CN111579009A - 一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，涉及电磁流量计的技术领域，包括CPU、励磁模块、恒流源模块和电源模块，CPU通过输出PWM的脉宽控制恒流源模块输出不同的励磁电流，励磁模块采用电机驱动芯片替代了复杂的桥电路，使电路简单化，可靠性好，调试维修方便，成本低，通过软件配置实现励磁电流可调，使励磁电压低至3V，实现内置锂电池供电，较小体积，节约成本；CPU控制励磁模块产生励磁方波，同步检测励磁电流反馈值，用于对流量参数进行修正，提高测量精度。

Description

一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器

技术领域

本发明涉及门锁的技术领域，具体涉及一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器。

背景技术

电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律--导电液体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中产生感应电势，其感应电势E＝KBVD，式中K为仪表系数，B为磁感应强度，V为测量管道截面内的平均流速，D为测量管道截面的内径，可以看出，当K、B、D一定时，E与V成正比。测量流量时，导电性液体以流速V流过垂直于流动方向的磁场，导电性液体的流动在测量电极上感应出一个与平均流速成正比的电压，其感应电压信号通过一对与液体直接接触的电极检出，通过滤波，放大等处理后送单片机分析计算就可得到需要的流量值。电磁流量计包含传感器和转换器两个部分，当传感器生产完成后，E＝KBVD式中的K、D被固定了。在制造电磁流量计时，为了使电磁流量计能测量更小的流速V，我们理想的情况是磁感应强度越大越好；因为B＝K1NI，(N为励磁线圈的匝数，I为励磁电流，K1为系数，与两个励磁线圈的形状、安装距离、内部铁芯等等因素有关，也与制造工艺有关)。当K1固定后，磁感应强度B与励磁线圈的匝数成正比，理论上励磁线圈的匝数越多越好，但匝数越多所用的漆包线就越多，成本就越高，电阻就越大，发热就越多。因此不能无限的增加励磁线圈N来增加磁感应强度B。在励磁线圈N固定的情况下，励磁电流I越大越好，同样励磁电流I越大功耗就越高，所用的元器件就越贵，生产成本就越高，于是厂家将励磁电流分为几个等级来进行生产，但这种通过硬件调整励磁电流的方式，对电磁流量计生产厂家来说极不方便；另外，流量计通常采用外供电(220V或24V)，而现实中因为种种原因会产生短时间失电的情况(临时停电)，这段时间因为电磁流量计失去供电，无法工作，造成计量损失，因此特别需要一种备用电池，在外供电临时断电后给仪表提供电源，保证正常的计量。常见的手机可充电锂电池经济实惠，但因电压低，无法被电磁流量计使用，主要原因是电磁流量计的励磁电压较高(通常为24V)，到目前为止国内尚无一家电磁流量计内置备用电池，而如果采用外置的方式，则需要配备2个12V/12AH的电瓶作为备用电源，体积大，成本高，并且是外置，使用起来很不方便。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，包括CPU、励磁模块、恒流源模块和电源模块，所述CPU、励磁模块、恒流源模块与电源模块相互电连接。

作为优选，CPU通过管脚输出PWM的脉宽控制恒流源模块的电流，通过编程改变PWM的脉宽，控制恒流源模块根据不同的脉宽输出不同的恒流源，该恒流源给励磁模块提供电源，从而得到不同的励磁电流。

作为优选，所述励磁模块的励磁电压可以低至3V，该励磁电压通过恒流源模块升压，从而输出满足条件的恒流源。

作为优选，所述CPU控制励磁模块产生励磁方波，同步检测励磁电流反馈值，并与设定的励磁电流对比，从而对流量参数进行修正。

作为优选，所述CPU(1)为单片机。

作为优选，所述励磁模块由电机驱动芯片U103、接线端子J100和取样电阻R103组成。

作为优选，所述的取样电阻R103需采用低温漂高精度且阻值小的电阻，功率不小于0.5W。

作为优选，所述恒流源模块(3)由驱动芯片和外部电路组成。

本发明提供了一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，具备以下有益效果：

(1)、CPU通过管脚输出PWM的脉宽控制恒流源模块的电流，通过编程改变PWM的脉宽，控制恒流源模块根据不同的脉宽输出不同的恒流源，该恒流源给励磁模块提供电源，从而得到不同的励磁电流，这就使得所述励磁模块的励磁电压可以低至3V，就能通过恒流源模块升压，输出满足条件的恒流源，而3V的低电压使得采用3.7V的锂电池供电成为可能，锂电池可内置在电磁流量计中，体积小，成本低，当外部供电断电时，锂电池进行供电，保证流量计使用，当外部恢复供电时，又能对锂电池进行充电，补充消耗的电量，达到持续使用的目的，十分方便；

(2)、励磁电流可以通过软件配置实现可调，无需通过硬件调节，方便生产；

(3)、CPU控制励磁模块产生励磁方波，同步检测励磁电流反馈值，用于对流量参数进行修正，提高测量精度；

(4)、所述励磁模块由电机驱动芯片U103、接线端子J100和取样电阻R103组成，励磁模块采用电机驱动芯片替代了复杂的桥电路，使电路简单化，可靠性好，调试维修方便，成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，包括CPU1、励磁模块2、恒流源模块3和电源模块4，所述CPU1、励磁模块2、恒流源模块3与电源模块4相互电连接。

如图2所示，CPU1选用型号为C8051F350的单片机(U101)。此单片机内置24AD转换器，且放大倍数可以选择1倍、2倍、4倍、8倍、16倍、32倍、64倍、128倍，测量通道可以自动校准，消除系统误差、可以得到非常高的测量精度。

励磁模块(2)选用型号为RZ7899的芯片(U103)，RZ7899是一款DC双向马达驱动电路，有两个逻辑输入端子用来控制电机前进、后退及制动；该电路具有良好的抗干扰性，微小的待机电流(小于2uA)、较低的输出内阻；同时，他还具有内置二极管，能释放感性负载的反向冲击电流，工作电压范围宽3.0V～25V。电磁流量计的励磁对象正是两个串联的感性线圈，与马达的特性一样，励磁电流正好是正反向不断翻转的低频方波；电压一般在8-20V之间，与这个芯片的特性完全吻合。用单片RZ7899芯片替代复杂的桥电路，使得复杂的励磁电路非常简单。这样的电路可靠性好，调试维修方便，成本非常便宜。此芯片还具有过热保护、过流嵌流及短路保护。

恒流源模块3选用型号为BP1808LED的驱动芯片(U102)，这颗芯片可以使用3.0～60V电压，输出1A之内的恒流；可以通过PWM方式控制输出恒流的大小，此外BP1808LED具有多重保护功能，包括过流保护、输入欠压保护、输出过压保护、芯片过热调节等。

具体实施方法为：U101的第17脚与U102的第3脚连接，U101的第13脚与U103的第1脚连接，U101的第14脚与U103的第2脚连接，U101的第2脚与U103的第3脚连接；U103的第3脚通过取样电阻R103接地，R103选用温漂系数为25ppm、精度为0.1％、阻值为1欧、功率为0.5W的电阻，U103的第4脚与U102的第8脚连接，U103的第5脚与第6脚连接后与J100的第1脚连接，U103的第7脚与第8脚连接后与J100的第2脚连接，J100接电磁流量计传感器的励磁线圈；恒流源模块3以U102加上外围电路形成恒流源，所述恒流源模块3包括驱动芯片U102，电容EC8、电感L4、快恢复二极管D10、滤波电容C64、滤波电容C58、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电容C25、比较电容C55，所述驱动芯片U102选用BP1808，这颗芯片的输入/输出电压范围可达3V-60VDC；该驱动芯片U102的第5脚分别与所述电感L4的另一端和快恢复二极管D10的正端连接，第6脚经过滤波电容C64接地，第3脚经过滤波电容C58接地，第4脚直接接地，第7脚分别与快恢复二极管D10的负端、电阻R105、电阻R106及电容C25的一端连接，第1脚分别与电阻R107的一端及电阻R106的另一端连接，第2脚经过比较电容C55接地，第8脚分别与电阻R105的另一端连接；所述电容C25的另一端接地；所述电阻R107的另一端接地。为了安全运行，电阻R106选用200K，电阻R107选用10K，把电压限制在DC24V之内；电阻R105选用0.4欧，把输出电流限制在500mA范围内(200/0.4)，通过这个电路给励磁模块(2)提供500mA以下的恒流源。

工作时通过软件配置，使得U101的第17脚输出1KHz频率的PWM(脉冲波)，随着PWM的脉宽不同，U102的第8脚输送给U103的第四脚不同的恒定电流，PWM的脉宽最大时恒定电流为500mA；PWM的脉宽为50％时输出的恒定电流为250mA；PWM的脉宽为25％时，输出的恒定电流为125mA,这个是完全的正比例关系，因此，只要通过软件设定励磁电流的脉宽时，你就会得到你需要的励磁电流值。U103这颗芯片可以接受3V～60VDC的输入电压，根据输出恒流源的需要，自动工作在升降压模式，保证输出恒流源所需要的电压。因此可以直接使用3.7V的可充电电池作为备用电源，在临时断电时提供给电磁流量计工作6个小时，在外供电恢复时，外供电再给可充电电池补充电量，成本低，体积小，能做到内置，使用方便，大大增加了计量电磁流量计的用电安全性。

误差修正方法如下：所述装置中当U101的13脚位为高电平，U101的14脚位为低电平时，U103会给J100的第1脚输出高电平，U103会给J100的第2脚输出低电平，因此在与J100连接的励磁线圈形成一个正向电流，这个电流的大小有恒流源模块3给定。当U101的14脚位为高电平，U101的13脚位为低电平时，U103会给J100的第2脚输出高电平，U103会给J100的第2脚输出低电平，因此在与J100连接的励磁线圈形成一个反向电流。控制U101的13脚和24脚的输出翻转频率，就可得到需要的励磁方波，通常为6.25Hz。励磁电流通过取样电阻R103回到负极，这样取样电阻R103两端就会得到一个励磁电流的反馈值，(励磁电流如果是150mA，根据欧姆定律这里的电压就是0.15V)这个值接入CPU1的24位AD(U101的第二脚)，经过内部放大16倍，得到一个2.4V的反馈电压。任何因素引起的励磁电流变化都会反应到这个反馈电压上，经过CPU的自动修改，可以消除励磁电流变化带来的流量测量误差，得到更高的测量精度。需要说明的是：1、取样电阻R103选择很重要，阻值大会消耗能量，环境因素也会影响取样电阻R103的阻值变化，带来的反馈电压不精准，就无法起到修正的作用。因此建议选用低温漂高精度且阻值小的电阻，这里的励磁电流比较大，R103功率选择应不小于0.5W；2、电磁修正是小范围的修正(5％以内)，超过了5％应查找其他原因，不能完全依赖于修正校准，以免造成更大流量测量的误差出现。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，其特征在于：包括CPU(1)、励磁模块(2)、恒流源模块(3)和电源模块(4)，所述CPU(1)、励磁模块(2)、恒流源模块(3)与电源模块(4)相互电连接。

2.根据权利要求1所述的一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，其特征在于：CPU(1)通过管脚输出PWM的脉宽控制恒流源模块(3)的电流，通过编程改变PWM的脉宽，控制恒流源模块(3)根据不同的脉宽输出不同的恒流源，该恒流源给励磁模块(2)提供电源，从而得到不同的励磁电流。

3.根据权利要求2所述的一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，其特征在于：所述励磁模块(2)的励磁电压可以低至3V，该励磁电压通过恒流源模块(3)升压，从而输出满足条件的恒流源。

4.根据权利要求1所述的一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，其特征在于：所述CPU(1)控制励磁模块(2)产生励磁方波，同步检测励磁电流反馈值，并与设定的励磁电流对比，从而对流量参数进行修正。

5.根据权利要求1所述的一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，其特征在于：所述CPU(1)为单片机。

6.根据权利要求1所述的一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，其特征在于：所述励磁模块(2)由电机驱动芯片、接线端子J100和取样电阻R103组成。

7.根据权利要求6所述的一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，其特征在于：所述的取样电阻R103需采用低温漂高精度且阻值小的电阻，功率不小于0.5W。

8.根据权利要求1所述的一种低电压可调励磁电流的电磁流量计转换器，其特征在于：所述恒流源模块(3)由驱动芯片和外部电路组成。

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