CN103453954B - 电磁流量计的励磁驱动装置及其方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁流量计的励磁驱动装置及其方法和应用。装置包括时序发生器、H桥驱动器、线圈、直流电源、电阻、参考地、直流地。时序发生器的输出连接H桥驱动器的输入，H桥驱动器的输出连接线圈。每个励磁周期，时序发生器输出固定时序的逻辑信号，控制H桥驱动器依次输出直流电压、脉冲电压。应用于电磁测量原理的热量表、平衡热量表、冷量表。该驱动方法减少了励磁电流建立时间，降低了励磁电流，减少励磁线圈的匝数，简化了电路，从而降低了励磁功耗和成本。

Description

电磁流量计的励磁驱动装置及其方法和应用

技术领域

本发明所述的电磁流量计的励磁驱动装置及其方法和应用，涉及低功耗、低成本的电磁流量计领域。本发明适用于电磁流量计，以及电磁原理的热量表、平衡热量表、冷量表、水表、污水表等。

背景技术

电磁流量计是一种基于法拉第电磁感应原理的流量测量仪表，其基本原理是：当带有导电介质的流体通过磁场时，流体切割磁力线，在磁场的垂直方向上产生感应电势，从而获得流体的流速。为了克服零点的影响，电磁流量计一般采用交流励磁方式，即交替的正向励磁和反向励磁，形成信号测量需要的磁场。一个采样周期可以包含若干个交替的正向励磁和反向励磁。每个正向励磁或者反向励磁，定义为一个励磁周期，包含开启励磁、电流稳定、关闭励磁三个过程状态。

现有技术的电磁流量计，励磁一般采用恒流电路驱动，开启励磁到电流稳定的时间较长，特别是电感量较大的线圈，电流上升速度慢，导致励磁功耗大。另外恒流电路本身存在电压降，也消耗一定的电能，导致发热、效率较低。为了达到较大的磁场，现有电磁流量计的励磁线圈匝数较多，特别是低功耗的电磁流量计，需要的线圈匝数更多，导致制造复杂，成本高。

现有技术也有采用电流反馈的脉宽调制恒流源方法，虽然可以解决励磁时间长、发热、电路电压降和线圈匝数多的问题，但电路复杂、成本高，未见在电磁流量计产品中获得应用。

现有技术中，无论是恒流电路驱动，还是脉宽调制恒流源方法，都采用电流反馈方式进行励磁电流的实时调整，即实时的电流闭环驱动方式，需要电流反馈电路、恒流源实时调整电路等，导致电路复杂、成本高。这种励磁驱动方法存在以下问题：

1）恒流电路驱动，励磁时间长，功耗大；

2）恒流电路驱动，电路发热、功耗大；

3）恒流电路驱动，线圈匝数多，成本高；

4）电流闭环驱动，电路复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁流量计的励磁驱动装置及其方法和应用，解决现有技术的问题，特别是解决电磁流量计、热量表等的低功耗问题。

一种电磁流量计的励磁驱动装置，包括时序发生器、H桥驱动器、线圈、参考地、电阻；时序发生器的输出连接H桥驱动器的输入；H桥驱动器的正输出连接线圈的一端,负输出连接线圈的另一端；电阻的一端连接桥驱动器的ISEN，另一端连接参考地。线圈为电磁流量计的励磁线圈。

一种所述装置的励磁驱动方法，每个励磁周期，时序发生器输出一定时序的逻辑信号，控制H桥驱动器，在线圈上依次输出高电压、脉冲电压和零电压。

优选地，所述高电压的持续时间，以及脉冲电压的持续时间和占空比，在一个采样周期内为固定值。

一种所述的装置，应用于电磁测量原理的热量表、平衡热量表、冷量表。

本发明的有益效果：解决现有技术中，采用恒流源励磁，导致功耗大、成本高等问题。本发明采用电流开环励磁驱动方式，取消了电流反馈电路和恒流源调整电路，同时还减少了励磁功耗、降低了励磁电路成本。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1）采用固定时序励磁，相对恒流励磁，减少励磁时间；

2）没有恒流电路的电压降，发热少；

3）相对恒流励磁，可以减少线圈匝数，减低线圈成本；

4）电路简单，成本低。

本发明的任一技术方案不一定能全部实现以上有益效果。

附图说明

图1是本发明实施例图。

图2是励磁驱动时序图。

图中，时序发生器1、H桥驱动器2、线圈3、参考地4、电阻5、高电压6、脉冲电压7和零电压8。

具体实施方式

参见图1，为本发明电磁流量计的励磁驱动方法实施例图。

参见图2，为本发明电磁流量计的励磁驱动方法的励磁驱动时序图。

本实施例包括时序发生器1、H桥驱动器2、线圈3、参考地4、电阻5。其中时序发生器1采用微处理器、逻辑阵列等逻辑器件构造。以微处理器为例，依靠微处理器内部的定时器，产生固定时序的波形，输出给H桥驱动器2。H桥驱动器2由MOS管、以及相应的驱动电路组成，如德州仪器公司的集成电路DRV8830和DRV8833，由于每种集成电路的逻辑略有区别，时序发生器2输出的波形也略有不同。H桥驱动器2的两个输出端分别连接线圈3的两端，每个励磁周期，在线圈3上依次输出高电压6、脉冲电压7和零电压8（参见图2），比如：正输出依次输出高电压、脉冲电压和零电压，负输出连接零电压。为了缩小励磁时间，高电压6的持续时间应该按线圈3的电感量和电阻，以及所需励磁电流的大小来确定，比如按最小拍算法计算，该技术为本行业专业人士所熟识。脉冲电压的占空比确定并不难，按所需励磁电流的大小，结合线圈电阻既可以计算得到。由于线圈的电感量和电阻在线圈生产完成后几乎不会变化，经过计算可以确定波形的持续时间和占空比，从而形成固定的驱动时序，以最少的时间达到励磁电流的稳定。

另外，当线圈3的电阻随工作温度发生变化、或H桥驱动器2的供电电源发生变化时，线圈3电流会相应变化，从而导致励磁磁场的变化，为了修正这些因素引起的误差，H桥驱动器2的ISEN连接有电流采样电阻4，电流采样电阻4串联在线圈3回路中,用于测量线圈电流。由于线圈3电流的大小和电磁流量计的电极感应信号成正比关系，因此可以用线圈3电流采样值修正电极信号的采样值，从而修正线圈3电阻变化、H桥驱动器2供电电压变化等因素产生的信号误差。由于本方法不采用电流反馈方式驱动H桥驱动器2，也不要求恒流，具有电路简单、成本低、功耗低的特点。

本实施例的电磁流量计的励磁驱动方法，由于H桥驱动器2的接口逻辑差异，时序发生器1和H桥驱动器2的连接方式有多种，如简单逻辑、I²C、SPI接口等，均可实现H桥驱动器2的输出，该项技术为本领域专业人士所熟知的技术，此类情况亦在本专利的保护范围内。

本实施例的电磁流量计的励磁驱动方法，如励磁仅仅采用单方向励磁,如仅用正向励磁或者反向励磁,线圈的其中一端可以直接接地,该技术为本领域专业人士所熟知的技术，此类情况亦在本专利的保护范围内。

本实施例的电磁流量计的励磁驱动方法，电阻4的一端连接参考地,该参考地一般设计为直流电源的直流地，或者设计为电流采样电路的信号参考端，此时该参考地并不固定连接某固定电压，仍能完成电流采样功能，该技术为本领域专业人士所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种电磁流量计的励磁驱动装置，其特征在于：包括时序发生器（1）、H桥驱动器（2）、线圈（3）、参考地（4）、电阻（5）；时序发生器（1）的输出连接H桥驱动器（2）的输入；H桥驱动器（2）的正输出连接线圈（3）的一端,负输出连接线圈（3）的另一端；电阻（5）的一端连接H桥驱动器（2）的ISEN，另一端连接参考地（4），线圈（3）为电磁流量计的励磁线圈；

每个励磁周期，时序发生器（1）输出一定时序的逻辑信号，控制H桥驱动器（2），在线圈（3）上依次输出高电压（6）、脉冲电压（7）和零电压（8）；

所述高电压（6）的持续时间，以及脉冲电压（7）的持续时间和占空比，在一个采样周期内为固定值。

2.一种如权利要求1所述的装置，应用于电磁测量原理的热量表、平衡热量表、冷量表。