专利名称：一种电容式电磁流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁流量计，尤其涉及一种具有较高信噪比的电容式电磁流量计。
背景技术：
直流电源通过全桥逆变电路提供矩形波励磁电流到线圈上，形成电磁场，在测量管内流动的流体切割磁力线会产生感应电动势，其大小同流体流速成正比。由于励磁电流是交变的，产生的感应电势也是交变的，其频率与激磁电流的频率相同。一对电镀片状金属电极设于绝缘陶瓷测量管外壁，电极板与流体形成以测量管管壁作为介质的电容，利用电容对交变信号耦合原理将感应电势耦合到检测电极上，通过检测两个极板的电压差，就可以得到与流体流速相关的信号；由于电容式电磁流量计传感器产生的流量信号非常弱，一般在μ V级，而且电极同被测流体间形成的藕合电容值很小，仅为数十pF，使信号内阻变得非常大，耦合流量信号也非常弱，而耦合的信号中的噪声较强且繁杂；流量信号的强度与其中包含噪声与励磁电流、频率等参数有直接或间接的关系。励磁电路的励磁电流大小、频率与流量信号的幅值噪声密切相关，首先，电容式传感器通过电容耦合方式获取流量信号，励磁电流的频率有助于减小传感器内阻，提高信号强度，同时也有助于减小流动噪声；其次流量信号是流体切割磁力线所产生的，增加励磁电流将会增加励磁磁场，提高流量信号；最后交变励磁磁场将会在信号检测回路中产生感应电势，并最终在流量信号中形成微分干扰与同向干扰，加快换流过渡过程是减小干扰较为
有效的方法。采用方波电流励磁时，励磁电流的动态特性可描述为
权利要求
1.一种电容式电磁流量计，其特征在于:其包括电容式传感器、前置运放电路、流量信号处理电路、全桥逆变电路、全桥驱动电路、第一励磁电流反馈电路、第二励磁电流反馈电路以及时序控制电路； 所述的电容式传感器包括衬里层，所述的衬里层外壁上均匀设有第一检测电极、第二检测电极、第一励磁线圈和第二励磁线圈，所述的第一检测电极与第二检测电极相对设置，所述的第一励磁线圈和第二励磁线圈相对设置，所述的第一检测电极和第二检测电极外部分别设置有第一金属屏蔽电极和第二金属屏蔽电极，所述的第一励磁线圈和第二励磁线圈串联; 所述的前置运放电路包括第一前置运算放大器和第二前置运算放大器，第一前置运算放大器的同相输入端与第一检测电极连接，第一前置运算放大器的反相输入端和输出端分别与第一屏蔽电极连接；所述的第二前置运算放大器的同相输入端与第二检测电极连接，所述的第二前置运算放大器的反相输入端和输出端分别与第二屏蔽电极连接； 所述的流量信号处理电路包括第一仪表放大器、第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三可变电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容、第三电容、第四电容、第一模拟开关、第二模拟开关，所述的第一仪表放大器的同相输入端与第一前置运算放大器的输出端连接，所述的第一仪表放大器的反相输入端与第二前置运算放大器的输出端连接，第一仪表放大器的输出端与第二电容的一端连接，第二电容的另一端和第一电阻的一端分别连接第一模拟开关公共端和第二电阻的一端，第一电阻的另一端接地，第二电阻的另一端与第三可变电阻、第四电阻串联后连接至第一运算放大器的输出端，所述的第一模拟开关的常闭触点接地，第一模拟开关的常开触点连接第一运算放大器的同相输入端，所述的第三可变电阻的可调端连接第一运算放大器的反相输入端，所述的第一运算放大器的输出端连接第二模拟开关的公共端，所述的第二模拟开关的常闭触点通过第三电容接地，第二模拟开关的常开触点连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端分别连接第四电容的一端和第二运算放大器的同相输入端，第四电容的另一端接地，所述的第二运算放大器的反相输入端与输出端连接； 所述的全桥逆变电路包括第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第三场效应晶体管、第四场效应晶体管、采样电阻、第一电容及直流电源；所述的第一场效应晶体管的漏极和第三场效应晶体管的源极分别与第一励磁线圈连接，所述的第二场效应晶体管的漏极和第四场效应晶体管的源极分别与采样电阻的一端连接，所述的采样电阻的另一端与第二励磁线圈共同接地；所述的直流电源的正极分别连接第一场效应晶体管的源极、第二场效应晶体管的源极和第一电容的一端，所述的直流电源的负极分别连接第三场效应晶体管的漏极、第四场效应晶体管的漏极和第一电容的另一端；所述的第一场效应晶体管的栅极、第二场效应晶体管的栅极、第三场效应晶体管的栅极、第四场效应晶体管的栅极分别连接全桥驱动电路，所述的全桥驱动电路将时序控制电路输出的驱动信号放大至全桥逆变电路中各个场效应晶体管栅极所需要的驱动电压，并将直流电源提供的电压转换为交变方波电流，并输入至传感器励磁线圈，所述的全桥逆变电路的直流电源按照预定的励磁频率交替对电容式传感器的励磁线圈进行正电流方向励磁和负电流方向励磁； 所述的第一励磁电流反馈电路包括第一运算放大电路和第一反逻辑迟滞电路，所述的第一运算放大电路包括第三运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述的第六电阻的一端连接采样电阻的一端，第六电阻的另一端和第九电阻的一端分别连接第三运算放大器的反相输入端，所述的第七电阻的一端连接采样电阻的另一端，第七电阻的另一端和第八电阻的一端分别连接第三运算放大器的同相输入端，第八电阻另一端接地，所述的第九电阻的另一端和第三运算放大器的输出端连接；所述的第一反逻辑迟滞电路包括第四运算放大器、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻，所述的第十电阻的一端连接基准电源，第十电阻的另一端、第十一电阻的一端和第十二电阻的一端分别连接至第四运算放大器的同相输入端，所述的第十一电阻的另一端接地，所述的第十二电阻的另一端连接第四运算放大器的输出端，所述的第四运算放大器的反相输入端连接第三运算放大器的输出端; 所述的第二励磁电流反馈电路包括第二运算放大电路和第二反逻辑迟滞电路，所述的第二运算放大电路包括第五运算放大器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻和第十六电阻，所述的第十三电阻的一端连接采样电阻的一端，第十三电阻的另一端和第十六电阻的一端分别连接第五运算放大器的反相输入端，所述的第十四电阻的一端连接采样电阻的另一端，第十四电阻的另一端和第十五电阻的一端分别连接第五运算放大器的同相输入端，第十五电阻另一端接地，所述的第十六电阻的另一端和第五运算放大器的输出端连接；所述的第二反逻辑迟滞电路包括第六运算放大器、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻，所述的第十七电阻的一端连接基准电源，第十七电阻的另一端、第十八电阻的一端和第十九电阻的一端分别连接至第六运算放大器的同相输入端，所述的第十八电阻的另一端接地，所述的第十九电阻的另一端连接第六运算放大器的输出端，所述的第六运算放大器的反相输入端连接第五运算放大器的输出端； 所述的时序控制电路包括复杂可编程逻辑器件和晶振，所述的复杂可编程逻辑器件与晶振连接，所述的晶振为可编程逻辑器件提供时钟基准，所述的复杂可编程逻辑器件通过运算与延迟形成驱动信号，并通过光耦输出逻辑电平至全桥驱动电路，所述的时序控制电路根据第一励磁电流反馈电路和第二励磁电流反馈电路对励磁线圈中的电流状态进行判断，并控制全桥逆变电路中各个场效应晶体管的开关状态，所述的复杂可编程逻辑器件的控制管脚分别连接第一模拟开关和第二模拟开关，所述的时序控制电路计算并控制流量信号处理电路中各个模拟开关控制信号。`
2.根据权利要求1所述的一种电容式电磁流量计，其特征在于:所述的直流电源的励磁电流经过的通路顺序为第一场效应晶体管、第一励磁线圈、第二励磁线圈、采样电阻和第四场效应晶体管，该通路为正电流方向励磁通路；所述的直流电源的励磁电流经过的通路顺序为第二场效应晶体管、采样电阻、第二励磁线圈、第一励磁线圈和第三场效应晶体管，该通路为负电流方向励磁通路。
3.根据权利要求2所述的一种电容式电磁流量计，其特征在于:当直流电源的励磁电流需要通过正电流方向励磁通路对励磁线圈进行励磁，而当前电路中的励磁电流方向沿正电流方向励磁通路，并且所述的励磁电流反馈电路输出电压值小于正向预定励磁上升跳变门限电压，所述的时序控制电路经过预定延迟时序后，控制第一场效应晶体管和第四场效应晶体管为导通状态，第二场效应晶体管和第三场效应晶体管为截止状态，此时全桥逆变电路进入第一正向恒流状态。
4.根据权利要求2所述的一种电容式电磁流量计，其特征在于:当直流电源的励磁电流需要通过正电流方向励磁通路对励磁线圈进行励磁，而当前电路中的励磁电流方向沿正电流方向励磁通路，并且所述的励磁电流反馈电路输出电压值大于正向预定励磁下降跳变门限电压，所述的时序控制电路经过预定延迟时序后，控制第三场效应晶体管和第四场效应晶体管为导通状态，第一场效应晶体管和第二场效应晶体管为截止状态，此时全桥逆变电路进入第二正向恒流状态。
5.根据权利要求4所述的一种电容式电磁流量计，其特征在于:当全桥逆变电路进入第二正向恒流状态时，所述的时序控制电路经过第一预定延迟时序后，控制第一模拟开关公共端与常开触点连接并与常闭触点断开，流量信号进入第一运算放大器，所述的时序控制电路经过第二预定延迟时序后，控制第一模拟开关公共端与常开触点断开并与常闭触点连接，其中第二预定延迟时序前，所述的各个场效应晶体管的导通或截止状态不改变。
6.根据权利要求2所述的一种电容式电磁流量计，其特征在于:当直流电源的励磁电流需要通过正电流方向励磁通路对励磁线圈进行励磁，而当前电路中的励磁电流方向沿负电流方向励磁通路时，所述的时序控制电路经过预定延迟时序后，控制第一场效应晶体管和第四场效应晶体管为导通状态，第二场效应晶体管和第三场效应晶体管为截止状态，此时全桥逆变电路进入正向换流状态。
7.根据权利要求6所述的一种电容式电磁流量计，其特征在于:当全桥逆变电路进入正向换流状态时，所述的时序控制电路经过第三预定延迟时序后，控制第二模拟开关公共端与常开触点连接并与常闭触点断开，使流量信号由第一运算放大器进入第二运算放大器，所述的时序控制电路经过第四预定延迟时序后，控制第二模拟开关公共端与常开触点断开并与常闭触点连接，其中第四预定延迟时序前，所述的各个场效应晶体管的导通或截止状态不改变。
8.根据权利要求2所述的一种电容式电磁流量计，其特征在于:当直流电源的励磁电流需要通过正电流方向励磁通路对励磁线圈进行励磁，而当前电路中的励磁电流方向沿正电流方向励磁通路时，所述的时序控制电路经过预定延迟时序后，控制第二场效应晶体管和第三场效应晶体管为 导通状态，第一场效应晶体管和第四场效应晶体管为截止状态，此时全桥逆变电路进入负向换流状态。
9.根据权利要求2所述的一种电容式电磁流量计，其特征在于:当直流电源的励磁电流需要通过负电流方向励磁通路对励磁线圈进行励磁，而当前电路中的励磁电流方向沿负电流方向励磁通路，并且所述的励磁电流反馈电路输出电压值小于负向预定励磁上升跳变门限电压，所述的时序控制电路经过预定延迟时序后，控制第二场效应晶体管和第三场效应晶体管为导通状态，第一场效应晶体管和第四场效应晶体管为截止状态，此时全桥逆变电路进入第一负向恒流状态。
10.根据权利要求2所述的一种电容式电磁流量计，其特征在于:当直流电源的励磁电流需要通过负电流方向励磁通路对励磁线圈进行励磁，而当前电路中的励磁电流方向沿负电流方向励磁通路，并且所述的励磁电流反馈电路输出电压值小于负向预定励磁下降跳变门限电压，所述的时序控制电路经过预定延迟时序后，控制第三场效应晶体管和第四场效应晶体管为导通状态，第一场效应晶体管和第二场效应晶体管为截止状态，此时全桥逆变电路进入第二负向恒流状态。
全文摘要
本发明涉及一种电容式电磁流量计，其传感器采用高介电常数工业陶瓷衬里与非接触式的电镀片状金属检测电极，传感器相对设有两励磁线圈，两线圈串联对传感器内部进行励磁，其设有的金属检测电极与金属屏蔽电极分别连接至前置运放的输入与输出端，实现等电位屏蔽；时序控制电路根据励磁电流的逻辑信号，控制全桥逆变电路的开关与流量信号处理电路中的模拟开关，实现对线圈中励磁电流的控制与流量信号的信号处理；本发明的全桥逆变电路可在抑制微分干扰影响的同时，增强励磁电流从而提高流量信号的信噪比，配合时序控制电路对逆变电路的功率开关与流量信号处理电路的模拟开关统一控制，准确地去除流量信号中的微分干扰，最终实现流体流量可靠检测。
文档编号G01F1/58GK103206990SQ20131013098
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月15日 优先权日2013年4月15日
发明者陈英华, 邹崇, 周永宏, 黄训松, 王剑凌, 胡国清 申请人:福建上润精密仪器有限公司