[发明专利]一种间歇励磁和数字信号处理的电磁水表变送器

说明书

本发明涉及流量检测领域，为一种间歇励磁和数字信号处理的电磁水表变送器，包括单片机最小系统、电源管理模块、励磁驱动模块、信号采集模块、人机接口模块、外部存储模块、输出模块以及软件；软件负责信号采集、信号处理、励磁驱动、人机交互和结果显示。励磁驱动模块用于驱动电磁水表的传感器，以产生传感器信号；信号采集模块用于提取传感器的输出信号，并将其转换为数字量传给单片机；励磁方式采用间歇励磁的方式，每周期一次三值波励磁；在算法处理中，对采集到的传感器输出信号直接进行幅值解调，根据解调结果重构信号，对重构信号进行梳状带通滤波，再进行幅值解调，计算得到瞬时和累积流量。

技术领域

本发明涉及流量检测领域，为一种电磁水表，特别是一种间歇励磁和数字信号处理的电磁水表变送器。

背景技术

工业用水等工业生产中的导电液体一般使用电磁流量计来测量，城镇生活用水多用水表来计量。目前国内使用的水表大多为传统的机械式水表，但是，机械水表依靠水流推动表内机械部件运动来测量用水量，有着始动流量大、测量精度低、易磨损和跑冒滴漏现象严重等缺点。而电磁流量计由变送器(二次仪表)和传感器(一次仪表)组成，其中，传感器是用来将液体流速转化为电信号，变送器是将传感器采集到的电信号再转化为流速信息，从而实现流量测量。其具有管道内无阻挡体、始动流量低、测量精度高、不易磨损、性能稳定等优点，能够提高水计量的精度，在生活用水计量中具有很大优势。但是，普通电磁流量计功耗大，需要外部电源供电，而生活用水计量的很多应用场合难以提供外部电源，导致普通电磁流量计的使用受到限制。

采用电池供电的电磁水表的则解决了上述问题。与电磁流量计相同，电磁水表同样基于法拉第电磁感应定律工作，但是，电磁水表在具备电磁流量计优点的同时，也有效地弥补了电磁流量计的缺点。相比传统的机械式水表，电磁水表始动流量低，测量的流量范围广，不易出现磨损和堵塞的现象，性能稳定且易于维护。同时，电磁水表具有强大的信息存储功能，可长期记录用水数据，便于生活用水的长期监测和分析，用于优化管网分配；电磁水表具有无线远传功能，可实现远程抄表，节约人力成本。相比于电磁流量计，电磁水表使用电池供电，采用低功耗技术，工作时长最长可达15年。所以，电磁水表是代替传统水表的极佳选择。

电磁水表与电磁流量计具有相同的工作原理，同样由变送器和传感器组成，但是，与普通电磁流量计相比，由于应用场合不同，所以，电磁水表在量程比、测量功耗和小流量测量等方面具有更高的要求。普通电磁流量计的量程比一般为20-25，而电磁水表的量程比为500左右。普通的电磁流量计测量下限一般为0.5m/s，要求高的为0.3m/s；而电磁水表的测量下限要做到30mm/s，要求高的为20mm/s。普通电磁流量计一般用市电供电，而电磁水表不便于接入电网，需要使用电池供电，为了提高电池的使用年限，必须大幅降低测量时的功耗。而为了降低功耗，电磁水表的励磁电流一般为20mA左右。虽然减小励磁电流达到了降低功耗的目的，但是，相比普通电磁流量计，电磁水表由于励磁电流小，导致传感器原始信号幅值变小，使得小流量时的信号非常微弱。而电磁水表的测量下限又远低于普通电磁流量计。因此，能够稳定、精确的测量小流速十分困难。

根据国家冷水水表检定规程JJG 162-2009，水表的流量范围可由Q1(最小流量)、Q2(分界流量)、Q3(常用流量)、Q4(最大流量)来表述，一般情况下，其流量计量特性可由量程比Q3/Q1(R值)，Q4/Q3＝1.25，Q2/Q1＝1.6来反映。电磁水表按照准确度等级划分为2级和1级。其中，2级水表在水温0.1℃到30℃范围内，水表的最大允许误差在高区(Q2～Q4)为±2％，在低区(Q1～Q2)为±5％；1级水表在水温0.1℃到30℃范围内，水表的最大允许误差在高区(Q2～Q4)为±1％，在低区(Q1～Q2)为±3％。目前国内外的电磁水表准确度高的均可达到1级水表的要求，国内产品的流量下限最低为30mm/s，国外产品的流量下限最低为20mm/s；国内产品的量程比最大为160，国外产品的量程比最大为600。

发明内容