摘要：針對提高電磁流量儀表準確度的問題，根據電路理論利用數學方法分析并比較了5種激磁方式的優缺點，提出了恒定電流間歇方波激磁方案，此方案可提高測試準確度并降低功耗，理論分析表明，與其它激磁方式相比，其電路簡單、噪聲低。

在化工及其它工程技術中，常用智能型電磁流量計測量管道液體的流量，而激磁方式對儀表準確度、功耗、噪聲的影響越來越明顯。對于激磁方式的選擇問題，國內外采用的主要為恒定方波激磁。本文在對各種激磁方式分析比較的基礎上，重點研究了方波磁場法，以抑制噪聲，提高準確度，并對激磁波形提出了改進方案，以降低功耗。

1、激磁方式分析

智能型電磁流量計是根據法拉*電磁感應定律來測量導電性液體體積流量的儀表，其感應電動勢U與流速V以及流量Q的關系可由下式表示

式中：B為磁感應強度大小；C1，C2為轉換系數；D為測量管內徑；L為磁場中作垂直切割磁力線方向運動的導體長度。

由此可知，感應電動勢U與流速V或液體體積流量Q是線性關系，而與被測導電介質的密度，粘度、溫度、壓力等特性無關。這是智能型電磁流量計的一大特點。

直流激磁即磁場是用直流或永磁鐵所產生的恒定磁場，這種直流磁場變送器的優點是激磁方式簡單，且不存在交變磁場變送器所固有的噪聲，但是，直流激磁會使通過測量管內的電解質液體出現*化現象，嚴重影響儀表的準確度。而當測量電導率很高又不能電解的液態金屬時，例如常溫的汞，高溫的鈉、鉍等，用直流磁場的變送器是有利的。

工頻交流激磁在早期的智能型電磁流量計中使用較多。它的主要優點是能夠消除電*表面的*化作用，而且激磁電路簡單。另外，采用交流激磁，輸出信號也是交流的，放大和轉換低電平的交流信號要比直流信號容易得多。但是，這種方法的幅度穩定性、頻率穩定性較差。而且，由于頻率高，渦流產生的同相噪聲也很大，且微分噪聲補償困難，目前已不多用。此外，采用市電作為激磁電流，易受電網電壓和頻率波動的影響，所以還要有必要的補償措施。

雙頻激磁的主要目的是使智能型電磁流量計對流量變化響應快，零點穩定和對流動噪聲不敏感，其主要原理是利用較低激磁頻率的零點穩定特點與較高激磁頻率的快速動態響應特點的兩者性能互補來改善智能型電磁流量計的動態響應與零點穩定性。

2、恒定方波激磁

2.1 恒定電壓方波激磁

這是目前智能型電磁流量計常用激磁方式之一。國內外生產的智能型電磁流量計多采用此法。它電路簡單，且在穩態時采樣，這時微分噪聲的影響很小，可忽略不計，選擇較低的激磁頻率可保持零點穩定性。適當選擇休止時間可降低激磁功耗。

但它也有自身的缺點。假設電壓源是階躍信號，設計中T＞＞τ，則

對于銅電阻，R=R0【1+a（T-T0）】。其中：i（t）為信號電流；E為電壓源幅值；R為銅電阻值；τ為時間常數；K，K1，K2為變換系數；T為激磁信號周期；a為銅電阻溫度系數a=3.93×10-3/℃。

如果環境溫度變化20℃，則

很明顯，這對信號影響很大。可見，恒定電壓方波激磁中，溫度穩定性非常差。

2.2 恒定電流方波激磁

恒定電流方波激磁具有恒定電壓方波激磁的所有優點，而由于恒流源的作用又可消除銅電阻溫度特性不好的影響。B=K1i（t）=K1I，U=KBQ=KK1IQ=CQ。其中：C為變換系數；I為恒流源幅值。

這種激磁方式不但克服了直流和交流激磁中的缺點，還可解決變送器與轉換器的互換性問題，應得到廣泛應用。

3、一種降低激磁功耗的方案

國內外一般采用矩形波激磁，但在恒流源上會產生較大的壓降，增加功耗。在一些防爆、電池供電的智能型電磁流量計中這種方式就會一出現問題可以通過改進波形來降低激磁功耗。

目前，有圖1所示激磁波形。為降低激磁功率，本文嘗試圖2所示的間歇式波形。

式中：Rs為激磁線圈等效電阻。

對比式（5）與式（6），可知P1＞P2，即間歇式波形中功耗較小，因此適當選擇t1，t2，t3大小，可有效地降低激磁功耗。

4、結語

恒定電流間歇方波激磁，既抑制了噪聲提高了電磁流量儀表的準確度，又降低了功耗。但在零點特性及動態響應方面還不完善，可與雙頻激磁聯合應用以提高其性能。因此，充分提高綜合性能指標是智能型電磁流量計技術的發展趨勢。