矿用水处理流量计产品概述
矿用水处理流量计连接方式有法兰式，螺纹连接式和卡箍式连接。它特别设计了带背光宽温的中文液晶显示器，功能齐全实用、显示直观、操作使用方便，可以减少其他电磁流量计英文菜单所带来的不便。另外我们设计4-6多电极结构，进一步保证了测量精度并且任何时候无需接地环，减轻了仪表体积和安装维护的麻烦。LDE电磁流量计精度通常为0.5级，故障率低，是测量液体介质首先流量仪表。



矿用水处理流量计特点

矿用水处理流量计由传感器和转换器两部分组成，被测流体介质电导率≥ 5μS/cm。

本产品采用当前电磁流量计的新技术制造，具有以下特点:

1、测量管内无阻力及活动部件，因此无压力损失，是一种典型的节能仪表。

2、由于感应信号是在整个充满磁场的空间形成，它与管道截面上流速的平均值成正比。因此，对管道内流速分布不敏感，要求流量计上、下游的直管段相对其它流量计短。

3、测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响。

4、合理地选择电极及衬里材料，能够达到测量各种腐蚀性、耐磨性导电介质的使用要求。

5、转换器采用新颖的励磁方式，功耗低，零点稳定，测量精度高，适于生产过程流量检测和总量计量。流量测量范围可达1500:1。

6、流量计具有自动流向鉴别，能测量双向流。具有电流、频率、脉冲和RS485数字通讯输出。还有流量上下限和故障功能。

7、流量计能显示瞬时流量、流速、流量百分比、正反累积流量、差值流量，方便读数。内有三级设置功能，防止数据被随意更改。

8、转换器采用3行128×64带背光LCD点阵简体汉字显示，参数设置方便。并具有FROM存储设置参数和累计流量值，具有掉电保护功能。

9、转换器采用表面安装技术(SMT)，具有自检与自诊断功能，可靠性高。

10、具有适合满足现场环境条件安装的型、沉浸型、卫生型、分体型和一体型结构。



矿用水处理流量计主要用途

矿用水处理流量计广泛用于化工、矿冶、给排水、造纸、医、食品、石化、电力、轻工、农用灌溉、水利等行业的管道中，导电液体和浆液的体积流量的测量。



矿用水处理流量计正常工作条件

1、环境温度: 传感器 -25℃~+60℃；转换器 -10℃~+60℃

2、相对湿度: 5%~90%；

3、供电电源：交流供电：频率47~63Hz；电压85~260V；谐波成分不大于5%；直流供电:18~36V，纹波5%。

4、功率: 小于20W。



矿用水处理流量计工作原理

传感器是根据法拉第电磁感应定律工作的，如工作原理图所示:



当导电液体沿测量管在交变磁场与磁力线成垂直方向运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势。在与测量管轴线和磁力线相互垂直的管壁上安装了一对检测电极，将这个感应电势检出。

则有:

E=BVD

式中:E—感应电势;

B—磁感应强度;

D —电极间的距离，与测量管内径相等;

V —测量管内被测流体的平均流速。

式(1)中磁场B是恒定不变的，D为一常数，则感应电动势E与被测流体的平均流速V成正比。通过测量管横截面上的瞬时体积流量Q与流速V之间的关系为:

矿用电磁流量计电路的设计与测量分析

近年来电磁流量计在工业领域中得到迅速的应用，特别是在河水输送与污水排放流量的计量方面尤为突出，由于它测量灵活方便和灵敏度较高，工业上多用以测量各类水流、矿浆流等介质。然而，由于煤矿安全性的特殊要求，目前可用于煤矿井下的电磁流量计很少，如，不能满足矿用和本质安全要求、测量范围窄以及传输信号易受外磁场干扰等。针对这些问题，研发了一种适合于矿用测流的电磁流量计电路。它采用新型单片机来控制，加之专用本安励磁电路，具有实时检测和及时显示等多种功能，经过多家企业的试用，性能和技术指标已基本达到国内外同类产品的先进水平。

1 设计方案

1.1 设计思想

目前，我国矿用电气产品的安全类型主要以隔爆型和本质安全型为主。本安设计就是要严格控制电路各部分产生的电火花能量，因此在设计中采用了专用本安励磁电路来防止励磁电流引起电火花；采用新型低功耗单片机来控制整个装置的工作，以保证其稳定性和可靠性；采用多种电磁屏蔽措施来防止静电产生和电磁干扰，以保证电路的稳定工作。

1.2 系统电路硬件部分

（1）方框图

装置采用高速单片机模块电路（STM32F407），它具有浮点运算能力强，超低功耗，功耗仅为38.6mA。用来控制整个电磁流量计，包括产生励磁脉冲方波信号、接收来自探头的反映流量大小的电压信号、输出4~20mA电流信号供模拟显示仪表用，CPU模块带有各类接口电路（RS232、高速USB接口等）、操作键盘和显示器接口电路等。方框图如图1所示。



图1 系统方框图

（2）传感器

为了保证测量的精度，要求传感器的探头做成流线型，当探头插入时对流体的影响很小，近似地认为是无阻流状态。具体采用25.4mm不锈钢管为探头壳体，励磁线圈芯采用软磁钢作铁芯，线包，绕好后将它密封在一个呈流线型半球的高强度塑料壳内，上面有一对不锈钢电极，与励磁线圈相连。为避免探头内感应发射信号引起的干扰，对信号发射引线、线圈与电极连线进行屏蔽处理。

（3）特殊的电路设计

①励磁信号与驱动电路

为了保证探头工作在无阻流状态，探头尺寸要尽量小，这样所产生的励磁电流也就小，要求后续的接收电路有足够高的输入阻抗，来保证传感器的灵敏度及抗干扰性；为防止交流50Hz的工频干扰，选用方波电流作为励磁电流，其频率可选用1/4的工频频率12.5Hz，有效地抑制工频干扰。

励磁信号由单片机内部生成，从第26脚输出12.5Hz方波信号，接到IC5（LMD18200T）的3脚信号，它是励磁线圈的驱动模块电路，内部采用H桥式驱动，送出励磁电流加到其2脚和10脚之间的励磁线圈上。在励磁线圈L上形成20~30mA正负对称的方波电流，它与控制方波电压同步。流体运动切割磁力线产生的方波电压与励磁电流完全保持同步，即与控制开关网络的方波电压保持同步，便于在接收电路中信号的同步解调。电路如图2所示。



图2 励磁线圈驱动模块电路

②本安型励磁线圈电路

传感器中励磁电流是产生电火花的危险源，电磁流量计要用于矿井下，保证励磁电路达到本质安全要求。当电流流过励磁线圈时，在线圈内部会产生磁场，磁场储存能量，当电路断开时，储存在线圈中的能量就会以火花的形式释放出来，因此必须泄放线圈中的储能才能达到本安的要求。采用了在线圈两端并联一个双向二极管（TVS管P6KE6.8CA）作为续流支路，以泄放线圈储存的磁能，降低通断时的电火花，吸收电流，泄放能量。以达到本质安全的目的。

③传感器放大电路

电路如图3所示。IC2（SL28617）前置放大器用于放大传感器送来的反映流量大小的电压信号，改变图中Rin和Rfb的阻值大小，可以改变该运算放大器的增益。S1是励磁信号源，R17、R18是输入偏置电阻，运放的9脚和16脚分别供±5V电压，接在运放IC2输出端的IC3（ADS8320）是16位高速的A/D转换器，其转换速度可达16kHz/s，接在前置放大器与A/D转换器之间的IC12（ISL21090）是三端稳压器。



图3 传感器放大电路

1.3 编制软件

软件流程图如图4所示。



图4 软件编制流程图



在编制电磁流量软件的过程中，首先要求对系统进行初始化、再对CPU进行初始化，由CPU输出励磁脉冲方波信号，控制LM8200产生励磁电流驱动励磁线圈。采集传感器信号，使传感器送出反映流量大小的电压信号，经过IC2前置放大器放大该信号，再经16位A/D转换器和SPI串口送入单片机进行处理，在单片机中要进行A/D实时采集、实时滤波和数据拼接和数据传送，后经过D/A转换后，经过IC4转换成4~20mA电流信号直接输出或者以电压形式输出。

2 测试方法与结果分析

（1）流速υop和流量Qv

当环境处于紊流状态时求测点处流速vop和流量Qv。选择稳压水塔和容积法来确定流速仪表的系数。其测试环境选择是非常重要的。在测试时选择内壁半径R=50mm，且具有光滑内壁的塑料或金属直管，并将探头插入1/4的直径处，即Rx=25mm，设与流体对应的雷诺数有关的n=7，因为该状态接近紊流产生的条件，因此是比较理想的测试条件。

由稳压水塔和容积时间法经验公式得：

面平均流速

（1）

式中 υmax——流体大流速。

被测点处流速

（2）

由容积时间法测得。由面平均流速和被测点处流速可得；设流速分布系数，则；流量

（3）

式中 S——所选管道的截面积。

插入式电磁流量计样品的计算值υop与仪表测定电压值Uo的关系如表1所示。

表1 插入式电磁流量计样品的测量数据表



由表1利用二元一次线性回归方程υop＝βUo+c来确定系数β和c，线性回归系数比较表如表2所示。

表2 线性回归系数比较表



平均值=1.1260258，c=-0.0065562，显然c太小，因此可以忽略，则

（4）

即测点处流速与仪表输出电压之间存在着简单的线性关系，因此使用起来很方便。只要将β作为一个乘数设置到编程软件中，即可直接读出υop。

表3列出了由测点处流速读出值υop=βUo与υop（理论值）之间的误差Er，如表3所示。

表3 读出值与理论值的比较表



从表3中可以看出，经理论计算与实际所测的数值接近，误差在千分之几的范围内。

（2）面平均流速

当环境处于非理想紊流状态时求面平均流速。如果现场是处于如弯头或者阀门附近时，则可用二阶回归拟合方程式



系数k1，k1可由现场测得的数据求出。由于二阶回归方程是非线性方程，要将其转化为线性方程，则


在测试时，可选择现场每一个稳定的流速状态，测定一组不同半径处的流速，然后作流速分布图，通过面积加权法，可求出一个面平均流速。由测得的υop（工作测点处的流速）和的一组数据，然后根据线性回归方程公式求出一组k1，k2。后取该组k1，k2的平均值，并将该值设置到编程软件中，即可直接求出面平均流速。

3 结语

介绍了一种适合采矿和选矿等安全要求较高场所使用的矿用智能化电磁流量电路的设计方案，以及在测试中遇到的问题与解决的方法，具有广泛的实用价值。参考国内外同类产品的技术性能指标，采用直径为准100mm铁管或PVC塑料管做测试，并通过现场流速逐点分布测量，获取若干组不同状态下的平均流速，通过计算机模拟来确定回归方程系数，进而来测量不同状态下的流量值。测试结果分析表明，其可测流量范围控制在0~120m3/h，非线性误差为0.8%。从性能指标可以看出，该矿用电磁流量计已达到了国内外同类产品的先进水平。




矿用电磁流量计电路的设计与测量分析
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0 引言

近年来电磁流量计在工业范畴中获得敏捷的应用，特别是在河水输送与污水排放流量的计量方面尤为凸起，因为它测量灵活便利和灵敏度较高，工业上多用以测量各类水流、矿浆流等介质。然而，因为煤矿安然性的特别请求，今朝可用于煤矿井下的电磁流量计很少，如，不克不及知足矿用和本质安然请求、测量范围窄以及传输旌旗灯号易受外磁场干扰等。针对这些问题，研发了一种合适于矿用测流的电磁流量计电路。它采取新型单片机来控制，加之专用本安励磁电路，具有及时检测和及时显示等多种功能，经由多家企业的试用，机能和技巧指标已根本达到国表里同类产品的先辈程度。

1 设计筹划

1.1 设计思惟

今朝，我国矿用电气产品的安然类型重要以隔爆型和本质安然型为主。本安设计就是要严格控制电路各部分产生的电火花能量，是以在设计中采取了专用本安励磁电路来防止励磁电流引起电火花；采取新型低功耗单片机来控制全部装配的工作，以包管其稳定性和靠得住性；采取多种电磁樊篱办法来防止静电产生和电磁干扰，以包管电路的稳定工作。

1.2 体系电路硬件部分

（1）方框图

装配采取高速单片机模块电路（STM32F407），它具有浮点运算才能强，超低功耗，功耗仅为38.6mA。用来控制全部电磁流量计，包含产生励磁脉冲方波旌旗灯号、接收来自探头的反应流量年夜小的电压旌旗灯号、输出4~20mA电流旌旗灯号供模仿显示仪表用，CPU模块带有各类接口电路（RS232、高速USB接口等）、操作键盘和显示器接口电路等。方框图如图1所示。



图1 体系方框图

（2）传感器

为了包管

防爆流量计技术参数
电压：本安DC18V；
电流：≤100mA；
输出信号：4-20mA，200-1000Hz，RS485三种；
安装方式：外贴式、插入式两种；
管径范围：DN50～DN500；
传感器电缆：15m。

流量传感器使用了新的国际半导体厂商生产的元器件，低功耗，高可靠性，抗干扰，适用性好。优化的智能信号自适应处理，用户无需任何电路调整。

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