一种用于电磁流量计的励磁电路的制作方法

本发明涉及流体测量技术领域，具体涉及一种用于电磁流量计的励磁电路。

背景技术：

电磁流量计(Electromagnetic Flowmeters，简称EMF)是20世纪50～60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。电磁流量计是应用电磁感应原理，根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。

电磁流量计精度与励磁方式有较大关系，且常用的励磁方式有直流励磁及正弦波励磁等方式。直流励磁优点是简单可靠、受工频干扰影响小及流体中的自感现象可以忽略，但是直流励磁导致电极表面极化，并且直流放大器存在难以解决的零点漂移、噪声和稳定性问题。正弦波励磁基本上消除了电极表面的极化现象，但是存在正交干扰，励磁电流频率越高，正交干扰也越严重。

因此，如何设计一种在提高仪表零位的稳定性的励磁方式，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种用于电磁流量计的励磁电路，提供了一种三值低频矩形波励磁电路，该电路能够有效地消除了流量信号的零位噪声，提高了仪表零位的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种用于电磁流量计的励磁电路，所述励磁电路包括：负载电路、励磁时序单元以及励磁开关电路，且所述励磁开关电路包括并联的两条开关子电路；

每条所述开关子电路均包括串联的两个开关；

所述负载电路的两端分别连接在各开关子电路的两个开关之间；

所述励磁时序单元与两条开关子电路上的各开关分别连接，且所述励磁时序单元用于根据励磁时序控制所述励磁开关电路的各开关闭合或开启，使得所述电路产生三值低频矩阵波形的励磁信号。

进一步的，所述负载电路包括：励磁线圈L，且所述励磁线圈L的电阻为R_C；

所述励磁线圈L的一次侧连接在一条开关子电路上的两个开关之间；

所述励磁线圈L的二次侧连接在另一条开关子电路上的两个开关之间。

进一步的，所述一条开关子电路上设有串联的三极管开关T1和MOS管开关T3，所述另一条开关子电路上设有串联的三极管开关T2和MOS管开关T4，且所述三极管开关T1、MOS管开关T3、三极管开关T2及MOS管开关T4均连接至所述励磁时序单元；

所述励磁线圈的一次侧连接在所述三极管开关T1和MOS管开关T3之间，所述励磁线圈的二次侧连接在三极管开关T2和MOS管开关T4之间。

进一步的，所述励磁时序单元包括相连的计算机编程芯片及驱动电路；

所述驱动电路分别与所述励磁开关电路上的全部开关连接；

所述计算机编程芯片用于根据励磁时序经所述驱动电路控制所述励磁开关电路上的各开关闭合或开启，使得所述电路产生三值低频矩阵波形的励磁信号。

进一步的，所述电路还包括：稳压单元和恒流单元；

所述稳压单元的一次侧连接供电电源，二次侧连接至励磁开关电路及恒流源单元；

所述恒流单元的一次侧连接至所述励磁开关电路的二次侧，所述恒流单元的二次侧连接至所述稳压单元。

进一步的，所述稳压单元包括稳压子单元LM1、稳压子单元LM2、及一个稳压电路；

所述稳压子单元LM1与稳压子单元LM2分别接入所述励磁开关电路和恒流源电路，为电路工作提供电源；

所述稳压电路的一次侧连接至所述励磁开关电路二次侧，所述稳压电路的二次侧连接至所述稳压子单元LM1。

进一步的，所述稳压电路包括并联的第一稳压子电路和第二稳压子电路；

所述第一稳压子电路连接至所述励磁开关二次侧的电阻上，所述第一稳压电路的二次侧连接至所述稳压子单元LM1；

所述第二稳压子电路的一次侧连接所述恒流单元，所述第二稳压子电路的二次侧连接所述稳压子单元LM1。

进一步的，所述恒流单元包括串联的MOS管开关T5及运算放大器O1；

所述MOS管开关T5接入所述励磁开关电路的二次侧，所述运算放大器O1与稳压子单元LM2连接，且所述稳压子单元LM2经依次连接的二极管D1及电阻R_k1接入所述励磁开关电路的二次侧；

所述MOS管开关T5经第二电阻接地，所述运算放大器O1经电容器C接地。

进一步的，所述第一稳压子电路连接至所述电阻R_k1的二次侧，且所述电阻R_k1的一次侧连接至所述励磁开关电路的二次侧。

进一步的，所述第一稳压子电路上串联有运算放大器O2和电阻R₁，且所述第二稳压子电路上串联有运算放大器O3和电阻R₂；

所述电阻R₁连接至所述电阻R_k1的二次侧；

所述运算放大器O2与所述运算放大器O3并联；

所述运算放大器O3连接至所述稳压子单元LM1；

所述电阻R₂分别连接所述MOS管开关T5及电容C，且所述电阻R₂与所述MOS管开关T5之间连接有电阻R_k2。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种用于电磁流量计的励磁电路，励磁电路包括：负载电路、励磁时序单元以及励磁开关电路，且所述励磁开关电路包括并联的两条开关子电路；每条所述开关子电路均包括串联的两个开关；所述负载电路的两端分别连接在各开关子电路的两个开关之间；所述励磁时序单元与两条开关子电路上的各开关分别连接，且所述励磁时序单元用于根据所述励磁时序控制所述励磁开关电路的各开关闭合或开启，使得所述电路产生三值低频矩阵波形的励磁信号；提供了一种三值低频矩形波励磁电路，该电路能够有效地消除了流量信号的零位噪声，提高了仪表零位的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种用于电磁流量计的励磁电路图；

图2是本发明的应用实例中的电磁流量计励磁系统工作原理图；

图3是本发明的应用实例中的电磁流量计励磁系统工作时序图；

图4是本发明的应用实例中用于电磁流量计的励磁电路的具体电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例一提供了一种用于电磁流量计的励磁电路的一种实施方式。参见图1，该励磁电路具体包括如下内容

所述励磁电路包括：负载电路10、励磁时序单元20以及励磁开关电路30，且所述励磁开关电路30包括并联的两条开关子电路。

在上述电路中，每条所述开关子电路均包括串联的两个开关，且各开关均连接至所述励磁时序单元20。所述负载电路10的两端分别连接在各开关子电路的两个开关之间；所述励磁时序单元20与两条开关子电路上的各开关分别连接，且所述励磁时序单元用于根据励磁时序控制所述励磁开关电路30的开关闭合或开启，使得所述电路产生三值低频矩阵波形的励磁信号。

从上述描述可知，本发明的实施例提供了一种完整的零态时能够动态校正零点的三值低频矩形波励磁电路，能够有效地消除了流量信号的零位噪声。

所述负载电路10包括：励磁线圈L，且所述励磁线圈L的电阻为R_C；所述励磁线圈L的一次侧连接在一条开关子电路上的两个开关之间；所述励磁线圈L的二次侧连接在另一条开关子电路上的两个开关之间。

所述一条开关子电路上设有串联的三极管开关T1和MOS管开关T3，所述另一条开关子电路上设有串联的三极管开关T2和MOS管开关T4，且所述三极管开关T1、MOS管开关T3、三极管开关T2及MOS管开关T4均连接至所述励磁时序单元；所述励磁线圈的一次侧连接在所述三极管开关T1和MOS管开关T3之间，所述负载电阻的二次侧连接在三极管开关T2和MOS管开关T4之间。

所述励磁时序单元20包括相连的计算机编程芯片及驱动电路；所述驱动电路分别与所述励磁开关电路30上的全部开关连接；所述计算机编程芯片用于根据励磁时序经所述驱动电路控制所述励磁开关电路30上的各开关闭合或开启，使得所述电路产生三值低频矩阵波形的励磁信号。

所述电路还包括所述稳压单元和恒流单元；所述恒流单元的一次侧连接至所述励磁开关电路30的二次侧，所述恒流单元的二次侧连接至所述稳压单元。

所述稳压单元包括稳压子单元LM1、稳压子单元LM2、及一个稳压电路；所述稳压子单元LM1与稳压子单元LM2分别接入所述励磁开关电路30的一次侧及恒流单元一次侧，且所述稳压子单元LM2为所述恒流单元提供恒定的电压；所述稳压电路的一次侧连接至所述励磁开关电路30二次侧，所述稳压电路的二次侧连接至所述稳压子单元LM1。

所述稳压电路包括并联的第一稳压子电路和第二稳压子电路；所述第一稳压子电路连接至所述励磁开关电路30的二次侧；所述第二稳压子电路的一次侧连接所述恒流单元，所述第二稳压子电路的二次侧连接所述稳压子单元LM1。

所述恒流单元包括串联的MOS管开关T5及运算放大器O1；所述MOS管开关T5接入所述励磁开关电路30的二次侧，所述运算放大器O1与稳压子单元LM2连接，且所述稳压子单元LM2经依次连接的二极管D1及电阻R_k1接入所述励磁开关电路30的二次侧；所述MOS管开关T5经R_L接地，所述运算放大器O1经电容器C接地。

所述第一稳压子电路连接至所述电阻R_k1的二次侧，且所述电阻R_k1的一次侧连接至所述励磁开关电路30的二次侧。

所述第一稳压子电路上串联有运算放大器O2和电阻R₁，且所述第二稳压子电路上串联有运算放大器O3和电阻R₂；所述电阻R₁连接至所述电阻R_k1的二次侧；所述运算放大器O2与所述运算放大器O3并联；所述运算放大器O3连接至所述稳压子单元LM1；所述电阻R₂分别连接所述MOS管开关T5及电容C，且所述电阻R₂与所述MOS管开关T5之间连接有电阻R_k2。

从上述描述可知，本发明的实施例能够实现动态校正零点的三值低频矩形波励磁信号，且能够有效地消除了流量信号的零位噪声，提高了仪表零位的稳定性。

为进一步的说明本方案，本发明还提供一种用于电磁流量计的励磁电路的应用实例。该励磁电路具体包括如下内容：

1、励磁系统工作原理

本方案励磁系统工作原理见图2所示，励磁系统由开关电路、励磁时序电路、恒流电路、稳压电路组成。开关电路由K1、K2、K3、K4组成，其中K1、K4为一组，K2、K3为一组。励磁时序控制电路由CPLD实现，控制开关K1～K4的开闭，当时序电路控制K1和K4开关闭合时，电流由电磁线圈L左端经过负载R流入右端，电流波形为图3的0～t1段，当K1`～K4断开时，电磁线圈L中的电流为0，对应图3中t1～t2段，当K2和K3闭合时，励磁电流从电阻R右端流入励磁电圈L，电流与刚才方向相反，电流波形见图3中的t2～t3段，当K1～K4断开时，电流为0，见图3中t3～t4段，此时完成一个周期电流控制，重复刚才的控制过程，在励磁线圈中产生了三值低频矩形波的励磁信号。

恒流电路保证流过励磁线圈中的电流为恒定值，确保电流流量计的磁场恒定；稳压电路为恒流电路提供稳定的供电电压，通过反馈实现电路电压的恒定，同时具有欠压过压保护功能。

2、电磁流量计三值低频励磁硬件电路

电磁流量计三值低频励磁硬件组成见图4所示电路，主要包括励磁开关电路、时序产生电路、恒流源电路、稳压电路、电压反馈电路。

开关电路由T1、T2、T3、T4组成，时序产生电路由CPLD芯片EPROM240编程加驱动电路ULN2003实现，恒流源电路由T5和OP07组成，稳压电路由LM2596、LM385、LM386实现工作电压恒定，通过由TLC2272组成的电压反馈可实现欠压和过压保护功能。

3、三值低频励磁电路工作过程

(1)在图4电路中，通过编程使EPROM240的第2个管脚输出低电平，经过驱动电路ULN2003接到T1上，第5个管脚输出高电平接T4，则T1和T4导通，同时第3个管脚输出高电平接到T2上，第4管脚输出低电平接T3，则T2和T3截止，持续0.78125s，电流由稳压电源LM2596经过T1、励磁线圈电阻R_C、T4、T5、负载电阻R_L到地，产生正向励磁电流。

(2)编程使EPROM240的第2个管脚输出高电平接到T1上，第5管脚输出低电平接T4，则T1和T4截止，同时第3个管脚继续输出高电平接到T2上，第4管脚继续输出低电平接T3，T2和T3继续保持截止状态，则流过励磁线圈中的电流为0，持续0.78125s。

(3)编程使EPROM240的第2个管脚输出高电平接到T1上，第5管脚输出低电平接T4，则T1和T4继续截止，同时第3个管脚输出低电平接到T2上，第4管脚输出高电平接T3，则T2和T3变为导通状态，电流由稳压电源LM2596经过T2、励磁线圈电阻R_C、T3、T5、负载电阻R_L到地，产生与刚才方向相反的励磁电流，持续0.78125s。

(4)编程使EPROM240的第2个管脚输出高电平接到T1上，第5管脚输出低电平接T4，则T1和T4继续截止，第3个管脚输出高电平接到T2上，第4管脚输出低电平接T3，T2和T3变为截止状态，此时励磁电路不通，电流为0；持续0.78125s。

重复(1)到(4)步骤，则励磁回路线圈中产生了频率为3.125的三值低频矩形波电流。

4、电磁流量计恒流设计

恒流电路由T5、OP07及相应稳压电路组成，其工作过程为：当开关电路正向或反向导通时，流过负载电阻R_L电流为IL＝1.2V/RL，其中R_L采用0.1％精阻。

5、电磁流量计负载自动匹配与保护电路

LM2596为动态特性较好的线性稳压电源，可以自动匹配不同的励磁线圈，当负载励磁线圈中的电阻值增大时，其输出电压也自动增大，实现负载的自动匹配功能。

当励磁线圈中的电阻值继续增大到励磁线圈电压超出LM2596电压上限时，则VT5D减小导致T5不在正常工作范围，此时D1导通，同时通过R₁和TLC2272反馈至LM2596电路，使其输出电压变为0，关断开关管T1和T2，此时励磁电流为0，电磁流量计显示过载信息。

当负载励磁线圈中的电阻值减小时，其励磁线圈电压也相应减小，当低于LM2596电压下限时，此时LM2596电路输出电压变为0，关断开关管T1和T2，电磁流量计显示欠载信息。

启动保护电路：电磁流量计刚开始上电时，通过R2和TLC2272反馈至LM2596电路，LM2596输出电压为0，开关管T1和T2不工作，延时一段时间，给T1和T2集电极加电源保证开关电路可靠的工作。

从上述描述可知，本发明的应用实例采用三值低频矩形波励磁方式，使用三极管和场效应管组成励磁开关电路，在CPLD时序控制下实现开关的切换，在电路中采用负反馈实现励磁电流的恒定和完善的保护环节，励磁频率由单片机控制，当励磁频率为3.125HZ时电磁流量计测量精度较高。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。