CN103791954A - 电磁流量计的励磁电路及其励磁电流控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电磁流量计的励磁电路及其励磁电流控制方法，涉及电磁流量计技术领域，所解决的是现有电路不能实时检测和调整励磁电流大小的技术问题。该电路包括传感线圈、主控制模块，所述主控制模块包括微控制器、增益放大器、AD转换器；所述微控制器具有两个PWM信号输出脚；所述传感线圈的一端接到微控制器的第一PWM信号输出脚，另一端串接一采样电阻到微控制器的第二PWM信号输出脚；所述增益放大器的两个差分信号输入端分别接到采样电阻的两端，增益放大器的两个差分信号输出端分别接到AD转换器的两个模拟信号输入端，AD转换器与微控制器通过数据总线相连。本发明提供的电路及方法，能有效消除励磁电流波动对流速信号测量影响。

Description

电磁流量计的励磁电路及其励磁电流控制方法

技术领域

本发明涉及电磁流量计技术，特别是涉及一种电磁流量计的励磁电路及其励磁电流控制方法的技术。

背景技术

电磁流量计是一种用于测量流体流量的仪表。励磁电路是电磁流量计不可或缺的重要组成部分，其作用是产生大小和时序受控的励磁电流，来激励传感器，从而产生磁场。

电磁流量计所采用的现有典型励磁电路都包括电源、恒流源产生回路，及用于控制电流方向的H桥及其相关配套回路。

图2为电磁流量计所采用的一种现有典型励磁电路，该电路中U21为微控制器，U22为光耦隔离模块，U23为H桥控制回路，H21为H桥，U24为恒流源产生回路，S21为电源，L21为传感线圈，该励磁电路中的恒流源产生回路设置在低边。

图3为电磁流量计所采用的另一种现有典型励磁电路，该电路中U31为微控制器，U32为光耦隔离模块，U33为H桥控制回路，H31为H桥，U34为恒流源产生回路，S31为电源，L31为传感线圈，该励磁电路中的恒流源产生回路设置在高边。

现有电磁流量计所采用的励磁电路（比如上述两种电路）需要采用较多的元器件构建，存在着结构复杂，不能实时检测和调整励磁电流大小的缺点，当励磁电流波动时会影响到电磁流量计的测量精度，因此对于励磁电流的要求较高，需要使励磁电流固定在某一个值，而且恒流源产生回路为了实现恒流控制，还需要产生一些额外的不必要的功耗浪费。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，能实时检测和调整励磁电流大小，能有效消除励磁电流波动对流速信号测量影响的电磁流量计的励磁电路及其励磁电流控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种电磁流量计的励磁电路，包括传感线圈，其特征在于：还包括主控制模块，所述主控制模块包括微控制器、增益放大器、AD转换器；

所述微控制器具有两个PWM信号输出脚，该两个PWM信号输出脚分别为第一PWM信号输出脚、第二PWM信号输出脚；

所述传感线圈的一端接到微控制器的第一PWM信号输出脚，另一端串接一采样电阻到微控制器的第二PWM信号输出脚；

所述增益放大器为差分式放大器，增益放大器的两个差分信号输入端分别接到采样电阻的两端，增益放大器的两个差分信号输出端分别接到AD转换器的两个模拟信号输入端，AD转换器与微控制器通过数据总线相连。

本发明所提供的电磁流量计的励磁电路的励磁电流控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

预先设定一个励磁电流控制范围，并根据设定的励磁电流控制范围，设定一个采样电压控制范围，及一个采样电压调整范围，其中的采样电压调整范围为采样电压控制范围的子集；

微控制器工作时，将其中一个PWM信号输出脚设置为PWM输出模式，同时将另一个PWM信号输出脚设置为推挽输出模式，并将两个PWM信号输出脚的工作模式按时序交替互换，来实现电流的流向控制；

微控制器实时采集采样电阻两端的采样电压，并根据采样电压的电压值来调节PWM信号输出脚所输出的PWM信号的占空比，进而控制传感线圈的励磁电流大小；

当微控制器检测到采样电压值在预先设定的采样电压控制范围内时，保持PWM信号输出脚所输出的PWM信号的当前占空比；

当微控制器检测到采样电压值大于预先设定的采样电压控制范围的上限值时，逐步减小PWM信号输出脚所输出的PWM信号的占空比，使得传感线圈的励磁电流逐渐减小，直至采样电压降至预先设定的采样电压调整范围内后，保持PWM信号输出脚所输出的PWM信号的当前占空比；

当微控制器检测到采样电压值小于预先设定的采样电压控制范围的下限值时，逐步增大PWM信号输出脚所输出的PWM信号的占空比，使得传感线圈的励磁电流逐渐增大，直至采样电压升至预先设定的采样电压调整范围内后，保持PWM信号输出脚所输出的PWM信号的当前占空比。

本发明提供的电磁流量计的励磁电路及其励磁电流控制方法，利用微控制器的两个具有PWM信号输出功能的IO脚来产生励磁，其电路结构简单，且能实时检测和调整励磁电流大小，能有效消除励磁电流波动对流速信号测量的影响。

附图说明

图1是本发明实施例的电磁流量计的励磁电路的电路结构示意图；

图2是电磁流量计所采用的一种现有典型励磁电路的电路结构示意图；

图3是电磁流量计所采用的另一种现有典型励磁电路的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种电磁流量计的励磁电路，包括传感线圈L1，其特征在于：还包括主控制模块，所述主控制模块包括微控制器U3、增益放大器U1、AD（模数）转换器U2；

所述微控制器U3具有两个PWM（脉宽调制）信号输出脚，该两个PWM信号输出脚分别为第一PWM信号输出脚P0、第二PWM信号输出脚P1；

所述传感线圈L1的一端接到微控制器U3的第一PWM信号输出脚P0，另一端串接一采样电阻R1到微控制器U3的第二PWM信号输出脚P1；

所述增益放大器U1为差分式放大器，增益放大器U1的两个差分信号输入端分别接到采样电阻R1的两端，增益放大器U1的两个差分信号输出端分别接到AD转换器U2的两个模拟信号输入端，AD转换器U2与微控制器U3通过数据总线相连。

本发明实施例为了简化电路设计，采用集成了微控制器、增益放\大器、AD转换器的微处理芯片作为主控制模块，具体采用的是型号为EFM32LG840F64的微处理芯片，本发明其它实施例中，主控制模块也可以采用能实现相同功能的其它微处理芯片，主控制模块也可以采用集成了微控制器、AD转换器的微处理芯片及单独的增益放大器芯片的组合，主控制模块也可以采用单独的微控制器芯片、单独的AD转换器芯片及单独的增益放大器芯片的组合。

本发明实施例中，所取采样电阻的阻值为2欧姆，微控制器的PWM信号输出脚所输出的PWM信号的频率为100KHz，励磁电流的控制目标为25±0.5mA，采样电阻两端的电压为50mV±1mV，增益放大器的放大倍数为3倍，对应的电压的控制目标为150±3mV，即采样信号经过增益放大器放大后，到达AD转换器的差分信号最大值约为150mV，AD转换器采用差分工作模式及1.25V基准源，其输出位为12bit，分辨率为0.61mV，使得励磁电流的测量精度可以达到0.4%。

本发明实施例的电磁流量计的励磁电路的励磁电流控制方法如下：

微控制器的PWM信号输出脚工作模式有两种，一种是PWM输出模式，另一种是推挽输出模式，微控制器的PWM信号输出脚设置为PWM输出模式时具有不少于25mA的源电流能力，设置为推挽输出模式时则具有不少于25mA的灌电流能力；

预先设定一个励磁电流控制范围（本例为25±0.5mA），并根据设定的励磁电流控制范围，设定一个采样电压控制范围（本例为150±3mV），及一个采样电压调整范围（本例为150±1mV），其中的采样电压调整范围为采样电压控制范围的子集；

微控制器工作时，将其中一个PWM信号输出脚设置为PWM输出模式，同时将另一个PWM信号输出脚设置为推挽输出模式，并将两个PWM信号输出脚的工作模式交替互换，来实现电流的流向控制；比如在某一时刻，第一PWM信号输出脚被设置为PWM输出模式，第二PWM信号输出脚则被设置为推挽输出模式并输出低电平，此时电流流向为从第一PWM信号输出脚出发，依次经传感线圈、采样电阻后到达第二PWM信号输出脚；在下一时刻，第一PWM信号输出脚被设置为推挽输出模式并输出低电平，而第二PWM信号输出脚则被设置为PWM输出模式，此时电流流向为从第二PWM信号输出脚出发，依次经采样电阻、传感线圈后到达第一PWM信号输出脚；

微控制器实时采集采样电阻两端的采样电压，采样电阻两端的采样电压通过增益放大器放大后进入AD转换器，经AD转换器转换后输入到微控制器，微控制器根据采样电压的电压值来调节PWM信号输出脚所输出的PWM信号的占空比，进而控制传感线圈的励磁电流大小；

当微控制器检测到采样电压值在预先设定的采样电压控制范围（150±3mV）内时，保持PWM信号输出脚所输出的PWM信号的当前占空比；

当微控制器检测到采样电压值大于预先设定的采样电压控制范围的上限值（153mV）时，逐步减小PWM信号输出脚所输出的PWM信号的占空比，使得传感线圈的励磁电流逐渐减小，采样电压也会随之逐渐减小，直至采样电压降至预先设定的采样电压调整范围（150±1mV）内后，保持PWM信号输出脚所输出的PWM信号的当前占空比；

当微控制器检测到采样电压值小于预先设定的采样电压控制范围的下限值（147mV）时，逐步增大PWM信号输出脚所输出的PWM信号的占空比，使得传感线圈的励磁电流逐渐增大，采样电压也会随之逐渐增大，直至采样电压升至预先设定的采样电压调整范围（150±1mV）内后，保持PWM信号输出脚所输出的PWM信号的当前占空比。

本发明实施例适合安装在电磁流量计中使用，电磁流量计通过本发明实施例的励磁电路，能实现对励磁电流的精确测量，对于励磁电流的要求较低，只要保证励磁电流的大小在一定的范围内即可，不需要固定在某一个值，在测量流速信号时，将流速信号电压除以励磁电流采样的信号电压，能有效消除励磁电流大小对流速信号测量的影响，当采样电压超出150±3mV时，通过调整PWM信号的占空比，将信号电压调整至150±1mV，而不是150±3mV，能避免在边界值上（例如153mV）出现反复调整的问题，增加励磁电流的稳定性。

Claims (2)

1.一种电磁流量计的励磁电路，包括传感线圈，其特征在于：还包括主控制模块，所述主控制模块包括微控制器、增益放大器、AD转换器；

所述微控制器具有两个PWM信号输出脚，该两个PWM信号输出脚分别为第一PWM信号输出脚、第二PWM信号输出脚；

所述传感线圈的一端接到微控制器的第一PWM信号输出脚，另一端串接一采样电阻到微控制器的第二PWM信号输出脚；

所述增益放大器为差分式放大器，增益放大器的两个差分信号输入端分别接到采样电阻的两端，增益放大器的两个差分信号输出端分别接到AD转换器的两个模拟信号输入端，AD转换器与微控制器通过数据总线相连。

2.根据权利要求1所述的电磁流量计的励磁电路的励磁电流控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

预先设定一个励磁电流控制范围，并根据设定的励磁电流控制范围，设定一个采样电压控制范围，及一个采样电压调整范围，其中的采样电压调整范围为采样电压控制范围的子集；

微控制器工作时，将其中一个PWM信号输出脚设置为PWM输出模式，同时将另一个PWM信号输出脚设置为推挽输出模式，并将两个PWM信号输出脚的工作模式按时序交替互换，来实现电流的流向控制；

微控制器实时采集采样电阻两端的采样电压，并根据采样电压的电压值来调节PWM信号输出脚所输出的PWM信号的占空比，进而控制传感线圈的励磁电流大小；

当微控制器检测到采样电压值在预先设定的采样电压控制范围内时，保持PWM信号输出脚所输出的PWM信号的当前占空比；

当微控制器检测到采样电压值大于预先设定的采样电压控制范围的上限值时，逐步减小PWM信号输出脚所输出的PWM信号的占空比，使得传感线圈的励磁电流逐渐减小，直至采样电压降至预先设定的采样电压调整范围内后，保持PWM信号输出脚所输出的PWM信号的当前占空比；

当微控制器检测到采样电压值小于预先设定的采样电压控制范围的下限值时，逐步增大PWM信号输出脚所输出的PWM信号的占空比，使得传感线圈的励磁电流逐渐增大，直至采样电压升至预先设定的采样电压调整范围内后，保持PWM信号输出脚所输出的PWM信号的当前占空比。

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