技术领域
本文涉及一种具有供电优化的电磁流量计,属于流量检测控制领域。
背景技术
电磁流量计是一种测量导电介质体积流量的计量仪表,具有测量精度高、稳定性好、可靠性高等特点。电磁流量计除可测量一般导电液体的流量外,还可测量液固两相液体、高粘度液体及盐类、强酸、强碱液体的体积流量,可广泛应用于水泥、化工、轻纺、治金、矿山、造纸、医药、给排水、食品饮料、环保等工业技术部门,其产品的性能、质量和可靠性对上述企业的经济效益有着重要的影响。传统电磁流量计一般采用8位或16位的单片机,单片机处理性能较弱和外围接口少,同时不合适做低功耗设计;针对用电池供电的电磁流量计,系统需使用低功耗、高处理性的32位处理器。
例如申请号为“201110008.1”的一种电磁流量计,其将微分噪音检测为大的值,提高了异常判定的可靠性。该电磁流量计将从正励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第1期间(T1),将从负励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第2期间(T2),就每个第1期间(T1)以及第2期间(T2)求出此时的检测电极(4a)所产生电压与检测电极(4b)所产生的电压之和作为电极间的电压和,根据该电极间的电压和,判定电磁流量计的异常(排空检测、绝缘性的异物附着在电极上等)。
又如申请号为“201110049402.7”的一种电磁流量计,包括传感器和转换器,所述传感器包括励磁线圈、电极、导管,所述转换器包括励磁驱动、处理单元、电极信号测量单元,所述的励磁驱动电路发出励磁电流;特别地,所述励磁电流具有为工频的非偶数倍分频的励磁频率。相较于现有技术,相邻两级励磁频率的间隔较小,选择余地更大,实现将低频噪声干扰影响降至ZUI低以及输出稳定的兼顾。但是测量精度有待进一步提高。
发明內容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种测量精度高、稳定性好、可靠性高的导电液体体积流量监控装置。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种具有供电优化的电磁流量计,包含微控制器模块、流量传感器、信号调理电路、显示模块、报警模块和电源模块,所述流暈传感器通过信号调理电路连接微控制器模块,所述显示模块与微控制器模块连接,所述电源模块包括太阳能充电装置、电池、稳压器、比较器,所述太阳能充电装置连接电池,用于将利用太阳能产生的电能存储至电池中,所述电池通过稳压器连接传感器节点,用于提供传感器节点所需电能,所述电池还连接一比较器,用于实时将电池输出电压和设定值进行对比,进而控制太阳能充电装置的开闭其中,流量传感器,用于产生感应电动势；信号调理电路,用于将流量传感器产生的感应电动势转换成数字信号,进而传输至微控制器模块;
微控制器模块,用于根据法拉第电磁感应定律以及接收的数字信号计算出导电液体的体积流量,具体计算如下:
qv=πD²/4kL[V/B];
其中,qv为导电液体的体积流量,D为测量管内径,L为测量管的有效长度,k为磁
感应常数,V为感应电动势,B为磁感应强度;
显示模块,用于实时显示计算单元计算出的导电液体的体积流量。
一种具有供电优化的电磁流量计的进一步优选方案,所述微控制器模块采用EFM32微控制器。
一种具有供电优化的电磁流量计的进一步优选方案,所述显示模块为LCD显示屏。
一种具有供电优化的电磁流量计的进一步优选方案,所述流量传感器为涡街式流量传感器。
一种具有供电优化的电磁流量计的进一步优选方案,所述电源模块采用可充电锂电池。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
1、本发明测量精度高、稳定性好、可靠性高;
2、本发明采用EM32微控制器,其具有优异的低功耗特性,EFM32内核采用Cortex-M3设计,具有很强的扩展功能;
3、本发明通过输出励磁信号驱动流量传感器的励磁线圈产生磁场,并负责采集与处理流量传感器输出的感应电动势,进而精确计算出导电液体的体积流量;
4、本发明供电采用太阳能供电,并且能够实时分析电池电压状态,达到智能化的
对电池进行充电,有效地延长了电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的结构原理图
图2是本发明的电源模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示,一种具有供电优化的电磁流量计,包含微控制器模块、流量传感器、信号调理电路、显示模块、报警模块和电源模块,所述流量传感器通过信号调理电路连接微控制器模块,所述显示模块与微控制器模块连接,如图2所示,所述电源模块包括太阳能充电装置、电池、稳压器、比较器,所述太阳能充电装置连接电池,用于将利用太阳能产生的电能存储至电池中,所述电池通过稳压器连接传感器节点,用于提供传感器节点所需电能,所述电池还连接一比较器,用于实时将电池输出电压和设定值进行对比,进而控制太阳能充电装置的开闭。
其中,流量传感器,用于产生感应电动势。
信号调理电路,用于将流量传感器产生的感应电动势转换成数字信号,进而传输至微控制器模块。
微控制器模块,用于根据法拉第电磁感应定律以及接收的数字信号计算出导电液体的体积流量,具体计算如下；
qv=πD²/4kL[V/B]
其中,qv为导电液体的体积流量,D为测量管内径,L为测量管的有效长度,k为磁感应常数,V为感应电动势,B为磁感应强度;显示模块,用于实时显示计算单元计算出的导电液体的体积流量。
其中,所述微控制器模块采用EFMR32微控制器,所述显示模块为LCD显示屏,所述流量传感器为涡街式流量传感器,所述电源模块采用可充电锂电池。
电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中,测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆,上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时,则会产生感应电压,管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬实现与流体和测量电极的电磁隔离。
电磁流量计的主控MU可以选取带LCD驱动能力的EFM32TG840F32或EFM326840F128,由于EFM32的产品各系列之间对应型号引脚直接兼容,用户可根据实际项目功能需求进行功能裁剪或升级。主控MCU通过DA输出励磁信号驱动流暈传感器的励磁线圈产生磁场,并负责采集与处理流量传感器输出的感应电动势,进而计算出导电液体的体积流量。
电磁流量计的主要特点:传感器结构简单,没有机械转动测量部件;在测量过程中,不受被测介质温度、粘度、密度以及电导率的影响;量程范围极宽,并只与被测介质的平均流速成正比,而与轴对称分布下的流动状态无关,而且反应灵敏,线性好。EFM32是全球ZUI低功耗的32位微控制器,RTC、DMA可运行的EM2模式下,功耗电流仅为900nA,不运行RTC的模式下可低至600nA,而在不保存RAM数据时更是只有20nA。同时,片上更是集成了低功耗外设:低功耗UART及I2C可运行于EM2模式下,可在CPU睡眠模式下实现数据的收发及数据识别唤醒。由于电磁流量计为电池供电,对功耗有一定的要求在对功耗要求比较高的场合甚至可由EFM32控制各模块的供电,ZUI大限度的提高其待机时间,因此EFM32的低功耗具有明显的优势。
图2是电源模块结构原理图。稳压器输出电压降至2.75V。比较器比较此值于电池的电压值。当阳光充足并且电池的电压低于2.75V时,比较器打开开关,对电池充电。否则,当电池的电压等于或大于2.75V时,开关关闭阻止充电过程。二极管用来阻止电流由电池流入太阳能电池板。