前言

液体流量、气体流量以及多相流流量的测量是能源计量、贸易结算和环境保护的重要技术手段，是保证工业生产质量和实现工业自动化的关键技术基础，在人们的日常生活、商品贸易、城市建设和国防科研中都起着非常重要的作用。为此，人们利用不同的物理原理和规律研制出多种流量测量仪表，例如，差压流量计、电磁流量计、涡轮流量计、质量流量计、超声波流量计、涡街流量计、容积流量计和转子流量计等。其中： 电磁流量计(又称磁感应流量计)可以测量导电流体的体积流量，测量不受流体的密度、黏度、温度和压力的影响； 流量管道内无阻挡物，因此，几乎无压力损失，可靠性高； 测量范围大，量程比(最大流量/最小流量)为30～50，流量管道的公称口径为3mm～3m； 可以测量导电的固液两相流流量； 测量准确度比较高，基本误差是显示值的

(-0.2%～0.5%)； 流量管道内衬橡胶、氟塑料或者工业陶瓷等衬里材料，再适当选择接触液体的电极材料，可以测量腐蚀性流体； 流量计响应速度快，可以测量脉动流量； 可以测量正、反两个方向流动的流体流量。因此，电磁流量计被广泛应用于水/废水、石油、冶金、纺织、食品、制药、化工、造纸、采矿、电力以及环保、水利建设、市政管理等领域。在众多流量计中，电磁流量计的市场占有率和增长率都是名列前茅的。

近些年来，人们将先进的数字励磁和信号处理技术应用于电磁流量计，极大地提高了测量的准确性和现场的适用性，从而使得电磁流量计在高精度水流量测量、浆液流量测量和低功耗实现方面有了长足的进步。为了反映电磁流量计的新进展，作者根据20年来在电磁流量计方面的研发积累，撰写了本书。

本书共10章。

第1章介绍电磁流量计的基本类型、结构组成和工作原理、励磁方式、信号成分和特点、面临问题和关键技术。

第2章介绍基于高低压电源切换的励磁技术，具体包括基于高低压电源切换的双环恒流控制系统、具有能量回馈和电流旁路的高低压电源切换励磁控制系统、参数计算和方案改进。

第3章利用电磁流量计励磁线圈为感性负载、其电流不能突变的特性，提出基于电流误差控制的PWM(脉冲宽度调制)励磁方案，即采用控制误差的方法实现励磁电流的稳定，分析其工作原理和各种特性，研制其系统，并进行测试和实验。

第4章介绍基于梳状带通滤波的水流量信号处理方法，具体步骤为： 对信号进行梳状带通滤波、幅值解调、电流修正、滑动均值滤波和流量转换，计算出实际流量。 

第5章以DSP(数字信号处理器)芯片为控制和处理核心，研制电磁流量计变送器硬件系统，以实时实现电磁流量计的数字励磁控制和数字信号处理。具体介绍信号调理采集模块、偏置调整模块、信号处理模块、输出模块、通信和人机接口模块。

第6章介绍基于DSP的电磁流量计变送器的软件系统，包括需求分析、软件框架、总体框图、主监控程序、初始化模块、励磁驱动控制和空管侦测模块、信号调理采集模块、算法模块、铁电存储器和掉电保护模块、输出模块、通信与人机接口模块、看门狗模块； 介绍变送器和流量计的测试和实验。

第7章对电磁流量计传感器输出信号进行幅值解调、幅值概率密度计算和函数拟合，建立水和纸浆流量信号的幅值概率密度模型； 针对纸浆流量信号中浆液干扰固有的随机性特点，提出基于信号重构的纸浆流量信号处理方法。基于DSP的电磁流量计变送器，实时实现纸浆流量信号处理方法，进行纸浆流量的测量实验。

第8章根据水煤浆流量信号的特征，提出基于励磁频率高次谐波分析的信号处理方法，选取受水煤浆噪声干扰小的高次谐波幅值反映流量信号的大小，有效地避开了水煤浆噪声的干扰。在基于DSP的电磁流量计硬件系统上，实时实现水煤浆流量处理算法，并在现场进行实验。针对在不同的水煤浆流量测量现场需要重新确定某个高次谐波作为与流速成线性关系的特征量的问题，给出具体的选择方法。针对在水流量标定时存在零点过大的问题，对数据进行去微分处理。

第9章针对基于稳态测量的电磁水表，提出间歇励磁方式，每周期进行一次三值波励磁，以实现电磁水表的低功耗； 提出信号重构滤波的处理方法，将幅值解调后的信号重构为矩形波信号，以便进行梳状带通滤波，从而保证电磁水表的测量准确度； 研制基于MSP430低功耗单片机的变送器，并进行水流量标定实验。

第10章针对基于瞬态测量的电磁水表，研究瞬态过程的信号模型，分析瞬态过程的励磁电流和信号电压，提出电压电流比值、电压电流微分和微分干扰补偿这三种测量方法，并进行实验验证和功耗测试； 分析环境温度变化对三种瞬态电磁流量测量方法的影响。

作者长期从事数字式流量测量仪表的研发工作，得到国家级和省部级项目的资助； 与国内大型流量仪表企业进行产学合作，得到他们的大力支持； 先后参加作者课题的研究生王肖芬、杨双龙、梁利平、张然、张振、许伟、汪春畅、邵春莉、吴建平、熊伟、于新龙、闫小雪、吴文凯做出了重要贡献； 在此一并表示衷心的感谢。

由于作者水平有限，书中不足之处在所难免，恳请读者批评指正。