電磁流量計(jì)由于具有可靠性好，耐腐蝕性強(qiáng)，測量精度高，容易變***測量范圍，具有光滑無阻力的導(dǎo)管、無附加壓降等特點(diǎn)，在石油、化工、冶金、造紙等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，并且各類電磁流量計(jì)的發(fā)展與應(yīng)用得以進(jìn)一步深化，其市場具有很大的擴(kuò)展空間。電磁流量計(jì)已經(jīng)成為解決流量測量困難的重要工具，無論國內(nèi)外都是重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品。在過去的幾十年中，電磁流量計(jì)幾乎已經(jīng)在所有工業(yè)領(lǐng)域中得到證明和檢驗(yàn)。MICONEX2002流量儀表參展商與產(chǎn)品分析，國內(nèi)廠商主要集中在差壓、電磁、渦街、流量顯示儀幾大類，而電磁流量計(jì)參展商比例就占12%，在流量儀表參展商中僅次于渦街流量計(jì)。
1 電磁流量計(jì)原理
電磁流量計(jì)的測量原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律，只是切割磁力線的導(dǎo)體不是一般的金屬導(dǎo)體，而是具有一定導(dǎo)電率的液體流柱，切割磁力線的長度是兩電極之間的距離，近似等于液體的直徑，即測量管內(nèi)徑D如圖1所示。由電磁感應(yīng)定律可知：
液體的體積流量為：
圖2 低頻矩形勵(lì)磁和交流勵(lì)磁比較高
由上式可知流量體積Q和E成正比，通過測量出E的值就能計(jì)算出液體的體積流量。
2 研究價(jià)值及難點(diǎn)
為了避免產(chǎn)生化現(xiàn)象而影響測量準(zhǔn)確度，電磁流量計(jì)的磁路系統(tǒng)采用各種勵(lì)磁方式，如50Hz正弦電流勵(lì)磁，低頻矩形波勵(lì)磁，三值低頻矩形波勵(lì)磁，雙頻矩形波勵(lì)磁等勵(lì)磁方式。現(xiàn)在大約80%的場合采用低頻矩形勵(lì)磁技術(shù)，但是這種技術(shù)容易接近其工作***限，造成在過程中產(chǎn)生大噪聲或多峰值的信號(hào)，導(dǎo)致測量結(jié)果不確定或重復(fù)性較高差；低頻矩形測量窗口很小，而正弦波測量的測量窗口幾乎接近***（如圖2）；在多相流體的情況下，低頻矩形勵(lì)磁的應(yīng)用也受到限制，根據(jù)流體在電極上的噪聲頻譜，在25Hz以內(nèi)，噪聲含量***。另外，高沖磁場勵(lì)磁頻率所產(chǎn)生的奇數(shù)諧波也必須得到處理，導(dǎo)致噪音增加和信號(hào)輸出不穩(wěn)定，所以對(duì)于交流勵(lì)磁的電磁流量計(jì)的研究具有一定的實(shí)用價(jià)值。但是交流勵(lì)磁電磁流量計(jì)存在著微分電壓、同相電壓、共模電壓、串模電壓等（見5式）。課題的目標(biāo)就是消除或減少各個(gè)電壓。尤其是消除微分和同相。
設(shè)信號(hào)模型： （3）
磁感應(yīng)強(qiáng)度：B=Bmsinwt （4）
則有： （5）
其中：一項(xiàng)為有用信號(hào)，第二項(xiàng)為微分信號(hào)，第三項(xiàng)為同相信號(hào)。
3 電路數(shù)學(xué)模型
3.1 電路整體思路
設(shè)參考電壓：Ur2=Asinωt （6）
由（7）式可以看出經(jīng)過乘法器后得到的電壓信號(hào)U由直流部分（ABmνD-k2ABmω2）/2和交流部分（k1ABmωsin2ωt-ABmνDcos2ωt+k2ABmω2cos2ωt）/2組成。通過低通濾波器把交流部分濾掉，剩下直流部分是一個(gè)以流速ν為變量的線性的函數(shù)。即（Uo avb）。
式中a=ABmD，b=k2ABmω2，b為系統(tǒng)的特點(diǎn)。b越小，系統(tǒng)的特點(diǎn)穩(wěn)定性就越好。
3.2 消除系統(tǒng)的特點(diǎn)
同樣取一個(gè)參考電壓UR=Bsinωt，對(duì)UR=Bsinωt求導(dǎo)得
再求導(dǎo)U''R=Bω2sinωt，然后通過反向放大電路調(diào)節(jié)幅值，把同相抵消掉。這樣電源角頻率ω發(fā)生改變時(shí)，可以很好的消除特點(diǎn)的漂移。
3.3 消除電壓幅值變化的影響
最后的信號(hào)Uout=ABmDV，但是A和Bm都受到電源電壓幅值的影響，且為線性關(guān)系，當(dāng)電源電壓受外界的影響，幅值發(fā)生變化，就會(huì)使輸出信號(hào)發(fā)生變化。所以取參考電壓UR=Bsinωt，通過乘法器使得UR′UR=B2sin2ωt，然后通過低通濾波后，Ud=B2/2，最后把信號(hào)Uout=ABmDV和信號(hào)Ud=B2/2相除，這樣可以把電源幅值發(fā)生變化帶來的誤差消除掉。
4 實(shí)際電路設(shè)計(jì)
上述的原理由圖3所示的電路框圖來實(shí)現(xiàn)。由于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=Bmsinωt，則勵(lì)磁電流I=Imaxsinωt，勵(lì)磁電壓U=-Umaxcosωt。
參考電壓UR=Bsinωt，首先通過并聯(lián)在傳感器電源上的變壓器經(jīng)過差動(dòng)放大電路，獲得一個(gè)幅值合適的U=U1cosωt信號(hào)，再通過移相電路獲得UR=Bsinωt信號(hào)。
另外由于電源上有許多高頻，信號(hào)經(jīng)過兩次微分后發(fā)生很大的畸變，所以在微分之前先經(jīng)過兩次低通濾波，兩次微分后的信號(hào)經(jīng)過放大和移相電路，可獲得與同相信號(hào)-k2Bmω2sinωt相位幅值一樣的信號(hào)，再通過差動(dòng)放大電路消除同相。與此同時(shí)，信號(hào)有很大的內(nèi)阻，內(nèi)阻的大小與被測液體的導(dǎo)電率有關(guān)，所以采用***輸入阻抗的運(yùn)放，這樣可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)內(nèi)阻發(fā)生變化，而輸出電壓不發(fā)生變化。由于信號(hào)的電源和電路的電源不是同一個(gè)電源，所以不能通過高輸入阻抗、***共模抑制比的集成儀用放大器，采用***輸入阻抗的同相放大器。還有電磁流量計(jì)傳感器輸出的信號(hào)夾雜著高頻，通過示波器不能識(shí)別其信號(hào)，因此也通過低通濾波獲得有用的信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過低通濾波后幅值和相位均發(fā)生變化，需要通過移相電路來調(diào)整相位關(guān)系。最后的除法電路把兩路信號(hào)因?yàn)榈屯V波后帶來的幅值變化可以很好的消除掉。對(duì)于RC低通濾波電路，電壓增益的幅值A(chǔ)VH和相角φH分別為和
φH=-αrctg（f/fH）。因此對(duì)與兩路信號(hào)上的RC低通濾波參數(shù)的選擇要保持一致，即fH一致。這樣才可以消除因RC低通濾波帶來的幅值增益變化。對(duì)于引起的相位變化，通過移相電路來調(diào)整。
5 調(diào)***方法
調(diào)***的關(guān)鍵在于參考點(diǎn)的選擇，由于調(diào)更是在無液體流動(dòng)時(shí)進(jìn)行的，傳感器輸出的信號(hào)只是微分電壓和同相電壓，各分量的大小均不知道。因此選擇變壓器輸出的信號(hào)作為參考點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試。通過移相電路把變壓器輸出的信號(hào)coswt移成相位差90°的sinwt，然后信號(hào)經(jīng)過兩次微分，由于實(shí)際單次微分相位不能達(dá)到90°相位差，在兩次微分后得經(jīng)過移相觀察信號(hào)和sinwt一致。對(duì)于傳感器輸出的信號(hào)，由于其本身有很大的高頻信號(hào)的疊加，不能觀察出其相位，所以采用替代法來解決。首先，用***路和原始信號(hào)頻率一致的50Hz的參考信號(hào)替代原始信號(hào)，經(jīng)過RC低通濾波，在通過移相電路把相位調(diào)整到與參考信號(hào)相位一致，把RC低通濾波的相位損失給彌補(bǔ)上。然后再把原始信號(hào)加上去，通過調(diào)整兩***微分后的放大倍數(shù)，觀察差動(dòng)放大電路輸出信號(hào)的相位與cosωt一致或***相反，該信號(hào)就是微分信號(hào)。
該設(shè)計(jì)的方案節(jié)省了若干變壓器，減小了儀器的體積和，提高了測量精度，增加了4-20mA的變送器輸出，已經(jīng)投入生產(chǎn)。