[发明专利]一种电容式电磁流量计

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁流量计，尤其涉及一种具有较高信噪比的电容式电磁流量计。

背景技术

直流电源通过全桥逆变电路提供矩形波励磁电流到线圈上，形成电磁场，在测量管内流动的流体切割磁力线会产生感应电动势，其大小同流体流速成正比。由于励磁电流是交变的，产生的感应电势也是交变的，其频率与激磁电流的频率相同。一对电镀片状金属电极设于绝缘陶瓷测量管外壁，电极板与流体形成以测量管管壁作为介质的电容，利用电容对交变信号耦合原理将感应电势耦合到检测电极上，通过检测两个极板的电压差，就可以得到与流体流速相关的信号；由于电容式电磁流量计传感器产生的流量信号非常弱，一般在μV级，而且电极同被测流体间形成的藕合电容值很小，仅为数十pF，使信号内阻变得非常大，耦合流量信号也非常弱，而耦合的信号中的噪声较强且繁杂；流量信号的强度与其中包含噪声与励磁电流、频率等参数有直接或间接的关系。

励磁电路的励磁电流大小、频率与流量信号的幅值噪声密切相关，首先，电容式传感器通过电容耦合方式获取流量信号，励磁电流的频率有助于减小传感器内阻，提高信号强度，同时也有助于减小流动噪声；其次流量信号是流体切割磁力线所产生的，增加励磁电流将会增加励磁磁场，提高流量信号；最后交变励磁磁场将会在信号检测回路中产生感应电势，并最终在流量信号中形成微分干扰与同向干扰，加快换流过渡过程是减小干扰较为有效的方法。采用方波电流励磁时，励磁电流的动态特性可描述为其中V_e为励磁电压，R_eq为电路等效电阻，L_coil为励磁线圈电感。提高励磁电压是提高励磁电流幅值，提高励磁电流频率，缩短励磁过程换流时间最终提高信噪比的有效方法。

如图1、图2或图3所示，一种电磁流量计采用时序控制电路09通过光耦传输逻辑电平至全桥驱动电路08为全桥逆变电路中的场效应晶体管提供足够的电压，而在流量信号处理电路中模拟开关控制则另外采用逻辑电路07和放大电路06；传统电磁流量计电流源05控制电流大小，采用Q1～Q4控制励磁电流方向。由于采用运放、场效应管与采样电阻实现电流源功能，其运放的工作电压、场效应管的功耗等参数限制了励磁电压与励磁电流的提高，该电路一般采用不超过36V的励磁电压，输出的励磁电流不超过0.15A，励磁频率一般为40Hz以下，不能进一步提高电容式电磁流量计励磁电流，提高励磁频率与减小微分干扰、同向干扰，制约了传感器信噪比的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服强噪声的影响，提高信噪比，将微弱的流量信号检测出来，并转换成随流量变化的电压信号，实现对流体流量的测量的电容式电磁流量计。

本发明采用以下技术方案，该电容式电磁流量计包括电容式传感器、前置运放电路、流量信号处理电路、全桥逆变电路、全桥驱动电路、第一励磁电流反馈电路、第二励磁电流反馈电路以及时序控制电路；

所述的电容式传感器包括衬里层，所述的衬里层外壁上均匀设有第一检测电极、第二检测电极、第一励磁线圈和第二励磁线圈，所述的第一检测电极与第二检测电极相对设置，所述的第一励磁线圈和第二励磁线圈相对设置，所述的第一检测电极和第二检测电极外部分别设置有第一金属屏蔽电极和第二金属屏蔽电极，所述的第一励磁线圈和第二励磁线圈串联；

所述的前置运放电路包括第一前置运算放大器和第二前置运算放大器，第一前置运算放大器的同相输入端与第一检测电极连接，第一前置运算放大器的反相输入端和输出端分别与第一屏蔽电极连接；所述的第二前置运算放大器的同相输入端与第二检测电极连接，所述的第二前置运算放大器的反相输入端和输出端分别与第二屏蔽电极连接；