CN102564503A

CN102564503A - 可提高电磁流量计计量精度的励磁方式及其励磁电路

Info

Publication number: CN102564503A
Application number: CN2011104181182A
Authority: CN
Inventors: 巫群洪; 欧林林; 周连廷
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-07-11

Abstract

可提高电磁流量计计量精度的励磁方式，励磁曲线是含有零值与正、负电平的三值矩形波曲线，在零值与正、负电平之间的切换过程中含有两段相切抛物线波段或一段正弦波段作为过渡，即为三值抛物线矩形波或三值正弦矩形波，其在整个励磁周期内整个波段的磁场变化率连续。其励磁电路由MCU直接产生，MCU控制形成与抛物线或正弦波等效的PWM波形信号，再通过由恒流源电路和H桥式开关电路组成的励磁电路供给励磁线圈，励磁线圈接于H桥电路的对角线上，从而形成三值抛物线(正弦)矩形波励磁方式。本发明具有抗干扰能力强的优点。

Description

可提高电磁流量计计量精度的励磁方式及其励磁电路

技术领域

本发明涉及一种三值交流励磁方式，用于实现电磁流量计中励磁磁场的产生。

背景技术

目前国内外电磁流量计的主要励磁技术为直流励磁(含永磁励磁)、工频正弦波励磁、低频矩形波励磁、低频三值矩形波励磁和双频矩形波励磁，然而这些励磁方式都存在或多或少的缺陷。直流激磁方式由于在小流量测量时要求信号的直流稳定度必须在几分之一微伏之内，因此它的应用范围很有限；工频正弦激磁方式由于电磁感应造成幅值与频率成正比，从而产生了相位比流量信号滞后90°的正交干扰；低频矩形波激磁、三值低频矩形波激磁和双频矩形波激磁是当前广泛应用的励磁方式，但由于正、负值励磁状态存在瞬间跳变，造成在切换点的磁场变化率dB/dt趋于无穷大(波形上表现为一个尖峰)，形成的微分干扰极大，导致信号稳定性的降低。因此，如果采用以上这些励磁方式，系统干扰强，稳定性差，并不能满足工业生产要求。

发明创新内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有的电磁流量计励磁方式所存在的缺点，提供一种抗干扰能力强，能有效克服微分干扰、正交干扰的新型励磁方式及其发生励磁电路。

本发明所述的可提高电磁流量计计量精度的励磁方式，其特征在于：励磁曲线是含有零值与正、负电平的三值矩形波曲线，在零值与正、负电平之间的切换过程中含有两段相切抛物线波段或一段正弦波段作为过渡，即为三值抛物线矩形波或三值正弦矩形波，其在整个励磁周期内整个波段的磁场变化率连续。

所述的励磁曲线按照式(1)：

B (t) = \{\begin{matrix} \frac{A}{2} {(\frac{32}{T})}^{2} {(t - \frac{KT}{2})}^{2} {(- 1)}^{K}, & \frac{KT}{2} \leq t < \frac{T}{32} + \frac{KT}{2} \\ [- \frac{A}{2} {(\frac{32}{T})}^{2} {(t - \frac{T}{16} - \frac{KT}{2})}^{2} + A] {(- 1)}^{K}, & \frac{T}{32} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{T}{16} + \frac{KT}{2} \\ A {(- 1)}^{K}, & \frac{T}{16} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{5 T}{16} + \frac{KT}{2} \\ [- \frac{A}{2} {(\frac{32}{T})}^{2} {(t - \frac{5 T}{16} - \frac{KT}{2})}^{2} + A] {(- 1)}^{K}, & \frac{5 T}{16} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{11 T}{32} + \frac{KT}{2} \\ \frac{A}{2} {(\frac{32}{T})}^{2} {(t - \frac{3 T}{8} - \frac{KT}{2})}^{2} {(- 1)}^{K}, & \frac{11 T}{32} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{3 T}{8} + \frac{KT}{2} \\ 0 & \frac{3 T}{8} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{T}{2} + \frac{KT}{2} \end{matrix}\}

式(1)

式中各符号的含义如下：K为自然数，T为波形周期，A为振幅，B为磁场强度。

选取的抛物线波上升沿、稳定值、抛物线波下降沿和零值的时间比为1∶4∶1∶2。由0-T/2这段两相切抛物线波上升沿可知，波形段在0-T/40内的磁场变化率dB/dt＝A(32/T)²t，是连续平稳变化的，波形段在T/40-T/20内的磁场变化率dB＝-(32/T)²A(t-T/16)，也是连续平稳变化的，而在b点，即t＝T/32时，其左右两侧的磁场变化率相等，即0-T/2这段两相切抛物线上升沿是连续平稳变化的。端点a右侧dB/dt＝A(32/T)²t＝0，左侧磁场变化率为0，两者相等。端点c右侧dB/dt＝0，左侧dB/dt＝-(32/T)²A(t-T/16)＝0，亦相等。因此，在端点处的磁场变化率也是连续的，没有发生跳变。同理可得，整个周期内其余抛物线波段的磁场变化率都是连续的。

实现本发明所述的励磁方式的励磁电路，其特征在于：包含电路I和电路II，电路I由场效应管和三极管组成的H桥式开关电路，励磁线圈接于H桥的对角线上，通过两路控制信号ctr_1和ctr_2控制三极管的通断，从而控制loop_l和loop_2端的电平，实现励磁线圈中电流的方向的切换；

电路II由一个运算放大器和三极管组成的恒流源电路，其输入为由MCU直接产生控制的经RC电路滤波的脉冲宽度调制PWM信号，用一系列矩形脉冲来代替一个抛物线波或正弦波N等分，看成N个相连的等幅不等宽脉冲序列，宽度按抛物线或正弦规律变化，继而形成与抛物线或正弦波等效的PWM波形信号，从而产生三值抛物线矩形波或三值正弦矩形波，即为新型的三值励磁方式。

所述的PWM波形信号，通过由所述的恒流源电路和H桥式开关电路组成的励磁电路供给所述的励磁线圈，所述的励磁线圈接于所述的H桥电路的对角线上，从而形成三值抛物线(正弦)矩形波励磁方式。

本发明的优点是：整个周期内两相切抛物线波段的磁场变化率都是连续的，这样就有效地降低了微分干扰，抑制了尖峰，提升了信号的稳定性。

附图说明

图1为本发明电磁流量计励磁方式示意图

图2为本发明的励磁电路图

具体实施方式

参照图1，图1中标记说明：

1——两相切抛物线 2——正向稳定磁场B(t)＝A

3——两相切抛物线 4——零值磁场

5——反向两相切抛物线 6——负向稳定磁场B(t)＝-A

7——反向两相切抛物线 8——零值磁场

本发明所述的可提高电磁流量计计量精度的励磁方式，励磁曲线是含有零值与正、负电平的三值矩形波曲线，在零值与正、负电平之间的切换过程中含有两段相切抛物线波段或一段正弦波段作为过渡，即为三值抛物线矩形波或三值正弦矩形波，其在整个励磁周期内整个波段的磁场变化率连续。

所述的励磁曲线按照式(1)：

B (t) = \{\begin{matrix} \frac{A}{2} {(\frac{32}{T})}^{2} {(t - \frac{KT}{2})}^{2} {(- 1)}^{K}, & \frac{KT}{2} \leq t < \frac{T}{32} + \frac{KT}{2} \\ [- \frac{A}{2} {(\frac{32}{T})}^{2} {(t - \frac{T}{16} - \frac{KT}{2})}^{2} + A] {(- 1)}^{K}, & \frac{T}{32} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{T}{16} + \frac{KT}{2} \\ A {(- 1)}^{K}, & \frac{T}{16} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{5 T}{16} + \frac{KT}{2} \\ [- \frac{A}{2} {(\frac{32}{T})}^{2} {(t - \frac{5 T}{16} - \frac{KT}{2})}^{2} + A] {(- 1)}^{K}, & \frac{5 T}{16} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{11 T}{32} + \frac{KT}{2} \\ \frac{A}{2} {(\frac{32}{T})}^{2} {(t - \frac{3 T}{8} - \frac{KT}{2})}^{2} {(- 1)}^{K}, & \frac{11 T}{32} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{3 T}{8} + \frac{KT}{2} \\ 0 & \frac{3 T}{8} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{T}{2} + \frac{KT}{2} \end{matrix}\}

式(1)

其中K为自然数，T为波形周期，A为振幅，B为磁场强度。

参照图2：

实现本发明所述的励磁方式的励磁电路，其特征在于：包含电路I和电路II，电路I由场效应管和三极管组成的H桥式开关电路，励磁线圈接于H桥的对角线上，通过两路控制信号ctr_1和ctr_2控制三极管的通断，从而控制loop_1和loop_2端的电平，实现励磁线圈中电流的方向的切换；

电路II由一个运算放大器和三极管组成的恒流源电路，其输入为由MCU直接产生控制的经RC电路滤波的脉冲宽度调制PWM信号，用一系列矩形脉冲来代替一个抛物线波或正弦波N等分，看成N个相连的等幅不等宽的脉冲序列，宽度按抛物线或正弦规律变化，继而形成与抛物线或正弦波等效的PWM波形信号，从而产生三值抛物线矩形波或三值正弦矩形波，即为新型的三值励磁方式；

所述的恒流源电路包含一个运算放大器、一个三极管、一个二极管、一个电容和四个电阻，所述的H桥式开关电路包含四个场效应管或两组对应的三极管、四个二极管，外围包含六个三极管和数个电阻；

所述的恒流源电路中，MCU控制的PWM信号经RC滤波和分压后接于运算放大器的反向端，运算放大器的输出端连接电阻后接于PNP三极管的基极，三极管的发射极接12V的电源电压，由集电极输出给H桥式电路提供电压，二极管桥接与三极管的发射极和集电极之间，运算放大器的正向端给采样电阻提供标准电压；

所述的H桥式电路中，P沟道的两个场效应管的源极与恒流源中三极管的集电极相接，漏极与N沟道的场效应管的漏极相接，N沟道场效应管的源极接采样电阻后入地；四个场效应管的栅极分别于外围电路相接，与P沟道场效应管连接的外围电路包含一个三极管和两个电阻，三极管的集电极与栅极相接，发射极直接入地，基极接电阻和IO口；与N沟道场效应管连接的外围电路包含一对三极管和三个电阻，其PNP三极管的集电极接电阻后与栅极相连，发射极接12V电源，基极接NPN三极管的集电极和电阻，NPN三极管的发射极再入地，基极接电阻和IO口。

Claims

1.一种用于电磁流量计的三值励磁方式，其特征在于：励磁曲线是含有零值与正、负电平的三值矩形波曲线，在零值与正、负电平之间的切换过程中含有两段相切抛物线波段或一段正弦波段作为过渡，即为三值抛物线矩形波或三值正弦矩形波，其在整个励磁周期内整个波段的磁场变化率连续；所述的励磁曲线按照式(1)：

B (t) = \{\begin{matrix} \frac{A}{2} {(\frac{32}{T})}^{2} {(t - \frac{KT}{2})}^{2} {(- 1)}^{K}, & \frac{KT}{2} \leq t < \frac{T}{32} + \frac{KT}{2} \\ [- \frac{A}{2} {(\frac{32}{T})}^{2} {(t - \frac{T}{16} - \frac{KT}{2})}^{2} + A] {(- 1)}^{K}, & \frac{T}{32} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{T}{16} + \frac{KT}{2} \\ A {(- 1)}^{K}, & \frac{T}{16} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{5 T}{16} + \frac{KT}{2} \\ [- \frac{A}{2} {(\frac{32}{T})}^{2} {(t - \frac{5 T}{16} - \frac{KT}{2})}^{2} + A] {(- 1)}^{K}, & \frac{5 T}{16} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{11 T}{32} + \frac{KT}{2} \\ \frac{A}{2} {(\frac{32}{T})}^{2} {(t - \frac{3 T}{8} - \frac{KT}{2})}^{2} {(- 1)}^{K}, & \frac{11 T}{32} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{3 T}{8} + \frac{KT}{2} \\ 0 & \frac{3 T}{8} + \frac{KT}{2} \leq t < \frac{T}{2} + \frac{KT}{2} \end{matrix}\}

式(1)

其中K为自然数，T为波形周期，A为振幅，B为磁场强度。

2.实现权利要求1所述的励磁方式的励磁电路，其特征在于：包含电路I和电路II，所述的电路I由场效应管和三极管组成的H桥式开关电路，励磁线圈接于H桥的对角线上，通过两路控制信号ctr_1和ctr_2控制三极管的通断，从而控制loop_1和loop_2端的电平，实现励磁线圈中电流的方向的切换；

所述的电路II由一个运算放大器和三极管组成的恒流源电路，其输入为由MCU直接产生控制的经RC电路滤波的脉冲宽度调制PWM信号，用一系列矩形脉冲来代替一个抛物线波或正弦波N等分，看成N个相连的等幅不等宽的脉冲序列，宽度按抛物线或正弦规律变化，继而形成与抛物线或正弦波等效的PWM波形信号，从而产生三值抛物线矩形波或三值正弦矩形波，即为新型的三值励磁方式。

3.如权利要求2所述的用于电磁流量计的励磁电路，其特征在于：所述的恒流源电路包含一个运算放大器、一个三极管、一个二极管、一个电容和四个电阻，所述的H桥式开关电路包含四个场效应管或两组对应的三极管、四个二极管，外围包含六个三极管和数个电阻；