磁传感器电极产生的流量信号非常微弱，工频干扰信号叠加在流量信号上，如果工频干扰抑制不够充分，会严重影响信号的信噪比，影响计量结果。
[0007]2、应用环境限制。随着电磁流量计应用日趋广泛，安装场所遍布城市、乡村的各个角落。有的地方地势偏僻，不方便布线；有的地方深埋底下，地势潮湿，这种情况采用220V交流供电存在很大的安全隐患。
[0008]3、随着科技日新月异，仪表更加智能化、小体积，所以对电磁流量计的便携式发展也越来越重视
[0009]4、能源是国民经济发展的重要物质基础我们国家是一个能源消耗大国，而且正处于高速发展阶段，由于工农业技术水平相比发达国家比较落后，所以能源利用率也很低，我国的节能潜力是巨大的。如果能源利用率提高I %，将会带来非常客观的社会效益和经济效益。工频全压启动时，启动电流较大，会对电网产生一定冲击，造成比较大的能源损耗。即使进入工作模式，功耗也在10W-30W之间。如此大的电能损耗，不符合国家节能减排的政策指向及智能仪表的低功耗发展趋势。
[0010]综上所述，随着电磁流量计应用日趋广泛，以及电子技术新材料的日新月异，便携式、小体积、一体化、低功耗的电磁流量仪表，即电池供电型电磁流量计的研制也更加被重视。
[0011]目前已有的电池供电型电磁流量计，主要存在以下不足:
[0012]一是外观，有的是在仪表旁边单独放置一个容器以放置电池，这不符合流量计便携式、小体积的发展趋势；还有就是功能减少，有的甚至连现场显示也没有，仅能通过远传信号传送流量信息，给现场工业管理维护带来不便。
[0013]本发明的目的就是在于既要实现电磁流量转换器的低功耗，又要小体积化、能够进行现场显示、还必须保证计量精度。
【发明内容】
[0014]为了解决现有技术中的问题，达到上述目的，本发明所采取的技术方案是:用于电磁流量计的低功耗电磁流量转换器主要包括励磁电路、电源、信号调理电路、单片机接口电路，其特征在于所述的励磁电路中励磁方式为脉冲矩形波励磁，所述的电源采用两种锂亚电池组合的方式，所述的信号调理电路包括仪用放大器、低通滤波电路、阻容耦合电路及高增益放大电路，所述的单片机接口电路包括单片机、复位电路、晶体振荡器、A/D输入、显示输出、485通讯输出、存储器电路、JTAG调试接口。
[0015]电池供电型电磁流量计的难点，主要是既要保证高精度的计量性能，又要保证低功耗要求，还要要求小体积、携带方便。双频励磁是目前最先进、技术含量最高的励磁方式，但是还不够普及，目前只有国外少数几家公司采用这种方式。而低频矩形波励磁方式是目前应用最广，也是比较成熟的励磁方式。所以本发明在考虑励磁方式时，主要参考低频矩形波励磁方式，并且考虑到电磁供电型流量计的低功耗特征进行了相应的改进。
[0016]相比与工频交流220V供电，本发明中励磁方式由低频矩形波励磁改为了脉冲矩形波励磁，差异主要体现在:
[0017]1、励磁电流大大降低，工频交流220V供电时，励磁电流少则125mA，多则500mA。而电池供电型电磁流量计,根据功耗要求,励磁电流多则80mA，少则20mA，反映在上面坐标图中，信号的幅度大大降低了。
[0018]2、励磁间隔时间可以调整。工频交流220V供电时，励磁正、反向输出是连续的，即一个方向励磁输出后，马上反方向输出励磁，励磁周期以160ms最多。米用电池供电时，为了节省功耗，不便频繁输出励磁，故一个方向输出励磁后，间隔一段时间输出反方向励磁，间隔时间根据流量的稳定状况，可以设置为2s、4s、6s、8s、10s、12s。励磁间隔设置越长，电池供电时间越长。
[0019]3、励磁宽度可以调整。工频交流220V供电时，以80ms的励磁宽度最为常见。采用电池供电时，为了节省功耗，最多设置为60ms,如果流况稳定，也可设置为50ms、40ms、30ms,20msο励磁宽度设置越短，电池供电时间越长。
[0020]利用法拉第电磁感应定律，流体通过电磁流量传感器的测量导管，会在测量管两侧的电极产生微弱电压信号传递到电磁转换器，电磁转换器则以单片机为主控单元，将采集到的信号进行调理、显示和通信远传。
[0021]电池为电磁流量计整个系统提供电能，转换器电源主要分为两部分，一是励磁电源，考虑到不同类型的传感器工艺参数不一样，励磁线圈的电阻及电感参数都有很大差异。励磁电流也可能根据情况设置不一，多达80mA，少则20mA。所以转换器提供给励磁线圈的电压不能太低。目前电磁传感器线圈阻值通常在100 Ω以下，以最高SOmA励磁电流输出考虑，提供给传感器线圈的励磁电压不能低于8V。考虑到电路中还有一些开关损耗及恒流电路等也需要一定压损，设计电池给励磁电路提供的电压为10.8V。转换器的另外一部分电源主要提供给信号处理电路和数字电路，包括微处理器、时钟、显示、通讯等，这些功能模块需要的电源都是3.6V。
[0022]信号处理相关运放器件、单片机、显示器及通讯模块等全部采用低功耗器件，通过单片机活动模式与低功耗模式的切换，完全可以保证3.6V电池的平均电流输出在ImA以内。采用3节锂亚电池ER26500并连:ER26500是一款储藏能量在9Ah，3.6V输出的电池，单个外型尺寸在79x26x26mm，3节ER26500并连外型尺寸在79x26x52mm，通常转换器壳体足以接纳这点空间。另外从功耗分析，平均电流输在ImA考虑，一年是0.001x24x365 = 8.76Ah，两年功耗在17.52Ah，3节ER26500并连功耗在27Ah，完全满足3.6V输出两年的功耗。
[0023]励磁电流最大以80mA考虑，如果按4s的励磁间隔，50ms的励磁宽度进行设置，平均电流计算如下:0.05/4 = 0.0125,0.0125x80 = ImA,按这个结果,励磁电流一年