高壓電磁流量計的基本結(jié)構(gòu)組成分析介紹

高壓電磁流量計基本結(jié)構(gòu)中有兩個重要的組成成分，一個是轉(zhuǎn)換器，另一個是傳感器，本文將分別對傳感器和轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)分類作詳細(xì)的分析講解。
2.2.1 傳感器
傳感器的主要作用是將通過管道的流量信號進行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)為電動勢。市面上常見的傳感器主要有下圖 2.4 中如測量管、鐵芯、勵磁線圈、襯里等結(jié)構(gòu)。

1.測量管：主要是傳感器的管道，該管道由高導(dǎo)電率非導(dǎo)磁材料制成，可保證流體在通過時能夠表現(xiàn)出自身的電磁效應(yīng)，在該管道內(nèi)中安裝了內(nèi)襯。使用非導(dǎo)磁材料的原因是保證勵磁線圈中所產(chǎn)生的磁場不會順著管道流走，確保測量管道內(nèi)部產(chǎn)生明顯的磁感應(yīng)線，下圖 2.4 中展示了利用非導(dǎo)磁材料和導(dǎo)磁材料管道中所產(chǎn)生磁感應(yīng)線的情況。

液體從彎管中流出時，由于管道處有明顯的的彎道，因此其速度分布會發(fā)生變化，產(chǎn)生明顯的畸變，在彎管外緣處的流速會明顯加快，為了能保證跟隨內(nèi)援處流動速度，此時還會產(chǎn)生明顯的二次流動情況。而針對不同平面雙彎管道的流動時，此時流體速度除了表現(xiàn)出不均勻分布之外，還會在管道內(nèi)部多處位置產(chǎn)生旋渦，若是未完全打開閥門，此時流體速度的畸變程度會更加明顯。因此為了保證在測量過程中測量的精確度，需要保證傳感器的上下游部分有確定的一段長直管道，進行多種試驗后確定上游管道約為 3D，下游管道約為 5D，其中 D 表示管道的回敬。隨著技術(shù)的革新，近年來高壓電磁流量計對于長直管道的要求明顯降低，在進行了長時間的研究后推出了不需要長直管道的電磁式水表。
2.內(nèi)襯：更通俗的稱法為--襯里，安裝位置在管道內(nèi)部，內(nèi)襯通常為絕緣材質(zhì)，主要是防止流體在流經(jīng)管道的過程中其產(chǎn)生的感生電動勢能夠被檢測到。在選擇內(nèi)襯材料的過程中，*先需要考慮的是其絕緣性，除此之外還要求材料具有較好的耐腐蝕性、耐壓性等等。針對不同的使用對象，對內(nèi)襯材料特性的要求也會呈現(xiàn)出明顯的差異化。當(dāng)前市面上常見的內(nèi)襯材料有橡膠、PVC 等。在安裝內(nèi)襯的過程中，對工藝技術(shù)有著十分準(zhǔn)確的要求，因此安裝過程較為困難，內(nèi)襯的安裝作為高壓電磁流量計制造過程中要求十分嚴(yán)苛的一個步驟。
3.電*：主要作用是將感生電動勢所產(chǎn)生的電動差進行連接，在選擇電*材料時同樣需要注意選擇非導(dǎo)磁材料，利用此種材料可以有效的避免由于導(dǎo)磁材料所造成的磁力線過于集中在電*的現(xiàn)象。在實際的運用中除了選擇非導(dǎo)磁材料，還需要根據(jù)運用的環(huán)境進行*二步選擇，其中需要對環(huán)境的腐蝕情況、溫度要求、液體所產(chǎn)生的壓力等等進行考量。針對腐蝕程度較高的環(huán)境應(yīng)當(dāng)*選欽電*材料；針對酸度較高的環(huán)境如下水道、廢水、污水環(huán)境，則需要選擇耐酸剛電*材料；針對要求較高的酸堿液則需要利用鉑金電*材料。
4.勵磁線圈：勵磁線圈的作用是產(chǎn)生相對應(yīng)的磁場，當(dāng)勵磁線圈纏繞到鐵芯上，給勵磁線圈通電時，管道內(nèi)部會產(chǎn)生相應(yīng)的電流，而電流的分布和管道的擺放也有著十分明顯的關(guān)聯(lián)，管道擺放的位置不一樣，產(chǎn)生的電流形成也不一樣。
5.鐵芯：鐵芯主要的作用是纏繞勵磁線圈，從而產(chǎn)生相應(yīng)的磁感應(yīng)線。鑄造鐵芯的材料刻意選擇硅鋼、鑄鋼等等。鑄鋼的電磁感應(yīng)效果想弱于硅鋼，一般針對鑄鋼而言，其磁導(dǎo)率 μ 是空氣磁導(dǎo)率的0μ 1000 倍，暴露在空氣中的漏磁通常只有千分之一，在計算過程中基本忽略不計，因此勵磁電流所產(chǎn)生的磁場可以進行有效的利用。硅鋼的磁導(dǎo)率 μ 通常是空氣磁導(dǎo)率的0μ 6000～7000 倍左右，表現(xiàn)出的電磁感應(yīng)強度更高，坡莫合金的磁導(dǎo)率 μ 則是空氣磁導(dǎo)率的0μ 幾萬倍，價格也不昂貴，但在實際的應(yīng)用過程中，需要根據(jù)利用環(huán)境選擇合適的鐵芯材料才能滿足更高的性價比。
上述五種是傳感器的主要部件，除此之外還有一些其它的零件，如接地環(huán)、電*引線等等，各個部件都有不同的用處，只有將所有的部件拼湊在一起才能使傳感器表現(xiàn)出更好的作用。
2.2.2  轉(zhuǎn)換器
高壓電磁流量計中另一個重要部件是轉(zhuǎn)換器，絕大多數(shù)的高壓電磁流量計中轉(zhuǎn)換器和傳感器是連接為一體的，但在少部分高壓電磁流量計中二者則是分開使用的，將二者分開*主要的原因是考慮到抗干擾的情況。在高壓電磁流量計工作的過程中，流體運動所切割和產(chǎn)生的電動勢能量較為微弱，且在整個過程中會受到來自多個不同方面的干擾，其中如受到來自電磁兩*的干擾、勵磁磁場變動所帶來的干擾、同相干擾等等。為了有效的減少在流體運動過程中所產(chǎn)生的多種干擾，就需要一個穩(wěn)定可靠的驅(qū)動電路，而此電路就就由轉(zhuǎn)換器組裝而成。在轉(zhuǎn)換器中也有幾個重要的組成部件，下文將進行詳細(xì)介紹：
（1）前置放大器和濾波器：單片機 A 心的轉(zhuǎn)換口沒有辦法完全識別由電*兩端發(fā)出的微弱感應(yīng)電動勢，主要是由于電*兩端所產(chǎn)生的電信號過于微弱，此時為了能幫助轉(zhuǎn)換口進行信號識別，就需要將電信號進行放大，將其放大至1000～10000 倍*優(yōu)。在電*引線接上儀用前置放大器就可以將電信號進行放大。但在轉(zhuǎn)換口進行信號捕捉的過程中同樣會產(chǎn)生格式不同的干擾信號，其中常見的為正交干擾、并模干擾等等，為了有效減少此部分干擾情況，則需要安裝濾波器，使信號經(jīng)過濾波器時將干擾信號排除。
市面上常見的多種濾波器中，*常使用的是低通濾波器，主要是由于低通濾波器可以有效的降低高頻噪聲對電壓所產(chǎn)生的影響。面對不同的環(huán)境需要選擇不同的濾波器，而濾波器之間的區(qū)別主要來源于硬件結(jié)構(gòu)的差異，RV 濾波器屬于結(jié)構(gòu)*簡單的一款，但其頻率范圍較大，囊括幾十 Hz 到 100MHz。
（2）采樣、保持電路：單片機并不能直接讀取電*信號，需要利用 A/D 轉(zhuǎn)換器將電*信號進行轉(zhuǎn)換后才能傳輸?shù)絾纹瑱C處。使用 A/D 轉(zhuǎn)換器前要保持采樣、接收數(shù)據(jù)過程中具有穩(wěn)定的模擬量，此時形成的電路被稱為采樣保持電路。
（3）單片機和配套外設(shè)：當(dāng)代智能儀表的基礎(chǔ)功能是需要做到自我診斷、流量累計計算等等，而在儀表轉(zhuǎn)換器內(nèi)可以采用單片機或是編寫?yīng)毺氐木幋a進行實現(xiàn)。
（4）勵磁驅(qū)動電路:高壓電磁流量計主要是依賴與勵磁電流所形成的工作磁場，電流保持在 150-400mA 之間，此電流并非由單片機提供，主要來自于單獨的驅(qū)動控制電路。
（5）電源分配電路：在高壓電磁流量計工作的過程中需要有多種部件同時工作，因此需要多種不同的電壓，此時就需要電源進行電路分配，給不同部分分配對應(yīng)的電源電壓，其中勵磁電源需要的電壓為 36V～40V，而單片機工作需要的電壓為3.3V 和 SV，放大器工作需要的電壓為 12～15V。因此電源需要分配出四組電路。四種電路中勵磁電源所需要的電壓方式*為特別，需要利用到 LDO 方式，主要是由于 LDO 方式能夠產(chǎn)生*小的輸出波紋電壓，能夠幫助勵磁電流產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，消耗的功率也更小。