本發(fā)明涉及流體測量技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種用于電磁流量計(jì)的勵(lì)磁電路。
背景技術(shù):
電磁流量計(jì)(Electromagnetic Flowmeters,簡稱EMF)是20世紀(jì)50~60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表。電磁流量計(jì)是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理,根據(jù)導(dǎo)電流體通過外加磁場時(shí)感生的電動(dòng)勢來測量導(dǎo)電流體流量的一種儀器。
電磁流量計(jì)精度與勵(lì)磁方式有較大關(guān)系,且常用的勵(lì)磁方式有直流勵(lì)磁及正弦波勵(lì)磁等方式。直流勵(lì)磁優(yōu)點(diǎn)是簡單可靠、受工頻干擾影響小及流體中的自感現(xiàn)象可以忽略,但是直流勵(lì)磁導(dǎo)致電極表面極化,并且直流放大器存在難以解決的零點(diǎn)漂移、噪聲和穩(wěn)定性問題。正弦波勵(lì)磁基本上消除了電極表面的極化現(xiàn)象,但是存在正交干擾,勵(lì)磁電流頻率越高,正交干擾也越嚴(yán)重。
因此,如何設(shè)計(jì)一種在提高儀表零位的穩(wěn)定性的勵(lì)磁方式,是亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷,本發(fā)明提供一種用于電磁流量計(jì)的勵(lì)磁電路,提供了一種三值低頻矩形波勵(lì)磁電路,該電路能夠有效地消除了流量信號的零位噪聲,提高了儀表零位的穩(wěn)定性。
為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
一方面,本發(fā)明提供了一種用于電磁流量計(jì)的勵(lì)磁電路,所述勵(lì)磁電路包括:負(fù)載電路、勵(lì)磁時(shí)序單元以及勵(lì)磁開關(guān)電路,且所述勵(lì)磁開關(guān)電路包括并聯(lián)的兩條開關(guān)子電路;
每條所述開關(guān)子電路均包括串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān);
所述負(fù)載電路的兩端分別連接在各開關(guān)子電路的兩個(gè)開關(guān)之間;
所述勵(lì)磁時(shí)序單元與兩條開關(guān)子電路上的各開關(guān)分別連接,且所述勵(lì)磁時(shí)序單元用于根據(jù)勵(lì)磁時(shí)序控制所述勵(lì)磁開關(guān)電路的各開關(guān)閉合或開啟,使得所述電路產(chǎn)生三值低頻矩陣波形的勵(lì)磁信號。
進(jìn)一步的,所述負(fù)載電路包括:勵(lì)磁線圈L,且所述勵(lì)磁線圈L的電阻為RC;
所述勵(lì)磁線圈L的一次側(cè)連接在一條開關(guān)子電路上的兩個(gè)開關(guān)之間;
所述勵(lì)磁線圈L的二次側(cè)連接在另一條開關(guān)子電路上的兩個(gè)開關(guān)之間。
進(jìn)一步的,所述一條開關(guān)子電路上設(shè)有串聯(lián)的三極管開關(guān)T1和MOS管開關(guān)T3,所述另一條開關(guān)子電路上設(shè)有串聯(lián)的三極管開關(guān)T2和MOS管開關(guān)T4,且所述三極管開關(guān)T1、MOS管開關(guān)T3、三極管開關(guān)T2及MOS管開關(guān)T4均連接至所述勵(lì)磁時(shí)序單元;
所述勵(lì)磁線圈的一次側(cè)連接在所述三極管開關(guān)T1和MOS管開關(guān)T3之間,所述勵(lì)磁線圈的二次側(cè)連接在三極管開關(guān)T2和MOS管開關(guān)T4之間。
進(jìn)一步的,所述勵(lì)磁時(shí)序單元包括相連的計(jì)算機(jī)編程芯片及驅(qū)動(dòng)電路;
所述驅(qū)動(dòng)電路分別與所述勵(lì)磁開關(guān)電路上的全部開關(guān)連接;
所述計(jì)算機(jī)編程芯片用于根據(jù)勵(lì)磁時(shí)序經(jīng)所述驅(qū)動(dòng)電路控制所述勵(lì)磁開關(guān)電路上的各開關(guān)閉合或開啟,使得所述電路產(chǎn)生三值低頻矩陣波形的勵(lì)磁信號。
進(jìn)一步的,所述電路還包括:穩(wěn)壓單元和恒流單元;
所述穩(wěn)壓單元的一次側(cè)連接供電電源,二次側(cè)連接至勵(lì)磁開關(guān)電路及恒流源單元;
所述恒流單元的一次側(cè)連接至所述勵(lì)磁開關(guān)電路的二次側(cè),所述恒流單元的二次側(cè)連接至所述穩(wěn)壓單元。
進(jìn)一步的,所述穩(wěn)壓單元包括穩(wěn)壓子單元LM1、穩(wěn)壓子單元LM2、及一個(gè)穩(wěn)壓電路;
所述穩(wěn)壓子單元LM1與穩(wěn)壓子單元LM2分別接入所述勵(lì)磁開關(guān)電路和恒流源電路,為電路工作提供電源;
所述穩(wěn)壓電路的一次側(cè)連接至所述勵(lì)磁開關(guān)電路二次側(cè),所述穩(wěn)壓電路的二次側(cè)連接至所述穩(wěn)壓子單元LM1。
進(jìn)一步的,所述穩(wěn)壓電路包括并聯(lián)的第一穩(wěn)壓子電路和第二穩(wěn)壓子電路;
所述第一穩(wěn)壓子電路連接至所述勵(lì)磁開關(guān)二次側(cè)的電阻上,所述第一穩(wěn)壓電路的二次側(cè)連接至所述穩(wěn)壓子單元LM1;
所述第二穩(wěn)壓子電路的一次側(cè)連接所述恒流單元,所述第二穩(wěn)壓子電路的二次側(cè)連接所述穩(wěn)壓子單元LM1。
進(jìn)一步的,所述恒流單元包括串聯(lián)的MOS管開關(guān)T5及運(yùn)算放大器O1;
所述MOS管開關(guān)T5接入所述勵(lì)磁開關(guān)電路的二次側(cè),所述運(yùn)算放大器O1與穩(wěn)壓子單元LM2連接,且所述穩(wěn)壓子單元LM2經(jīng)依次連接的二極管D1及電阻Rk1接入所述勵(lì)磁開關(guān)電路的二次側(cè);
所述MOS管開關(guān)T5經(jīng)第二電阻接地,所述運(yùn)算放大器O1經(jīng)電容器C接地。
進(jìn)一步的,所述第一穩(wěn)壓子電路連接至所述電阻Rk1的二次側(cè),且所述電阻Rk1的一次側(cè)連接至所述勵(lì)磁開關(guān)電路的二次側(cè)。
進(jìn)一步的,所述第一穩(wěn)壓子電路上串聯(lián)有運(yùn)算放大器O2和電阻R1,且所述第二穩(wěn)壓子電路上串聯(lián)有運(yùn)算放大器O3和電阻R2;
所述電阻R1連接至所述電阻Rk1的二次側(cè);
所述運(yùn)算放大器O2與所述運(yùn)算放大器O3并聯(lián);
所述運(yùn)算放大器O3連接至所述穩(wěn)壓子單元LM1;
所述電阻R2分別連接所述MOS管開關(guān)T5及電容C,且所述電阻R2與所述MOS管開關(guān)T5之間連接有電阻Rk2。
由上述技術(shù)方案可知,本發(fā)明所述的一種用于電磁流量計(jì)的勵(lì)磁電路,勵(lì)磁電路包括:負(fù)載電路、勵(lì)磁時(shí)序單元以及勵(lì)磁開關(guān)電路,且所述勵(lì)磁開關(guān)電路包括并聯(lián)的兩條開關(guān)子電路;每條所述開關(guān)子電路均包括串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān);所述負(fù)載電路的兩端分別連接在各開關(guān)子電路的兩個(gè)開關(guān)之間;所述勵(lì)磁時(shí)序單元與兩條開關(guān)子電路上的各開關(guān)分別連接,且所述勵(lì)磁時(shí)序單元用于根據(jù)所述勵(lì)磁時(shí)序控制所述勵(lì)磁開關(guān)電路的各開關(guān)閉合或開啟,使得所述電路產(chǎn)生三值低頻矩陣波形的勵(lì)磁信號;提供了一種三值低頻矩形波勵(lì)磁電路,該電路能夠有效地消除了流量信號的零位噪聲,提高了儀表零位的穩(wěn)定性。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見,下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明的一種用于電磁流量計(jì)的勵(lì)磁電路圖;
圖2是本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例中的電磁流量計(jì)勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理圖;
圖3是本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例中的電磁流量計(jì)勵(lì)磁系統(tǒng)工作時(shí)序圖;
圖4是本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例中用于電磁流量計(jì)的勵(lì)磁電路的具體電路圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述,顯然,所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明的實(shí)施例一提供了一種用于電磁流量計(jì)的勵(lì)磁電路的一種實(shí)施方式。參見圖1,該勵(lì)磁電路具體包括如下內(nèi)容
所述勵(lì)磁電路包括:負(fù)載電路10、勵(lì)磁時(shí)序單元20以及勵(lì)磁開關(guān)電路30,且所述勵(lì)磁開關(guān)電路30包括并聯(lián)的兩條開關(guān)子電路。
在上述電路中,每條所述開關(guān)子電路均包括串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān),且各開關(guān)均連接至所述勵(lì)磁時(shí)序單元20。所述負(fù)載電路10的兩端分別連接在各開關(guān)子電路的兩個(gè)開關(guān)之間;所述勵(lì)磁時(shí)序單元20與兩條開關(guān)子電路上的各開關(guān)分別連接,且所述勵(lì)磁時(shí)序單元用于根據(jù)勵(lì)磁時(shí)序控制所述勵(lì)磁開關(guān)電路30的開關(guān)閉合或開啟,使得所述電路產(chǎn)生三值低頻矩陣波形的勵(lì)磁信號。
從上述描述可知,本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種完整的零態(tài)時(shí)能夠動(dòng)態(tài)校正零點(diǎn)的三值低頻矩形波勵(lì)磁電路,能夠有效地消除了流量信號的零位噪聲。
所述負(fù)載電路10包括:勵(lì)磁線圈L,且所述勵(lì)磁線圈L的電阻為RC;所述勵(lì)磁線圈L的一次側(cè)連接在一條開關(guān)子電路上的兩個(gè)開關(guān)之間;所述勵(lì)磁線圈L的二次側(cè)連接在另一條開關(guān)子電路上的兩個(gè)開關(guān)之間。
所述一條開關(guān)子電路上設(shè)有串聯(lián)的三極管開關(guān)T1和MOS管開關(guān)T3,所述另一條開關(guān)子電路上設(shè)有串聯(lián)的三極管開關(guān)T2和MOS管開關(guān)T4,且所述三極管開關(guān)T1、MOS管開關(guān)T3、三極管開關(guān)T2及MOS管開關(guān)T4均連接至所述勵(lì)磁時(shí)序單元;所述勵(lì)磁線圈的一次側(cè)連接在所述三極管開關(guān)T1和MOS管開關(guān)T3之間,所述負(fù)載電阻的二次側(cè)連接在三極管開關(guān)T2和MOS管開關(guān)T4之間。
所述勵(lì)磁時(shí)序單元20包括相連的計(jì)算機(jī)編程芯片及驅(qū)動(dòng)電路;所述驅(qū)動(dòng)電路分別與所述勵(lì)磁開關(guān)電路30上的全部開關(guān)連接;所述計(jì)算機(jī)編程芯片用于根據(jù)勵(lì)磁時(shí)序經(jīng)所述驅(qū)動(dòng)電路控制所述勵(lì)磁開關(guān)電路30上的各開關(guān)閉合或開啟,使得所述電路產(chǎn)生三值低頻矩陣波形的勵(lì)磁信號。
所述電路還包括所述穩(wěn)壓單元和恒流單元;所述恒流單元的一次側(cè)連接至所述勵(lì)磁開關(guān)電路30的二次側(cè),所述恒流單元的二次側(cè)連接至所述穩(wěn)壓單元。
所述穩(wěn)壓單元包括穩(wěn)壓子單元LM1、穩(wěn)壓子單元LM2、及一個(gè)穩(wěn)壓電路;所述穩(wěn)壓子單元LM1與穩(wěn)壓子單元LM2分別接入所述勵(lì)磁開關(guān)電路30的一次側(cè)及恒流單元一次側(cè),且所述穩(wěn)壓子單元LM2為所述恒流單元提供恒定的電壓;所述穩(wěn)壓電路的一次側(cè)連接至所述勵(lì)磁開關(guān)電路30二次側(cè),所述穩(wěn)壓電路的二次側(cè)連接至所述穩(wěn)壓子單元LM1。
所述穩(wěn)壓電路包括并聯(lián)的第一穩(wěn)壓子電路和第二穩(wěn)壓子電路;所述第一穩(wěn)壓子電路連接至所述勵(lì)磁開關(guān)電路30的二次側(cè);所述第二穩(wěn)壓子電路的一次側(cè)連接所述恒流單元,所述第二穩(wěn)壓子電路的二次側(cè)連接所述穩(wěn)壓子單元LM1。
所述恒流單元包括串聯(lián)的MOS管開關(guān)T5及運(yùn)算放大器O1;所述MOS管開關(guān)T5接入所述勵(lì)磁開關(guān)電路30的二次側(cè),所述運(yùn)算放大器O1與穩(wěn)壓子單元LM2連接,且所述穩(wěn)壓子單元LM2經(jīng)依次連接的二極管D1及電阻Rk1接入所述勵(lì)磁開關(guān)電路30的二次側(cè);所述MOS管開關(guān)T5經(jīng)RL接地,所述運(yùn)算放大器O1經(jīng)電容器C接地。
所述第一穩(wěn)壓子電路連接至所述電阻Rk1的二次側(cè),且所述電阻Rk1的一次側(cè)連接至所述勵(lì)磁開關(guān)電路30的二次側(cè)。
所述第一穩(wěn)壓子電路上串聯(lián)有運(yùn)算放大器O2和電阻R1,且所述第二穩(wěn)壓子電路上串聯(lián)有運(yùn)算放大器O3和電阻R2;所述電阻R1連接至所述電阻Rk1的二次側(cè);所述運(yùn)算放大器O2與所述運(yùn)算放大器O3并聯(lián);所述運(yùn)算放大器O3連接至所述穩(wěn)壓子單元LM1;所述電阻R2分別連接所述MOS管開關(guān)T5及電容C,且所述電阻R2與所述MOS管開關(guān)T5之間連接有電阻Rk2。
從上述描述可知,本發(fā)明的實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)校正零點(diǎn)的三值低頻矩形波勵(lì)磁信號,且能夠有效地消除了流量信號的零位噪聲,提高了儀表零位的穩(wěn)定性。
為進(jìn)一步的說明本方案,本發(fā)明還提供一種用于電磁流量計(jì)的勵(lì)磁電路的應(yīng)用實(shí)例。該勵(lì)磁電路具體包括如下內(nèi)容:
1、勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理
本方案勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理見圖2所示,勵(lì)磁系統(tǒng)由開關(guān)電路、勵(lì)磁時(shí)序電路、恒流電路、穩(wěn)壓電路組成。開關(guān)電路由K1、K2、K3、K4組成,其中K1、K4為一組,K2、K3為一組。勵(lì)磁時(shí)序控制電路由CPLD實(shí)現(xiàn),控制開關(guān)K1~K4的開閉,當(dāng)時(shí)序電路控制K1和K4開關(guān)閉合時(shí),電流由電磁線圈L左端經(jīng)過負(fù)載R流入右端,電流波形為圖3的0~t1段,當(dāng)K1`~K4斷開時(shí),電磁線圈L中的電流為0,對應(yīng)圖3中t1~t2段,當(dāng)K2和K3閉合時(shí),勵(lì)磁電流從電阻R右端流入勵(lì)磁電圈L,電流與剛才方向相反,電流波形見圖3中的t2~t3段,當(dāng)K1~K4斷開時(shí),電流為0,見圖3中t3~t4段,此時(shí)完成一個(gè)周期電流控制,重復(fù)剛才的控制過程,在勵(lì)磁線圈中產(chǎn)生了三值低頻矩形波的勵(lì)磁信號。
恒流電路保證流過勵(lì)磁線圈中的電流為恒定值,確保電流流量計(jì)的磁場恒定;穩(wěn)壓電路為恒流電路提供穩(wěn)定的供電電壓,通過反饋實(shí)現(xiàn)電路電壓的恒定,同時(shí)具有欠壓過壓保護(hù)功能。
2、電磁流量計(jì)三值低頻勵(lì)磁硬件電路
電磁流量計(jì)三值低頻勵(lì)磁硬件組成見圖4所示電路,主要包括勵(lì)磁開關(guān)電路、時(shí)序產(chǎn)生電路、恒流源電路、穩(wěn)壓電路、電壓反饋電路。
開關(guān)電路由T1、T2、T3、T4組成,時(shí)序產(chǎn)生電路由CPLD芯片EPROM240編程加驅(qū)動(dòng)電路ULN2003實(shí)現(xiàn),恒流源電路由T5和OP07組成,穩(wěn)壓電路由LM2596、LM385、LM386實(shí)現(xiàn)工作電壓恒定,通過由TLC2272組成的電壓反饋可實(shí)現(xiàn)欠壓和過壓保護(hù)功能。
3、三值低頻勵(lì)磁電路工作過程
(1)在圖4電路中,通過編程使EPROM240的第2個(gè)管腳輸出低電平,經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路ULN2003接到T1上,第5個(gè)管腳輸出高電平接T4,則T1和T4導(dǎo)通,同時(shí)第3個(gè)管腳輸出高電平接到T2上,第4管腳輸出低電平接T3,則T2和T3截止,持續(xù)0.78125s,電流由穩(wěn)壓電源LM2596經(jīng)過T1、勵(lì)磁線圈電阻RC、T4、T5、負(fù)載電阻RL到地,產(chǎn)生正向勵(lì)磁電流。
(2)編程使EPROM240的第2個(gè)管腳輸出高電平接到T1上,第5管腳輸出低電平接T4,則T1和T4截止,同時(shí)第3個(gè)管腳繼續(xù)輸出高電平接到T2上,第4管腳繼續(xù)輸出低電平接T3,T2和T3繼續(xù)保持截止?fàn)顟B(tài),則流過勵(lì)磁線圈中的電流為0,持續(xù)0.78125s。
(3)編程使EPROM240的第2個(gè)管腳輸出高電平接到T1上,第5管腳輸出低電平接T4,則T1和T4繼續(xù)截止,同時(shí)第3個(gè)管腳輸出低電平接到T2上,第4管腳輸出高電平接T3,則T2和T3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài),電流由穩(wěn)壓電源LM2596經(jīng)過T2、勵(lì)磁線圈電阻RC、T3、T5、負(fù)載電阻RL到地,產(chǎn)生與剛才方向相反的勵(lì)磁電流,持續(xù)0.78125s。
(4)編程使EPROM240的第2個(gè)管腳輸出高電平接到T1上,第5管腳輸出低電平接T4,則T1和T4繼續(xù)截止,第3個(gè)管腳輸出高電平接到T2上,第4管腳輸出低電平接T3,T2和T3變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài),此時(shí)勵(lì)磁電路不通,電流為0;持續(xù)0.78125s。
重復(fù)(1)到(4)步驟,則勵(lì)磁回路線圈中產(chǎn)生了頻率為3.125的三值低頻矩形波電流。
4、電磁流量計(jì)恒流設(shè)計(jì)
恒流電路由T5、OP07及相應(yīng)穩(wěn)壓電路組成,其工作過程為:當(dāng)開關(guān)電路正向或反向?qū)〞r(shí),流過負(fù)載電阻RL電流為IL=1.2V/RL,其中RL采用0.1%精阻。
5、電磁流量計(jì)負(fù)載自動(dòng)匹配與保護(hù)電路
LM2596為動(dòng)態(tài)特性較好的線性穩(wěn)壓電源,可以自動(dòng)匹配不同的勵(lì)磁線圈,當(dāng)負(fù)載勵(lì)磁線圈中的電阻值增大時(shí),其輸出電壓也自動(dòng)增大,實(shí)現(xiàn)負(fù)載的自動(dòng)匹配功能。
當(dāng)勵(lì)磁線圈中的電阻值繼續(xù)增大到勵(lì)磁線圈電壓超出LM2596電壓上限時(shí),則VT5D減小導(dǎo)致T5不在正常工作范圍,此時(shí)D1導(dǎo)通,同時(shí)通過R1和TLC2272反饋至LM2596電路,使其輸出電壓變?yōu)?,關(guān)斷開關(guān)管T1和T2,此時(shí)勵(lì)磁電流為0,電磁流量計(jì)顯示過載信息。
當(dāng)負(fù)載勵(lì)磁線圈中的電阻值減小時(shí),其勵(lì)磁線圈電壓也相應(yīng)減小,當(dāng)?shù)陀贚M2596電壓下限時(shí),此時(shí)LM2596電路輸出電壓變?yōu)?,關(guān)斷開關(guān)管T1和T2,電磁流量計(jì)顯示欠載信息。
啟動(dòng)保護(hù)電路:電磁流量計(jì)剛開始上電時(shí),通過R2和TLC2272反饋至LM2596電路,LM2596輸出電壓為0,開關(guān)管T1和T2不工作,延時(shí)一段時(shí)間,給T1和T2集電極加電源保證開關(guān)電路可靠的工作。
從上述描述可知,本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例采用三值低頻矩形波勵(lì)磁方式,使用三極管和場效應(yīng)管組成勵(lì)磁開關(guān)電路,在CPLD時(shí)序控制下實(shí)現(xiàn)開關(guān)的切換,在電路中采用負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流的恒定和完善的保護(hù)環(huán)節(jié),勵(lì)磁頻率由單片機(jī)控制,當(dāng)勵(lì)磁頻率為3.125HZ時(shí)電磁流量計(jì)測量精度較高。
以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對其限制;盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改,或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或替換,并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。