基于电流误差控制的pwm调制的电磁流量计励磁控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及流量检测领域，具体涉及一种基于电流误差控制的PffM调制的电磁流量计励磁控制系统，能实现更低功耗和更高频率的电磁流量计励磁控制系统。
【背景技术】
[0002]电磁流量计是依据法拉第电磁感应定律的工作原理来测量导电液体体积流量的仪表，其励磁方法直接决定了电磁流量计工作时响应速度、抗干扰能力和零点稳定性。励磁电路给一次仪表中的励磁线圈提供稳定的励磁电流，以在测量管道中产生恒定的磁场，被测流体在磁场中运动感应出感应电动势，检测并处理该电动势信号即可获得流体流速，从而实现流量的测量。
[0003]合肥工业大学(徐科军，张振，杨双龙，等.具有旁路和能量回馈电路的电磁流量计高低压切换励磁系统，申请号:201110350132.3，申请日:2011.11.08)研制的具有快速响应的电磁流量计高低压电源切换励磁控制系统极大地提高了励磁频率，使电磁流量计具有较快的响应速度；同时，保证了电磁流量计在测量过程中电流的稳定，测量结果准确。但是，高低压电源切换励磁控制系统可能存在以下三个问题:(I)功耗和发热问题。由于在高低压电源切换励磁控制系统中，励磁电流的稳定是通过恒流控制电路实现的，恒流控制电路需要承担较大的电压来维持励磁电流的稳定，而励磁电流值大，因此，恒流控制电路会消耗较大的功率，并产生发热问题。(2)高压电源切换至低压电源之后，励磁电流仍需要较长的调整时间才能进入稳态，这就限制了电磁流量计励磁频率的进一步提高。由于高压电源切换至低压电源之后，励磁电流仍需要在恒流控制电路的调节下才能最终进入稳态，而这个调节的过程是在低压电源的激励下进行的，因此，调节过程较长，特别是当传感器的线圈电感值越大，所需要的时间就越长，这不利于励磁频率的提高。(3)高低压电源切换励磁控制系统只能激励物理参数在指定范围内的励磁线圈。因为在高低压电源切换励磁控制系统中，恒流控制电路是通过承担除励磁线圈以外的压降来维持励磁线圈中流过电流的恒定，而不同励磁线圈的直流电阻值是不相等的，而针对一个固定参数的励磁线圈，在励磁电流稳定时，恒流控制电路上总存在一个最合理的压降既能维持励磁电流的稳定，又不会使恒流控制电路上承担过大的压降从而导致严重的发热问题。但是，当激励另一个参数不同的励磁线圈时，恒流控制电路上的压降就会偏离这个最佳值，特别是当励磁线圈的直流电阻值相差较大时，可能使恒流控制电路不能正常工作，或者使恒流控制电路严重发热。
[0004]陈英华等(陈英华，胡国清，邹崇，等.一种用于电容式电磁流量计的励磁系统研制[J].仪器仪表学报，2013，34 (7):1660-1666)对基于电流源的励磁电路和基于电流模式PffM全桥逆变器的励磁电路消耗的功率进行了比较，分析表明基于电流模式PWM全桥逆变器的励磁电路的功耗远远小于基于电流源的励磁电路，并研制了基于电流模式PWM全桥逆变器的励磁控制系统。但是，存在以下两个问题:(I)励磁系统工作时，励磁电流波动大。采用迟滞比较电路设置上下两个阈值，使励磁电流的幅值稳定在两个阈值之间，上下阈值的差值直接决定励磁电流波动的大小。当上下阈值差值较小时，励磁电流的波动就会越小，但是，易受噪声和干扰电压的影响，导致输出控制信号不稳定，使开关管频繁开关，增加开关管的开关损耗。当上下阈值差值较大时，输出控制信号较稳定，但是，可能导致励磁电流波动大，产生较大的微分干扰，影响测量。(2)开关管驱动问题。其上桥臂的开关管采用自举电容的驱动方式，即自举电容一次充电要实现多次驱动，随着驱动次数的增加，自举电容上的电压会下降，最后可能会出现自举电容因驱动电压不足而使开关管导通受影响的问题。
[0005]日本横河电机株式会社(Tamotsu Kobayashi, Kenichi Kuromori, Shigeru Goto，et al.Electromagnetic flow meter [P].United States，4773274，1988-9-27)披露了电磁流量计的双频励磁方案，该励磁控制方案是通过在H桥低端设置恒流晶体管来进行恒流控制，这种恒流控制方法会造成H桥低端电压波动较大，不利于H桥开关控制，同时也会存在发热问题。日本横河电机株式会社(石川郁光.电磁流量计[P].中国，CN1734240，2006-2-15)又披露了使用开关调制的电磁流量计，但是，没有介绍关键技术细节。
【发明内容】
[0006]为了提高电磁流量计的励磁频率，减小励磁电路消耗的功率，本发明提供一种基于电流误差控制的PWM调制励磁系统，具有励磁频率高且励磁电路功耗低的特点。
[0007]基于电流误差控制的PffM调制励磁系统由高压电源、能量回馈电路、励磁线圈驱动电路、检流电路、逻辑电路、PWM控制器和励磁控制时序产生电路组成；
高压电源提供直流电压，其值为60-80V。采用比较高的电压是为了减少励磁电流的上升时间，实现励磁电流的快速响应，有效地提高电磁流量计的励磁频率；
能量回馈电路在每个励磁半周期结束时，吸收励磁线圈中的能量，并在下个半周期开始时，将吸收到的能量回馈给励磁线圈，实现能量的回收利用；
励磁线圈驱动电路包括H桥开关电路和H桥驱动电路，一个作用是实现励磁电流的稳定，另一个作用是改变励磁线圈中励磁电流的方向，实现方波励磁，避免电极极化；
检流电路检测流过励磁线圈中电流值，为PWM控制器提供反馈电流信号；
PWM控制器实时检测励磁电流值，并根据励磁电流值与励磁电流设定值差值的大小输出频率固定、占空比自可调的PWM波形，以在励磁线圈中产生稳定的电流值；
励磁控制时序产生电路输出两路频率较低的带死区的互补PWM方波，为励磁线圈驱动电路提供控制信号，直接决定电磁流量计的励磁频率；
逻辑电路受PWM控制器输出信号和励磁控制时序产生电路输出信号的控制，为励磁线圈驱动电路提供控制信号，用于维持励磁电流的稳定；
在每个励磁半周期的开始阶段，检流电路检测的励磁电流值小于励磁电流的设定值，电流误差较大，因此，PWM控制器输出占空比为I的PffM波，此时高压电源通过励磁线圈驱动电路将电压全部加在励磁线圈上，励磁线圈中的电流迅速上升。当励磁电流值上升到接近设定值时，电流误差值也开始进入设定的范围内，PWM控制器输出频率较高且占空比小于I的PffM波，并使流过励磁线圈的电流值稳定在设定值上。励磁电流稳定至该励磁半周期结束，励磁控制时序进入死区状态，此时，励磁线圈驱动电路停止工作，励磁线圈中的能量被能量回馈电路吸收。在死区状态结束后，进入到下一个励磁半周期，能量回馈电路将吸收的能量回馈给励磁线圈，不但可以提高能量利用的效率，而且还可以加速励磁电流的响应速度。
[0008]所述励磁控制