CN104568033B - 高频励磁装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高频励磁装置，所述高频励磁装置用于向励磁线圈提供励磁电流，从而给被测浆液流体提供周期变化的磁场，所述高频励磁装置包括：恒流源电路、励磁电路与时序产生电路，所述励磁电路包括H桥电路与励磁线圈，所述励磁线圈电连接在所述H桥电路中端，所述恒流源电路连接所述H桥电路高端，通过采用可调线性低压电源对所述励磁线圈供电，所述时序产生电路用于根据数字信号处理器产生时序，以控制所述励磁电路开启与关闭。本发明将可调输出线性调整器U1配置成恒流源使用，通过将恒流源连接在所述H桥电路高端，根据恒流建立时间较长出现的电流尖峰现象，利用电流尖峰实现了低压高频励磁，降低了励磁电路发热功率，提高了可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁流量计技术，特别是涉及一种应用于电磁流量计上的高频励磁装置。
背景技术
电磁流量计通过线圈将磁场施加给被测流体，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，从而实现流量测量。当前，励磁方式主要是低频励磁方式，即有恒流源给励磁线圈供电，不断的切换励磁线圈中电流的方向，使得励磁电流在正负恒定值之间周期的变化。在励磁电流恒定期间，电磁流量传感器输出信号能够获得稳定的零点。
然而，为了实现对浆液流体的测量以及提高流量计的动态响应性能，必须提高电磁流量计的励磁频率，这样周期变短，励磁电流就不容易进入稳态，从而传感器输出信号就不宜获得稳态的零点；以及在采用高低压切换励磁过程中，开启初期采用高压励磁，通过提高励磁电流变化率，使得励磁电流快速达到稳态；当所述励磁电流达到稳态后，关闭高压，采用低压励磁。然而，在上述整个励磁过程中，由于励磁方向快速切换，导致感应电动势应力大，使得电路发热量严重，可靠性降低。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高频励磁装置，用于解决现有技术中采用高低压切换励磁过程中，开启初期采用高压励磁，通过提高励磁电流变化率，使得励磁电流快速达到稳态而引起感应电动势应力大、电路发热量严重而引起的可靠性降低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高频励磁装置，所述高频励磁装置用于向励磁线圈提供励磁电流，从而给被测浆液流体提供周期变化的磁场，其中，所述高频励磁装置包括：恒流源电路、励磁电路与时序产生电路，所述励磁电路包括H桥电路与励磁线圈，所述励磁线圈电连接在所述H桥电路中端，所述恒流源电路连接所述H桥电路高端，通过采用可调线性低压电源对所述励磁线圈供电，所述时序产生电路用于根据数字信号处理器产生时序，以控制所述励磁电路开启与关闭。
优选地，所述恒流源电路包括低压线性电源U1、电阻R1与二极管D5，所述二极管D5的正极连接所述低压线电源U1的输出端，所述二极管D5的负极连接所述低压线电源U1的输入端；所述低压线性电源U1的输出端与调节端之间连接电阻R1。
优选地，所述恒流源电路与所述H桥电路之间还连接吸收电路Z1，所述吸收电路Z1用于限制恒流源输出过压。
优选地，所述励磁电路中H桥电路高端由三极管T1与三极管T2组成，所述励磁电路中所述H桥电路低端由N沟道MOS管Q3与N沟道MOS管Q4组成，所述三极管T1与所述三极管T2分别对应连接所述二极管D1与所述二极管D2，其中，所述二极管D1的正极连接所述三极管T1的集电极，所述二极管D1的负极连接所述三极管T1的发射极；所述二极管D2的正极连接所述三极管T2的集电极，所述二极管D2的负极连接所述三极管T2的发射极。
优选地，所述H桥电路上设有限流电阻R2，其中所述限流电阻R2串联在所述H桥电路低端与接地端之间。
优选地，在所述H桥电路中端，所述励磁线圈的两端并联保护二极管D3与保护二极管D4，所述保护二极管D3的正极与所述保护二极管D4正极相连，所述保护二极管D3与所述保护二极管D4的负极分别连接所述励磁线圈两端，其中，所述保护二极管D3与所述保护二极管D4节点之间接地。
优选地，所述时序产生电路包括核心控制部件数字信号处理芯片U2，多路开关芯片U3；其中，所述数字信号处理芯片U2型号为TMS320F2812，所述多路开关芯片U3型号为CBT3257A，所述数字信号处理芯片U2上外设发出励磁控制信号，结合多路开关产生励磁时序，控制励磁电路；所述数字信号处理芯片U2的第45脚、第51脚、第53脚和第55脚分别与所述多路开关芯片U3第15脚、第9脚、第12脚和第1脚对应连接；所述多路开关芯片U3的第10脚、第11脚、第12脚和第13脚分别对应所述励磁电路中S4、S3、S2和S1输入时序控制信号连接。
如上所述，本发明的高频励磁装置，具有以下有益效果：
通过在整个高频励磁装置中使用保护二极管，杜绝了在励磁过程中因为负电势引起续流而导致三极管被反向击穿的现象；通过所述恒流源电路与H桥电路增加了电压吸收电路，防止了所述恒流源电压输出过大损坏电子器件；通过将可调输出线性调整器U1配置成恒流源使用，通过将恒流源连接在所述H桥电路高端，根据恒流建立时间较长出现的电流尖峰现象，利用电流尖峰实现了低压高频励磁，降低了励磁电路发热功率，提高了可靠性。
附图说明
图1显示为本发明高频励磁装置的电路结构示意图；
图2显示为本发明高频励磁装置中时序产生电路结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明的思想是：采用大功率可调输出线性调整器，将其配置成恒流器件使用，根据主调整管PN截面积大，寄生电容效应强、频率特性低，通过时序产生电路定时产生电平高、电平低的控制信号，利用电流尖峰结合励磁电路控制励磁过程，保证励磁电流在每个励磁方向区间内都能进入稳态，进而保证零点稳定性。
如图1所示，本发明提供一种高频励磁装置的电路结构示意图；
所述高频励磁装置用于向励磁线圈提供励磁电流，从而给被测浆液流体提供周期变化的磁场，所述高频励磁装置包括：恒流源电路、励磁电路与时序产生电路，所述励磁电路包括H桥电路与励磁线圈，所述励磁线圈电连接在所述H桥电路中端，所述恒流源电路连接所述H桥电路高端，通过采用可调线性低压电源对所述励磁线圈供电，所述时序产生电路用于根据数字信号处理器产生时序，控制励磁电路动作。
其中，所述恒流源电路包括低压线性电源U1、电阻R1与二极管D5，所述二极管D5的正极连接所述低压线电源U1的输出端，所述二极管D5的负极连接所述低压线电源U1的输入端；所述低压线性电源U1的输出端与调节端之间连接电阻R1；所述低压线性电源U1的输出端与调节端之间连接电阻R1。
在本实例中，通过在整个高频励磁装置中使用保护二极管，杜绝了在励磁过程中因为负电势引起续流而导致三极管被反向击穿的现象；通过所述恒流源电路与H桥电路增加了电压吸收电路，防止了所述恒流源电压输出过大损坏电子器件；通过将可调输出线性调整器U1配置成恒流源使用，通过将恒流源连接在所述H桥电路高端，根据恒流建立时间较长出现的电流尖峰现象，利用电流尖峰实现了低压高频励磁，降低了励磁电路发热功率，提高了可靠性。
其中，所述恒流源电路与所述H桥电路之间还连接吸收电路Z1，所述吸收电路Z1用于限制恒流源输出过压。
在本实例中，所述吸收电路Z1优选为齐纳二极管，也可以为并联RC电路、并联RCD电路等。
优选地，所述励磁电路中H桥电路高端由三极管T1与三极管T2组成，所述励磁电路中所述H桥电路低端由N沟道MOS管Q3与N沟道MOS管Q4组成，所述三极管T1与所述三极管T2分别对应连接所述二极管D1与所述二极管D2，其中，所述二极管D1的正极连接所述三极管T1的集电极，所述二极管D1的负极连接所述三极管T1的发射极；所述二极管D2的正极连接所述三极管T2的集电极，所述二极管D2的负极连接所述三极管T2的发射极。
在本实例中，通过三极管T1、三极管T2、N沟道MOS管Q3、N沟道MOS管Q4组成H桥电路，其中，在所述三极管T1、三极管T2内部发射极与集电极之间(简称射集极)反向并联保护二极管D1、保护二极管D2；所述H桥电路上端连接恒流源。
优选地，所述H桥电路上设有限流电阻R2，其中所述限流电阻R2串联在所述H桥电路低端与接地端之间。
其中，所述限流电阻R2防止在反向励磁开启之前，因为N沟道MOS管Q3与N沟道MOS管Q4导通后，两个N沟道MOS管电流互抵，无法实现通道。
优选地，在所述H桥电路中端，所述励磁线圈的两端并联保护二极管D3与保护二极管D4，所述保护二极管D3的正极与所述保护二极管D4正极相连，所述保护二极管D3与所述保护二极管D4的负极分别连接所述励磁线圈两端，其中，所述保护二极管D3与所述保护二极管D4节点之间接地。
在本实例中，所述H桥电路终端并联保护二极管D3与保护二极管D4，所述二极管D3在反向感应电动势时，根据线圈反向产生感应电动势，在节点1与节点2形成电势差，其中节点1为负电势，约为-0.7v，导致二极管D3导通，而在节点2产生高电势，通过二极管D2与MOS管Q4导通，实现分流的续流，防止三极管被反向击穿。
优选地，所述时序产生电路包括核心控制部件数字信号处理芯片U2，多路开关芯片U3；其中，所述数字信号处理芯片U2型号为TMS320F2812，所述多路开关芯片U3型号为CBT3257A，其中，能实现U2与U3同等功能的替换芯片也可以，例如TMS320F系列。所述数字信号处理芯片U2上外设发出励磁控制信号，结合多路开关产生励磁时序，控制励磁电路；所述数字信号处理芯片U2的第45脚、第51脚、第53脚和第55脚分别与所述多路开关芯片U3第15脚、第9脚、第12脚和第1脚对应连接；所述多路开关芯片U3的第10脚、第11脚、第12脚和第13脚分别对应所述励磁电路中S4、S3、S2和S1输入时序控制信号连接。
如图2所示，本发明高频励磁装置中时序产生电路结构示意图。需要说明的是，以下描述以及本文中相关地方关于的芯片管脚的顺序以现行芯片厂商发行的芯片的工作说明(Date sheet)中所采用的芯片管脚的顺序为准。
在本实例中，所述数字信号处理芯片U2为H桥电路的S1至S4，提供控制信号；实现高频励磁，由数字信号处理芯片U2、多路开关芯片U3及四个连接在多路开关输出端口的下拉电阻(R3至R6)组成。其中，两个芯片的电源端接电源，接地端接地，所述数字信号处理芯片U2输出高电平，U2先发出使能信号CBT-OEn使能U3。
当高频励磁时，U2的第51脚GPIOB6-T2PWM-T2CMP始终发出高电平控制信号CE-SIG1，U2的第53脚GPIOB7-T3PWM-T3CMP始终发出高电平控制信号CE-SIG2；U2的定时器GPtimer4控制U2的第55脚GPIOB7-T4PWM-T4CMP发出PWM波CE-DIR上输入至U3引脚1(S)，切换到U3通道。当CE-DIR为低电平时，CE-SIG与CES1接通，使得U3的引脚11(3B1)为高电平，由于U3的引脚10(3B2)的电阻R4下拉作用为低电平；当CE-DIR为高电平时，CE-SIG与CES2接通，使得U3的引脚10(3B2)为高电平，U3引脚11(3B1)电阻R4下拉作用为低电平；同理，CE-DIR2与CE-DIR1时序信号相同，依次不断地切换，产生控制时序信号S1至S4。
当S1为低电平，S2为高电平，三极管T1导通，三极管T2截止；当S3为高电平，S4为低电平时，励磁电流经过三极管T1，在经过线圈，最后通过N沟道MOS管Q4完成励磁；当S1与S2同时为高电平时，S3与S4同时为低电平，则三极管T1与三极管T2截止，N沟道MOS管Q3与N沟道MOS管Q4导通，线圈瞬间产生一个反向感生电动势。
综上所述，本发明通过在整个高频励磁装置中使用保护二极管，杜绝了在励磁过程中因为负电势引起续流而导致三极管被反向击穿的现象；通过所述恒流源电路与H桥电路增加了电压吸收电路，防止了所述恒流源电压输出过大损坏电子器件；通过将可调输出线性调整器U1配置成恒流源使用，通过将恒流源连接在所述H桥电路高端，根据恒流建立时间较长出现的电流尖峰现象，利用电流尖峰实现了低压高频励磁，降低了励磁电路发热功率，提高了可靠性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种高频励磁装置，其特征在于，所述高频励磁装置用于向励磁线圈提供励磁电流，从而给被测浆液流体提供周期变化的磁场，其中，所述高频励磁装置包括：恒流源电路、励磁电路与时序产生电路，所述励磁电路包括H桥电路与励磁线圈，所述励磁线圈电连接在所述H桥电路中端，所述恒流源电路连接所述H桥电路高端，通过采用可调线性低压电源对所述励磁线圈供电，所述时序产生电路用于根据数字信号处理器产生时序，以控制所述励磁电路开启与关闭；
在所述H桥电路中端，所述励磁线圈的两端并联保护二极管D3与保护二极管D4，所述保护二极管D3的正极与所述保护二极管D4正极相连，所述保护二极管D3与所述保护二极管D4的负极分别连接所述励磁线圈两端，其中，所述保护二极管D3与所述保护二极管D4节点之间接地。
2.根据权利要求1所述的高频励磁装置，其特征在于，所述恒流源电路包括低压线性电源U1、电阻R1与二极管D5，所述二极管D5的正极连接所述低压线电源U1的输出端，所述二极管D5的负极连接所述低压线电源U1的输入端；所述低压线性电源U1的输出端与调节端之间连接电阻R1。
3.根据权利要求2所述的高频励磁装置，其特征在于，所述恒流源电路与所述H桥电路之间还连接吸收电路Z1，所述吸收电路Z1用于限制恒流源输出过压。
4.根据权利要求1所述的高频励磁装置，其特征在于，所述励磁电路中H桥电路高端由三极管T1与三极管T2组成，所述励磁电路中所述H桥电路低端由N沟道MOS管Q3与N沟道MOS管Q4组成，所述三极管T1与所述三极管T2分别对应连接所述二极管D1与所述二极管D2，其中，所述二极管D1的正极连接所述三极管T1的集电极，所述二极管D1的负极连接所述三极管T1的发射极；所述二极管D2的正极连接所述三极管T2的集电极，所述二极管D2的负极连接所述三极管T2的发射极。
5.根据权利要求4所述的高频励磁装置，其特征在于，所述H桥电路上设有限流电阻R2，其中所述限流电阻R2串联在所述H桥电路低端与接地端之间。
6.根据权利要求1所述的高频励磁装置，其特征在于，所述时序产生电路包括核心控制部件数字信号处理芯片U2，多路开关芯片U3；其中，所述数字信号处理芯片U2型号为TMS320F2812，所述多路开关芯片U3型号为CBT3257A，所述数字信号处理芯片U2上外设发出励磁控制信号，结合多路开关产生励磁时序，控制励磁电路；所述数字信号处理芯片U2的第45脚、第51脚、第53脚和第55脚分别与所述多路开关芯片U3第15脚、第9脚、第12脚和第1脚对应连接；所述多路开关芯片U3的第10脚、第11脚、第12脚和第13脚分别对应连接所述励磁电路中S4、S3、S2和S1输入时序控制信号连接。
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