电磁水表磁场分布检测研究

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1、电磁水表磁场分布检测研究左富强，何驰，李泽松，姚灵（宁波水表股份有限公司，浙江宁波315032）摘要：电磁水表是近些年新兴的智能水表2.0的全电子水表产品，是从电磁流量计技术发展而来，但电磁水表功耗要求更低、测量范围更宽，因而磁场发生方法和磁场分布至关重要；本文采用霍尔元件阵列对电磁水表内部的磁场分布进行检测，设计了相应的软硬件方案，实现了磁场分布的检测。关键字：电磁水表磁场分布检测霍尔元件ResearchonmagneticfielddistributiondetectionofelectromagneticwatermeterZUOF

2、uqiang，HEChi，LIZesong，YAOLing（NingboWateMeterCo.,Ltd，Ningbo315032，Zhejiang，China）Abstract：Inrecentyears，electromagneticwatermeterisemergingofsmartwatermeter2.0inelectronicwatermeterproduct,fromtheelectromagneticflowmetertechnologydevelopment,butelectromagneticmeterpowerre

3、quirementslower,andthemeasuringrangeiswider,andmagneticfieldgeneratingmethodandthemagneticfielddistributionisveryimportant.Inthispaper,thedistributionofmagneticfieldintheelectromagneticwatermeterisdetectedbyusingHallelementarray,andthecorrespondingsoftwareandhardwarearede

4、signed,andthedistributionofthemagneticfieldisrealized.Keywords：Electromagneticwatermeter;Magneticfielddistributiondetection;Hallelement0、前言电磁水表是一种采用流量计技术的新型全电子智能水表，相对于传统机械式水表具有测量范围宽、准确度高、压损小等优势，且由于其内部无机械运动部件，使用寿命长，因此具有很好的应用前景[1]。目前，电磁流量计已普遍应用在工业过程控制领域，但是电磁水表却是刚刚起步，市场并还未认可

5、，仍在发展之中，到完全普及还需时日，市场上成熟产品也比较少见。电磁水表主要是用于自来水供水管网水量计量，通常工作环境比较恶劣，比如潮湿、无市电接入，电磁水表无法象电磁流量计那样方便地从市电网络获取工作能源。因而采用电池供电是目前通常采用的做法，但是由于电磁水表需要比较大的功耗进行磁场激励，这限制了电磁水表使用寿命。为了延长电池使用寿命，因而降低励磁功耗是比较可行的方法。电磁流量计通常采用交流励磁，并且励磁频率较高，但是电磁水表由于采用有限能源的电池供电，因而励磁功耗大目前导致电磁水表还未大面积铺开的重要技术原因之一。近些年电磁水表采用一种

6、新型的励磁方式—低频剩磁励磁技术，可有效降低功耗，延长电池使用寿命，但是其磁场强度是否稳定、分布是否均匀，需要通过直接或间接测量得到。本文就是对适用于电磁水表的磁场分布检测的方法进行研究，提出一种测试分布的方法和测试装置，可有效监测磁场分布均匀性和磁场稳定性。1、电磁水表测量原理电磁水表是基于法拉第电磁感应定律，当水（x轴方向）垂直流过磁场（y轴方向），在另一个垂直方向（z轴方向）的两个端电极上会产生与水流速正相关的感生电动势，如下图；图1电磁水表测量原理根据欧姆定律的微分形式和流体实际流动状态及磁场分布情况，可以推导出电磁水表的基本方程

7、，见下式：（1）根据实际的边界限定条件解析上述微分方程，可以得到感生电动势与磁场、权重分布、水流速的关系，见下式：（2）实际的边界条件[2]如下：①磁场方向、水流方向和两电极轴线三者应两两垂直；②所测水流应具有一定导电性，且导电性能均匀；③测量管沿轴线方向的无限长范围内磁场应为均匀分布；④测量管内壁应为绝缘材料组成，管壁出流速应为零；⑤被测水流速度应以测量管中心轴线对称分布，并且是矢径r的函数。2、磁场检测方法由上述电磁水表的测量原理可以看出，磁场的强度和分布决定了整个电磁水表的流量测量性能，为了更好地保证电磁水表的流量测量性能，需要对所

8、产生的磁场进行检测。磁场检测的方法比较多，比如检测线圈法、霍尔元件法、磁阻效应法、磁共振法、超导效应法、磁光效应法等等，随着技术的发展，测量方法也将越来越多越来越精确。2.1检测线圈法检测线圈