一种效率高干扰小的电磁水表电路
阅读说明：本技术 一种效率高干扰小的电磁水表电路 (Electromagnetic water meter circuit with high efficiency and small interference ) 是由 费战波 张俊锋 高超 李恒阳 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种效率高干扰小的电磁水表电路,尤其涉及励磁电路设计、电源电路设计,包括：流控电压源高效励磁电路、无负电源的供电电路、隔离极化电压的放大和处理电路、A/D转换电路、空管检测电路、励磁电压检测电路和线圈电流检测电路；采用本发明专利可以提高励磁效率,降低励磁功耗和整机功耗,简化电源种类,滤除极化电压干扰,进一步减少电池用量,提高流量测量精度。(The invention relates to an electromagnetic water meter circuit with high efficiency and small interference, in particular to an excitation circuit design and a power supply circuit design, which comprises the following steps: the device comprises a current control voltage source high-efficiency excitation circuit, a power supply circuit without a negative power supply, an amplification and processing circuit for isolating polarization voltage, an A/D conversion circuit, an air traffic control detection circuit, an excitation voltage detection circuit and a coil current detection circuit; the invention can improve the excitation efficiency, reduce the excitation power consumption and the whole machine power consumption, simplify the power supply types, filter the polarization voltage interference, further reduce the battery consumption and improve the flow measurement precision.)
技术领域
本发明涉及电磁水表及电磁流量计流量测量领域，尤其涉及励磁电路设计、电源电路设计，采用本发明可以提高励磁效率、降低电磁水表功耗、滤除极化电压干扰，适用于电池供电的电磁水表，采用本发明可以延长电磁水表寿命，提高流量测量精度。
背景技术
电磁水表用于流体的流速测量有许多优点，和其它如超声波水表、机械水表相比，它有计量精度高、线性好、量程比宽、耐磨损、不受温度影响等优点，所以广泛应用于城市供水行业以及农业灌溉行业；电磁测流体流量的原理是：根据法拉第电磁感应定律，当导电流体流过均匀分布的磁场时，因为切割磁力线作用，在导体的电极上可以检测到与流体的平均速度成正比的感应电动势，因此通过检测感应电动势，再根据管道横截面积计算出体积流量；目前，现有的电磁水表电路存在励磁效率低、整机功耗大、电源电压种类多、极化电压对信号影响较大等问题，为了解决上述问题，我公司研发出一种效率高干扰小的电磁水表检测电路，采用本发明专利可以提高励磁效率，降低励磁功耗和整机功耗，简化电源种类，滤除极化电压干扰，进一步减少电池用量，提高流量测量精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种效率高干扰小的电磁水表电路，主要适用于电池供电的电磁水表领域。
本发明为了解决其技术难题所采取的技术方案是：
一种效率高干扰小的电磁水表电路，由流控电压源高效励磁电路、无负电源的供电电路、隔离极化电压的放大和处理电路、A/D转换电路、空管检测电路、励磁电压检测电路和线圈电流检测电路组成，其特征是：流控电压源高效励磁电路，产生一个恒定的电流激励传感器线圈；无负电源的供电电路，主要产生稳定的电源，为微处理器、远算放大器等供电；隔离极化电压的放大和处理电路，对电极上产生的感应电动势信号滤波放大；A/D转换电路，对隔离极化电压的放大和处理电路输出的电压信号进行模拟信号到数字信号的转换，并将转换结果传递给微处理器，微处理器根据测得的数字信号通过相应的软件算法计算出流量；空管检测电路，对管道是否满管进行检测；励磁电压检测电路，对励磁电压进行检测；线圈电流检测电路，对线圈是否有电流进行检测。具体如下所述：
1、流控电压源高效励磁电路：流控电压源高效励磁电路的恒流源是通过对励磁电路中的微小精密电阻进行电压取样，将电流转化为电压，采样电压通过远算放大器放大，再输入至DC-DC的反馈端，由恒流源控制DC-DC的输出电压，既通过调节输出电压来调节输出电流，从而实现恒流；
励磁电路主要由DC-DC集成模块U72、电源反馈电路U73B、H桥电路Q710等、线圈L、微小采样电阻R738组成，DC-DC集成模块U72、电源反馈电路U73B、微小采样电阻R738组成一个恒流源，DC-DC输出电压通过H桥加载到励磁线圈L上，根据采样电压大小实时调节DC-DC输出电压实现恒流，因为励磁电压低、电压利用率高，所以能耗极低；根据传感器磁势的表达式F=NI（N为励磁线圈匝数，I为励磁电流），由公式得知为了保证磁势不变必须保证电流恒定；
本专利的恒流励磁，电源电压是可变的，无需增加调节开关，DC-DC转换效率达95%，励 磁电压98%加载到线圈上，励磁效率高；根据欧姆定律，R为线圈电阻，当温度升高时， 线圈电阻变大，线圈电流变小，采样电压降低，反馈电压降低，DC-DC快速调节占空比提高励 磁电压V；当温度降低时，线圈电阻减小，线圈电流变大，采样电压升高，反馈电压升高，DC- DC快速调节占空比降低励磁电压V；通过反馈电路和DC-DC动态调整，不管R如何变化，励磁 电压始终和R同方向同比例变化，进而实现电流恒定；
恒流源：由DC-DC集成模块U72、电压反馈电路运放U73B等、微小采样电阻R78等组成一个恒流源，采样电阻R738电压经过运算放大器放大后输入至DC-DC反馈端，与DC-DC模块内部基准电压Ref进行差分放大和比较处理，当励磁电流达到设置值时，运算放大器U73B放大后的电压≈Ref，电路进入恒流状态；当励磁电流小于设定值，U73B放大后的电压小于Ref，DC-DC模块U72调节占空比升高输出电压，励磁电流增加；当励磁电流大于设定值，U73B放大后的电压大于Ref，DC-DC模块U72调节占空比降低输出电压，励磁电流减小；本专利创新性的利用采样电阻电压经运算放大器放大后的信号作为反馈，来调节DC-DC模块的输出电压，通过调节电压来实现恒流，进一步提高励磁效率;
H桥电路：H桥电路由四个场效应管Q710、Q711、Q714、Q715组成H桥式开关，这样更有利于减少半导体器件导通时的管压降，减少发热，增强热稳定性，提高测量精度，传感器励磁线圈L接在桥式开关的对角线，在对励磁线圈L励磁时微处理器通过I/O端口的2脚和4脚输出高低电平来控制MOS管Q710、Q711、Q714、Q715的导通与断开，从而在励磁线圈L中产生磁场。
2、无负电源的供电电路
无负电源的供电电路包含主电源VCC、1/2VCC基准电源，主电源VCC是由锂电池电压经过低压降（LDO）线性稳压器降压后获得，VCC主要为MCU和运放U86A、U86B供电；基准电源是先由主电源VCC经过基准芯片降压，然后再经过高精度、低温漂电阻分压后输入到电压跟随器，用电压跟随器输出的1/2VCC作为整个信号放大电路中的信号“地电平”；
主电源VCC是由电池电压经过低压降线性稳压器得到的，主要由场效应管Q73、R73、LDO稳压器U71组成，3.6V的锂电池接在场效应管Q73的漏极，Q73的栅极经过电阻R73接地，Q73的源极接低压降（LDO）U71线性稳压器的2脚（VIN）输入端，3脚（VOUT）为输出端即为主电源VCC；
基准电源：主电源先经过高精密、微功耗电压基准芯片Q81降压，再通过高精度、低温漂电阻R81、R84分压得到1/2VCC'，然后将1/2VCC'电压输入电压跟随器U81正向输入端，电压跟随器U81输出电压1/2VCC作为整个信号电路的基准电源，采用电压跟随器有效隔离前后电压，互不影响；本电路创新性地将1/2VCC作为电极基准电源，感应电动势信号自动抬高至1/2VCC，所以不存在负的感应电动势，这样使得运算放大器在不需要负电源的情况下将电动势信号差分放大并且不超出运放输出饱和电，所以整个电路没有负电源，而且只有一个正电源，所以整个电源电路简单高效；基准电源主要由基准芯片Q81、电压跟随器U81、R81、R84、R86组成，主要为信号放大电路提供基准点。
3、隔离极化电压的放大和处理电路
隔离极化电压的放大和处理电路的主要用于滤除感应电动势中的极化电压以及高频干扰，然后将有用的流量信号放大，进而转变为AD转换电路可有效识别的模拟信号；主要由RC滤波电路、电压跟随器U81和运算放大器U86A和U86B、增益电阻R830、R831、R832、R833、极化电压处理电路组成；传感器感应的流量信号是电极间的电位差，由于电磁感应、静电感应及电化学电势等原因电极上得到的电压不仅仅是于流速成正比的电动势，也包含各种各样的干扰成分在内，因此要正确测量流速，必须排除干扰，信号电路的主要作用为滤除与流速无关的附加噪声，将流量信号放大为AD可有效采集的信号；
信号电路工作方式为：放大电路中将两电极上输出的微弱电压信号，先经过两级RC组成的滤波电路，滤除高频干扰信号，再经过一级运算放大器U86A和U86B放大后直接输入到A/D转换器U31中，进行A/D转换，这里的放大电路只经过一级放大而不需要多级放大的根本原因是：放大器之间有一个极化电压处理电路，信号中极化电压是主要干扰，极化电压处理电路有效去除极化电压后，剩余信号即为有用的流量信号，可以直接扩大放大倍数，不会造成一级放大器饱和；
极化电压电路主要用于消除电极极化电压，极化电压产生的原因是：当金属电极和测量液体接触，测量介质中的离子将向电极移动，从而在电极和测量介质之间形成一定的电位，当电极材质或表面状态有差异时，两电极之间产生极化电压；去极化电路主要由两运算放大器之间的电阻和电容组成；
电极上感应的信号中掺杂极化电压，当极化电压较大时，流量信号可能被淹没，导致流量信号失真，使流量测量失准；当极化电压较小时，由于叠加的极化电压是漂移变动的，因此流量信号的输出摆动也很大，因此如何降低极化电压成为仪表测量精度的一个重要因素；本专利利用电容“隔直通交”的特性，利用电容耦合来隔离极化电压干扰，然后经过差分放大消去共模干扰，从而在没有降低输入阻抗的条件下消除了极化电压。
4、A/D转换电路
A/D转换电路主要是对信号放大电路输出的电压信号进行模拟信号到数字信号的转换，以便微处理器根据得到的数字信号通过相应的软件算法计算出流量，其主要组成为AD转换芯片U31、R32、R33等组成，两路流量信号经R32、R33进入AD两差分输入，AD根据基准电压将信号差转换为数字信号，通过DOUT传输给微处理器U91；A/D芯片U31中选用24位AD芯片，此转换器的核心部分主要由∆—∑ A/D调制器模块、低通数字滤波器模块和分样器模块组成，基本原理是：∆—∑调制器用过采样方式对模拟输入采样信号进行采样，并对采样值进行调制，输出反映输入信号幅度的一位编码数据流，再经分样和低通数字滤波处理除去噪声，得到多位的编码输出。
5、空管检测电路
在实际测量中，很难保证管道始终充满流体，因此实时检测空管状态并微处理器给出警报信息对电磁流量计的信号处理来说至关重要；根据满管状态下和空管状态下信号电极两端的电阻值不同，来完成空管检测；空管检测电路主要是由两个模拟开关U82、U83、运算放大器U86A、U86B和A/D转换芯片U31组成，微处理器的82脚和微处理器的49脚分别接在两模拟开关U82、U83的控制脚，在每次检测时，微处理器的82脚和49脚都输出高电平时，分别将两个模拟开关U82、U83的5脚(COM)与6脚（NO）接通，此时微处理器的51脚输出高电平，50脚输出低电平，下一个空管检测周期，51脚输出低电平，50脚输出高电平（交替输出高低电平主要用于电路信号平衡），高电平和低电平分别经电阻分压后加载到两个电极上，构成两路采样回路；空管时，管内无流体两电极相当于断路，电极之间有一个几十mV左右的电压；满管时，管内流体相当于一个几十K的电阻，两电极之间电压差值几乎为零，两电极差值电压经过放大进入AD转换电路，当AD差值较小时判定为满管，当AD差值较大时，就可以判定为空管。
6、励磁电压检测电路
励磁电压检测电路主要功能是检测DC-DC输出电压是否正常，主要由电阻R720以及微处理器内部的12位ADC组成，励磁电路工作时，微小采样电阻R738电压经运算放大器U86A、U86B放大后输入到微处理器内部12位ADC中进行转换处理，当转换结果低于判断标准则说明励磁电压低，当转换结果高于判断标准则说明励磁电压高，只有在转换结果在判断范围内才判定励磁电压正常。
7、线圈电流检测电路
线圈电流检测电路主要用于检测线圈是否有电流经过，可以检测线圈是否断路；电路主要由两个模拟开关U84和U85、运放U86A和U86B、R825、R826、R827、R828和A/D转换器组成，励磁线圈两端分别串联一个电阻R826、R827，当励磁时，线圈两端由电流经过，会产生一个几百mv的脉冲电压，通过模拟开关将此脉冲信号导入运放U86A或U86B输出端，当U84将耦合信号导入放大器U86A输出端时，U85关闭，这样一路有耦合的信号和一路正常的信号分别通过R32和R33输入AD，当AD转换结果较大时，证明线圈有电流经过，当AD 转换结果较小时，证明线圈无电流，因为线圈电流检测不需要实时检测，所以只需要在系统上电时检测一次，上电后根据需要每隔一段时间（如24小时）检测一次即可；当励磁信号交替方向时，U84和U85交替导通。
8、线圈电流检测和空管检测、流量检测分时进行，互不干扰。
本发明的有益效果是：
（1）恒流控制励磁电压源，励磁效率高，功耗低
本励磁电路中，由DC-DC转换的励磁电压全部加载到励磁线圈上，直接调节励磁电压来实现恒流，与传统的恒流励磁相比较减少了内耗和自耗，所以励磁电压低，功率小，同时因为效率高，能耗极低。
（2）无负电源，不产生高频干扰
本电路创新性地将1/2VCC作为电极基准信号，让感应电动势信号自动抬高至1/2VCC，这样使得运算放大器在不需要负电源的情况下将电动势信号差分放大并且不超出运放输出饱和电压，同时又经过巧妙设计，将数字电源和模拟电源合二为一，所以整个电路没有负电源，而且只有一个正电源，所以整个电源电路简单高效。传统的电磁电源负电源，是基于DC-DC产生的，其电压会叠加一个由开关电源导通和关断引起的高频纹波，其频率等于DC-DC的工作频率，一般有30~200mv波动，由于此电源会直接加载到运放负电源上，所以会对电路产生较大的噪声，第一会影响运放的稳定工作，第二会会叠加到感应信号中，从而影响到最终的测量结果，造成电磁水表的小流量测量精度下降。本专利感应电动势是以1/2VCC为基准，在1/2VCC附近波动，所以本电路不需要负电源，同时信号正电源VCC是电池电压经LDO获得，所以本专利电源纹波小、噪声低，无高频干扰。
（3）信号去极化
本专利利用电容“隔直通交”的特性，既能保证流量信号通过，又能将极化电压滤除，去极化电路可以消除极化干扰，保持仪表误差长期稳定。
（4）模拟电源常开
由于电磁检测电路功耗极低，励磁和信号检测部分模拟器件电源常开，保证在正常使用状态和标定状态测量精度一致；电磁仪表有两个工作状态，标定状态和正常使用状态，传统电路做法在标定状态模拟器件电源常开，保证标定状态下测量性能达到最优，在正常使用状态下模拟器件电源只在使用时打开（十几秒打开一次，若模拟电源常开功耗较大），电源常开和使用时打开会造成测量精度有很大偏差，这就不能保证正常使用时仪表的精度，由于本电磁检测电路功耗极低，即可以保证励磁和信号检测部分模拟器件电源常开，又消除了因电源开关带来的误差，提高了测量精度；另外传统电源频繁开启会引起电压波动、产生干扰，造成测量不稳定，本专利因功耗较小模拟电源常开，消除了因频繁开关而带来的电压波动、干扰等问题。
附图说明
附图1，附图2为本发明一种效率高干扰小的电磁水表电路原理图。
附图3为传统恒流励磁电路原理图。
附图4为传统恒流励磁电路恒流励磁调节开关不同情况下消耗电压。
附图5为典型的DC-DC原理图。
附图6为本发明电路的电源电压种类与传统电路的电源电压种类对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的描述，本发明的保护范围将不局限于下列内容的陈述。
本专利中为了说明问题而引入了一些参数，如电压值、电流值等，这些引入只是为了说明问题的方便，在实现过程中，本电路的励磁电流、励磁电压、电源电压等参数会根据不同的口径、量程比等参数有所调整，但只要采用了本专利的电路或者类似的结构，也应受到本专利的保护。
如图1、图2，一种效率高干扰小的电磁水表电路由流控电压源高效励磁电路A、无负电源的供电电路B、隔离极化电压的放大和处理电路C、AD转换电路D、空管检测电路E、励磁电压检测电路F及线圈电流检测电路G等组成。
1、流控电压源高效励磁电路
流控电压源高效励磁电路的恒流源是通过对励磁电路中的微小精密电阻电压取样，将电流转化为电压，采样电压通过远算放大器放大，再输入至DC-DC的反馈端，DC-DC的输出电压和励磁电流成比例，既通过调节输出电压来调节输出电流，从而实现恒流。
传统的恒流励磁，电源电压是恒定的，为了实现恒流，电路中设计有调节开关，既其为线圈电阻变化和电池电压变化预留余量，有一部分励磁能量消耗在调节开关上，既降低了效率，又浪费了能耗。
本专利的恒流励磁，电源电压是可变的，无需增加调节开关，DC-DC转换效率达95%，励磁电压98%加载到线圈上，励磁效率高；
目前的电磁水表大都采用恒流励磁的方式，既加至励磁线圈的电流为恒定的电流，在电池电压波动和线圈电阻波动时，励磁电流为恒定电流，但是该电路的缺点是：恒流励磁为线圈阻值变化（温度影响线圈电阻）和电池电压波动预留余量，既浪费了功耗，又降低了效率；
传统恒流励磁：图3为传统恒流励磁原理图，主要工作原理为：通过采样电阻取样，输入运放负反馈，通过运放对场效应管 G 极的调节实现线圈电流的恒定，线圈电流恒定，磁势才能恒定，才能获得恒定磁场，因为线圈的电流是恒定的所以称为恒流励磁。
传统恒流励磁工作方式：根据欧姆定律(R为线圈电阻，R'为调节开关电 阻)，当温度升高时，线圈电阻R变大，通过运放对场效应管G极的调节来降低阻抗R＇；当温度 降低时，线圈电阻R变小，通过运放对场效应管G极的调节来增加阻抗R＇；当V不变，通过调节 开关动态调整，R+ R＇一直保持不变，从而保持恒流。
传统的恒流励磁电路由于励磁线圈阻值的变化（受温度影响）和电池电压的波动会造成励磁线圈中电流的不恒定，需要额外的引入MOS管等电子元件来调节阻抗，使励磁线圈中的电流一直保持恒定，传统的恒流励磁电路存在下列问题：
（1.1）传统恒流励磁为电池电压波动预留了余量，浪费了功耗，降低了效率；如图4在不同励磁电压时MOS管调节电压也不同，电磁仪表多采用锂-亚硫酰氯电池供电，电池工作电压一般为3.0V~3.6V，电池在标准负载下低于3.0V即无法支持仪表正常工作。从3.0V到3.6V，MOS管为电池电压波动预留0.58V余量，也就是消耗0.58V电压，约占0.58V/3.6V=16%的电池电压，既自耗16%的励磁能量；
（1.2）恒流励磁电路为线圈电阻温度变化预留了调节余量，浪费了功耗；如图4在不同温度时MOS管消耗电压也不同，温度从0℃到40℃，线圈电阻变化16%，MOS管为电池电压波动预留0.36V余量，也就是调节0.36V电压，约占0.36V/3.6V=10%的电池电压，既自耗了10%的励磁能量。
本发明专利中，为了解决上述问题，采用了一种新的恒流励磁的方式，既所有电压均加载到励磁线圈中，通过调节励磁电压来实现恒流。
本发明的励磁电路中包含四个部分（1）DC-DC励磁电源（2）H桥（3）微小采样电阻（4）电压反馈电路；DC-DC输出稳定的励磁电源，通过H桥将励磁电源全部加载至励磁线圈和微小采样电阻上，电压反馈电路将采样电压放大并输出至DC-DC的反馈端，DC-DC根据反馈电压大小调节输出电压大小，进而实现恒流；图5为本专利典型的DC-DC原理图，只要是采用流控电压源恒流励磁原理，但参数等有微小变化的也属于本专利的思想，应受到本专利的保护。
具体工作原理为：
根据欧姆定律，R为线圈电阻，当温度升高时，线圈电阻变大，线圈电流变小，采样 电压降低，反馈电压降低，DC-DC快速调节占空比提高励磁电压V；当温度降低时，线圈电阻 减小，线圈电流变大，采样电压升高，反馈电压升高，DC-DC快速调节占空比降低励磁电压V； 通过反馈电路和DC-DC动态调整，不管R如何变化，励磁电压始终和R同方向同比例变化，进 而实现电流恒定。
本专利创新性利用低功耗高效同步降压转换器DC-DC输出励磁电压，当励磁电路工作时，采样电阻R738的电压经过运算放大器U73B放大后，与DC-DC模块U72内部基准电压比较处理，当经过运算放大器U73B放大后的电压小于0.5V时，DC-DC模块U72调节占空比提高输出电压，当大于0.5V时，DC-DC模块U72调节占空比降低输出电压，这也是恒流励磁的核心原理，以1V励磁电压、线圈50Ω为例进行说明，当线圈电阻为50Ω时，励磁电压为1V，励磁电流为20mA，当温度升高线圈电阻升高为55Ω时，励磁电压同时快速调节上升为1.1V，励磁电流仍为20mA，既保持电流恒定的情况下，调整励磁电压，使励磁电压和励磁电路中的电阻保持同比例同方向变化。
本专利励磁电路有以下几个特点：
（1）DC-DC转换效率高；本专利选用低功耗高效同步降压转换器DC-DC集成模块，转换效率达95%，输入电压最低可至1.2V，最高可至5V，可完全覆盖电池电压工作范围（以锂-亚硫酰氯电池为例，其电池电压工作范围为3.0V~3.6V），同时可将电池电量用尽，用到极限；该DC-DC模块是同步脉宽转换器，集成N沟道和P沟道MOSFET开关，同步整流提高了效率，减少了外部元件计数。
（2）恒流励磁效率高，功耗低；本专利电路中只有励磁线圈和一个微小采样电阻，励磁电压98%以上加载到线圈上，因为是调节电压来实现恒流，再加上励磁电路中无需电子调节开关，所以电路所需励磁电压极低，本专利励磁电压利用率高，所以功耗极小。
（3）恒流励磁解决了电池电压波动问题；恒流励磁励磁电源由DC-DC降压获得，因为输出电压远低于电池电压所以电池电压的波动不会对输出电压造成影响，既当电池3.6V时，DC-DC输出稳定的1V励磁电压（以1V励磁为例），当电池下降到3.0V时，DC-DC仍然保持稳定的1V输出从而保证励磁电路正常工作。
本专利恒流励磁工作方式为：如图1，励磁电路中，采样电压接入到运算放大器U73B的正向输入端，经过运算放大器U73B和电阻R727、R729放大后，输入到DC-DC模块U72的5脚（FB），同时DC-DC模块U72的5脚（FB）又经过电阻R714接在三极管Q76(PNP)的集电极，三极管Q76的基极一路通过电阻接在Q72的集电极上，同时通过电感L71接在DC-DC模块U72的9脚（SW)上，三极管Q72(PNP)的基极又经过电阻R75接在微处理器的48脚（输出高电平），运放U73B输出经过电阻R720接在微处理器的96脚（A1)，利用微处理器内部的12位ADC处理，由此来完成对整个励磁电压的检测；微处理器6脚输出的高电平经精密电阻R723、R724分压后的电压输入到比较器U73A的正向输入端，比较器U73A的输出端一路经电阻R725接地，另一路接在场效应管Q718的栅极，Q718的漏极一路经电阻R726、R729接地；另一路又经电阻R727接在运算放大器U73B的反向输入端；励磁电源电路中，一方面利用运算放大器放大采样电阻上的压降，另一方面又将采样阻上的压降放大后作为反馈，来调节输出电压，进一步提高精度；
H桥电路中，由四个MOS管Q710、Q711、Q714、Q715组成H桥式开关；四个MOS管对H桥式开关的导通与断开起控制作用；传感器励磁线圈接在桥式开关的对角线，当微处理器的2脚为高电平，微处理器的4脚为低电平时或微处理器的2脚为低电平，微处理器的4脚为高电平时；励磁电流分别经对角的两个MOS管、线圈L、采样电阻R738；采样电阻R738电压放大后输入至励磁电源FB端，调节输出励磁电压，这样就形成一个闭环的反馈回路，达到恒流励磁电流。
本专利的实质是恒流负反馈给DC-DC电压源，从而实现电压可变励磁，对于本电路的少许的非实质的改动但其实质和本电路相同，也属于本专利的保护范围。
2、无负电源的供电电路
如图1，本专利电源包含主电源和基准电源，以主电源为2.8V，基准电源为1.4V为例进行说明，2.8V主电源是由电池电压经过低压降线性稳压器U71得到的，3.6V的锂电池接在P沟道-场效应管Q73的漏极，Q73的栅极经过电阻接地，源极接低压降（LDO）线性稳压器U71的2脚（VIN）输入端，3脚（VOUT）为输出端即为主电源，主电源主要为微处理器U91、运放放大器U86、AD芯片U31等供电。
基准电源：以主电源为2.8V，基准电源为1.4V为例进行说明，2.8V主电源先经过高精密、微功耗电压基准芯片Q81降压到1.6V，再通过高精度、低温漂电阻R81、R84分压得到1.4V，然后将1.4V电压输入电压跟随器U81正向输入端,电压跟随器输出1.4V作为整个电磁检测电路的基准电源，采用电压跟随器有效隔离前后电压，互不影响；本电路创新性地将1.4V作为电极基准信号，感应电动势信号自动抬高至1.4V，这样使得运算放大器在不需要负电源的情况下将电动势信号差分放大并且不超出运放输出饱和电，所以整个电路没有负电源，而且只有一个正电源，所以整个电源电路简单高效。
图6为传统电磁电路电源种类，包含放大电路正电源和负电源，因为传统电路感应电动势是以0V为基准，感应电动势是大小相等、极性相反的差动信号，所以会在零点附近上下漂移，电路需要加入负电源对负的感应电动势加以放大处理。
传统的电磁电源负电源，是基于DC-DC产生的，其电压会叠加一个由开关电源导通和关断引起的高频纹波，其频率等于DC-DC的工作频率，一般有30~200mv波动，由于此电源会直接加载到运放负电源上，所以会对电路产生较大的噪声，第一会影响运放的稳定工作，第二会会叠加到感应信号中，从而影响到最终的测量结果，造成电磁水表的小流量测量精度下降。
本专利感应电动势是以1/2VCC为基准，在1/2VCC附近波动，所以本电路不需要负电源，同时信号正电源VCC是电池电压经LDO获得，本专利电源纹波小、噪声低，抗干扰性强。
3、隔离极化电压的放大和处理电路
隔离极化电压的放大和处理电路的主要用于滤除感应电动势中的极化电压以及高频干扰，然后将有用的流量信号放大，进而转变为AD可有效识别的模拟信号；
传感器感应的流量信号是电极间的电位差，由于电磁感应、静电感应及电化学电势等原因电极上得到的电压不仅仅是于流速成正比的电动势，也包含各种各样的干扰成分在内，因此要正确测量流速，必须排除干扰，信号电路的主要作用为滤除与流速无关的附加噪声，将流量信号放大为AD可有效采集的信号；
信号电路工作方式为：
信号正、负各自经过RC滤波后进入运放U86A、U86B的正向输入端，根断“虚短”原理，U86A负向输入等于正向输入，U86B负向输入等于正向输入，两负向端之间有一个极化电压处理电路H，主要有电容和电阻组成，因为信号电压是交流的，极化电压是直流的，所以利用电容“隔直通交”的特性，极化电压被隔离，信号通过极化电压处理电路，由运算放大器U86A、U86B、增益电阻R833、R831、R832、R829、R830将流量信号放大，直接输入到A/D转换器U31中，进行A/D转换，这里的放大电路只经过一级放大而不需要多级放大的根本原因是：放大器之间有一个极化电压处理电路，信号中极化电压是主要干扰，极化电压处理电路有效去除极化电压后，剩余信号即为有用的流量信号，可以直接扩大放大倍数，不会造成一级放大器饱和。
本专利利用电容“隔直通交”的特性，利用电容耦合来隔离极化电压干扰，然后经过差分放大消去共模干扰，从而在没有降低输入阻抗的条件下消除了极化电压。
4、A/D转换电路
微处理器的3引脚接CLK引脚作为系统时钟信号控制线；2引脚接SCLK引脚作为串行时钟信号控制线；4引脚接DOUT引脚用于接收A/D转换器转换后的串行输出数据；5和6引脚接分别接MUX0引脚和MUX1引脚，作为输入通道信号控制线；A/D转换器的两路输入信号接在AINP1和AINN1引脚上，A/D转换器结果通过DOUT传递给微处理器。
5、空管检测电路
微处理器的82脚和微处理器的49脚分别接在两模拟开关的1脚（IN），在每次检测时，微处理器的82脚和49脚都输出高电平时，分别将两个模拟开关的5脚(COM)与6脚（NO）接通；此时微处理器的51脚输出高电平，50脚输出低电平，下一个空管检测周期，51脚输出低电平，50脚输出高电平（交替输出高低电平主要用于平衡电路信号），高电平和低电平分别经电阻分压后加载到两个电极上，构成两路采样回路；空管时，管内无流体两电极相当于断路，电极之间有一个几十mV左右的电压；满管时，管内流体相当于一个几十K的电阻，两电极之间电压差值几乎为零，两电极差值电压经过放大进入AD转换电路，当AD转换差值较小时判定为满管，当AD差值较大时，就可以判定为空管。
同时为了防止空管脉冲信号对流量测量造成干扰，空管检测和流量检测分时进行，当进行流量检测时，关闭空管检测；当进行空管检测时，关闭流量检测。
6、励磁电压检测电路
采样电阻R738电压经过运算放大器U73B的放大后，一路给DC-DC模块U72的反馈端，一路经过一电阻R720给微处理器的96脚（A1)，利用微处理器内部的12位ADC进行处理，实现对反馈电压的检测。
当AD转换结果低于设定标准则说明励磁电压低，当转换结果高于设定标准则说明励磁电压高，当检测结果异常时，MCU会实时报警并在液晶显示屏上显示。
7、线圈电流检测电路
线圈电流检测电路主要用于检测线圈是否有电流经过，可以检测线圈是否断路、或者短路，具体工作方式为：
如图1中，励磁线圈两端分别串联一个电阻R826、R827将励磁线圈上的几百mv脉冲信号耦合进来，当模拟开关U84将耦合信号导入放大电路时，模拟开关U85关闭，这样通过R32和R33将两路信号输入AD，当AD转换结果较大时，证明线圈有电流经过，当AD 转换结果较小时，证明线圈无电流。
当励磁信号交替方向时，U84和U85交替导通。
本专利包括流控电压源高效励磁电路、无负电源的供电电路、隔离极化电压的放大和处理电路、AD转换电路、空管检测电路、励磁电压检测电路及线圈电流检测电路等多个电路，其中流控电压源高效励磁电路、无负电源的供电电路是核心电路，其他电路是和核心电路配套使用，并和核心电路形成体系，如果单独采用本专利的其中部分电路，也可达到一定的效果，也应在本专利的保护范围之内。
以上是效率高干扰小的电磁水表电路各部分电路的具体实施方式。