CN114485816A - 电磁水表低功耗同步励磁驱动技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，包括：励磁循环控制时序为“正负正”和“负正负”；正励磁驱动时，打开M1和M4场效应管，关断M2和M3场效应管，负励磁驱动时，打开M2和M3场效应管，关断M1和M4场效应管。本发明的有益效果是：低电压励磁驱动和同步励磁驱动的控制时序设计可以衰减微分干扰信号对流量信号的影响，结合斜率补偿算法可以有效的提高水表测量精度和重复性；不需要在检定状态下更改励磁驱动控制时序，保证第三方检定后电磁水表计量的准确性及公正性；有效的降低电磁水表的整体功耗，延长电磁水表内部锂电池工作年限，降低锂电池更换频率，减少对环境的影响。

Description

电磁水表低功耗同步励磁驱动技术
技术领域
本发明涉及励磁驱动技术领域，特别涉及电磁水表低功耗同步励磁驱动技术。
背景技术
电磁水表是基于法拉第电磁感应定律原理，为供水用水企业实际要求而专门设计的流量计量仪表，满足城市供水及水资源管理系统需求，适合大客户水计量和DMA分区计量，并提供大量存储数据，确保贸易结算准确，广泛应用于现场无电源供应的场所，如城市供水、污水处理、水利工程等，由于应用现场大多为无市电供电场所，因此目前大多数电磁水表采用内部锂电池供电。
在不考虑锂电池自放电及外部环境影响的情况下，电磁水表使用年限取决于电磁水表功耗，而电磁水表励磁驱动功能占总功耗的60％以上。
目前，电磁水表励磁驱动电压采用高电压驱动来保证励磁电流的稳定来提升计量精度级重复性，励磁驱动时序采用正励磁、负励磁循环切换方式，这种励磁时序保证信号的连续可靠，提高整体量程范围内的线性度。然而这种励磁驱动技术的功耗偏高，不能满足电磁水表长期稳定的运行。
例如，一种在中国专利文献上公开的“电磁水表及其自适应励磁电路”，其公告号：CN113494943A，其申请日：2020年04月08日，该发明能根据电磁水表不同的测量状态，及时调整励磁驱动电路的供电电压和励磁电流，保证电磁水表的正常测量精度的效果，但是使用的励磁驱动技术功耗偏高，不能满足电磁水表长期稳定的运行。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，能够衰减微分干扰信号对流量信号的影响，提高水表测量精度，降低电磁水表的整体功耗，延长电磁水表内部锂电池工作年限，适用于正常测量模式和检定模式。
以下是本发明的技术方案，电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，包括：
励磁循环控制时序为“正负正”和“负正负”；
正励磁驱动时，打开M1和M4场效应管，关断M2和M3场效应管，负励磁驱动时，打开M2和M3场效应管，关断M1和M4场效应管。
作为优选，还包括采用低电压驱动技术。降低了励磁驱动电路H桥场效应管上高压降产生的能量损耗，提高能量利用率，延长装置使用时间。
作为优选，还包括采用斜率补偿算法。减少低频干扰信号对流量信号的影响，提高测量精确性。
作为优选，所述正励磁驱动时，打开M1和M4场效应管，关断M2和M3场效应管，在正励磁结束的同时同步关闭M1和M4场效应管，使得励磁线圈内的电能通过D2二极管回收至励磁驱动电源，再打开M3场效应管，通过M3场效应使得励磁线圈电流方向与负励磁驱动方向一致。减少微分干扰信号，减少反向充能时间。
作为优选，所述负励磁驱动时，打开M2和M3场效应管，关断M1和M4场效应管，在负励磁结束的同时同步关闭M2和M3场效应管，使得励磁线圈内的电能通过D1二极管回收与励磁驱动电源，再打开M4场效应管，通过M4场效应使得励磁线圈电流方向与正励磁驱动方向一致。减少微分干扰信号，减少反向充能时间。
作为优选，所述正励磁驱动和负励磁驱动切换时，回收励磁线圈中的剩余电能。
作为优选，所述励磁循环控制时序适用于正常测量模式和检定模式。不需要在检定状态下更改励磁驱动控制时序，保证第三方检定后电磁水表计量的准确性及公正性。
作为优选，所述正励磁驱动和负励磁驱动切换时，引起的微分干扰信号少。降低励磁驱动时间，提高测量效率和精度。
作为优选，所述正励磁驱动和负励磁驱动切换后，反向充能时间减少。降低励磁驱动时间，提高测量效率和精度。
作为优选，还包括励磁驱动电路为H桥电路。便于驱动和控制。
本发明的有益效果是：
1、低电压励磁驱动和同步励磁驱动的控制时序设计可以衰减微分干扰信号对流量信号的影响，结合斜率补偿算法可以有效的提高水表测量精度和重复性；
2、不需要在检定状态下更改励磁驱动控制时序，保证第三方检定后电磁水表计量的准确性及公正性；
3、有效的降低电磁水表的整体功耗，延长电磁水表内部锂电池工作年限，降低锂电池更换频率，减少对环境的影响。
附图说明
图1本发明提供的同步励磁驱动循环控制时序图。
图2本发明提供的励磁驱动电路图。
图3本发明提供的电磁水表在某固定流量下受低频干扰噪声影响的原始信号图。
图4本发明提供的不同励磁驱动控制时序下的微分干扰信号对比图。
图5本发明提供的正励磁、负励磁循环控制时序图。
图6本发明提供的“正零负零”励磁循环控制时序图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。另外，为了更好的说明本发明，在下文中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段未做详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
实施例：如图1所示，电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，通过“正负正”和“负正负”的励磁循环控制时序，结合斜率补偿算法，在励磁切换时实现同步励磁H桥能量回收，衰减励磁切换产生的微分干扰信号，降低励磁驱动时间。
如图2所示，励磁驱动H桥电路，在正励磁驱动时，打开M1和M4场效应管，关断M2和M3场效应管，在正励磁结束的同时同步关闭M1和M4场效应管，使得励磁线圈内的电能通过D2二极管回收至励磁驱动电源，之后再打开M3场效应管，通过M3场效应使得励磁线圈电流方向与负励磁驱动方向一致，减少励磁切换后负励磁驱动后的反向充能时间，有效降低微分干扰，从而降低整体负励磁驱动时间。
在负励磁驱动时，打开M2和M3场效应管，关断M1和M4场效应管，在负励磁结束的同时同步关闭M2和M3场效应管，使得励磁线圈内的电能通过D1二极管回收与励磁驱动电源，之后再打开M4场效应管，通过M4场效应使得励磁线圈电流方向与正励磁驱动方向一致，减少励磁切换后正励磁驱动后的正向充能时间，有效降低微分干扰，从而降低整体正励磁驱动时间。
励磁驱动电路采用低电压驱动技术，降低了励磁驱动电路H桥场效应管上高压降产生的能量损耗。
同步励磁驱动的控制时序设计，在励磁切换的时候回收励磁线圈中的剩余电能，励磁驱动时间降低，从而降低整机功耗，延长电磁水表锂电池使用年限。
如图3所示，电磁水表在某固定流量下受低频干扰噪声影响的原始信号，采用现有技术中正励磁、负励磁循环控制时序，流量算式为：
S＝S0-S1，
上式中，S为流量，S0为正励磁流量，S1为负励磁流量。
现有技术中正励磁、负励磁循环控制时序，受低频干扰噪声影响，在低频干扰噪声信号斜率为正的时候流量变小，在低频干扰噪声信号斜率为负的时候流量变大，流量计量结果失真。
本申请提出低功耗同步励磁驱动技术，通过“正负正”和“负正负”的励磁循环控制时序，结合斜率补偿算法，减少低频干扰信号对流量信号的影响，流量算式为：
Sz＝(S2+S4)/2-S3，
Sf＝S6-(S5+S7)/2，
上式中，Sz为“正负正”励磁流量，S2为“正负正”励磁段中首个正励磁流量，S4为“正负正”励磁段中第二个正励磁流量，S3为“正负正”励磁段中负励磁流量，Sf为“负正负”励磁流量，S5为“负正负”励磁段中首个负励磁流量，S7为“负正负”励磁段中第二个负励磁流量，S6为“负正负”励磁段中正励磁流量。
本申请提出低功耗同步励磁驱动技术，有效抑制电磁水表低频干扰噪声对计量的影响，提高电磁水表的计量精度及测量范围内的线性度，并且该励磁时序可以同步适用于正常测量模式和检定模式，保证了检定后电磁水表计量的准确性及公正性。
如图4所示，为不同励磁驱动控制时序下励磁切换产生的微分干扰信号对比图，通过现场实际测试，采用本申请提出的低功耗同步励磁驱动技术的产生微分干扰噪声最小。同步励磁驱动的控制时序设计，衰减励磁切换引起的微分干扰信号减少，从而降低整机功耗，延长电磁水表锂电池使用年限。
现有技术中，励磁控制时序存在以下技术问题。
如图5所示“正负励磁循环控制时序”应用于电磁水表中会有以下问题：励磁切换产生的微分干扰信号较大，需要长时间的稳定时间，功耗偏高；正常测量模式和检定模式下的时序不一致会导致正常测量模式下计量偏差。
如图6所示，为了降低励磁切换产生的微分干扰信号对流量信号的影响，采用“零正零负”励磁循环控制时序，该励磁时序通过在正负励磁之间添加零励磁的方式，降低正负励磁切换时的电压幅值从而降低微分干扰信号，但添加了零励磁，使得整个励磁驱动时间加长，提高整机功耗。
本申请采用的电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，可以衰减微分干扰信号对流量信号的影响，结合斜率补偿算法可以有效的提高水表测量精度和重复性，并且不需要在检定状态下更改励磁驱动控制时序，保证第三方检定后电磁水表计量的准确性及公正性，能有效的降低电磁水表的整体功耗，延长电磁水表内部锂电池工作年限，降低锂电池更换频率，减少对环境的影响。
以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，其特征在于，包括：
励磁循环控制时序为“正负正”和“负正负”；
正励磁驱动时，打开M1和M4场效应管，关断M2和M3场效应管，负励磁驱动时，打开M2和M3场效应管，关断M1和M4场效应管。
2.根据权利要求1所述的电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，其特征在于，还包括采用低电压驱动技术。
3.根据权利要求1所述的电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，其特征在于，还包括采用斜率补偿算法。
4.根据权利要求1所述的电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，其特征在于，所述正励磁驱动时，打开M1和M4场效应管，关断M2和M3场效应管，在正励磁结束的同时同步关闭M1和M4场效应管，使得励磁线圈内的电能通过D2二极管回收至励磁驱动电源，再打开M3场效应管，通过M3场效应使得励磁线圈电流方向与负励磁驱动方向一致。
5.根据权利要求1所述的电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，其特征在于，所述负励磁驱动时，打开M2和M3场效应管，关断M1和M4场效应管，在负励磁结束的同时同步关闭M2和M3场效应管，使得励磁线圈内的电能通过D1二极管回收与励磁驱动电源，再打开M4场效应管，通过M4场效应使得励磁线圈电流方向与正励磁驱动方向一致。
6.根据权利要求1或5所述的电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，其特征在于，所述正励磁驱动和负励磁驱动切换时，回收励磁线圈中的剩余电能。
7.根据权利要求1所述的电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，其特征在于，所述励磁循环控制时序适用于正常测量模式和检定模式。
8.根据权利要求6所述的电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，其特征在于，所述正励磁驱动和负励磁驱动切换时，引起的微分干扰信号少。
9.根据权利要求4或5所述的电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，其特征在于，所述正励磁驱动和负励磁驱动切换后，反向充能时间减少。
10.根据权利要求1所述的电磁水表低功耗同步励磁驱动技术，其特征在于，还包括励磁驱动电路为H桥电路。
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