CN209102159U - 一种励磁电路和电磁流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种励磁电路和电磁流量计。该励磁电路包括脉宽调制模块、滤波转换模块、励磁模块和控制器；脉宽调制模块与滤波转换模块电连接，脉宽调制模块向滤波转换模块提供脉宽调制波信号；滤波转换模块将脉宽调制波信号进行滤波同时转换为直流信号；滤波转换模块与励磁模块电连接，励磁模块包括励磁线圈，励磁线圈在直流信号下产生正向励磁磁场或反向励磁磁场；控制器采集励磁线圈的直流信号并根据励磁线圈的直流信号的大小反馈控制脉宽调制模块调节输出脉宽调制波信号的占空比。本实用新型提供的励磁电路可以根据励磁线圈实际阻抗调节励磁电流，保证其他元器件处于较低的功耗，避免温度升高对电路测量精度的影响。

Description

一种励磁电路和电磁流量计

技术领域

本实用新型实施例涉及流量测量技术领域，尤其涉及一种励磁电路和电磁流量计。

背景技术

电磁流量计是一种用于测量导电流体流量的仪表。电磁流量计中设置有励磁电路，用来产生励磁电流，以激励励磁线圈产生磁场。流体在测量导管中做切割该励磁线圈产生的磁场磁感线运动时，则会产生与磁感应强度和流速成正比的感应电动势，此时通过在测量导管中设置电极采集流体产生的磁感应强度，以进行流体流量的测量。

图1是现有的励磁电路的结构示意图，参考图1，通常的励磁电路由恒流源电路和H桥电路组成，由于励磁线圈的直流电阻范围较宽(十几欧姆到上百欧姆)，现用励磁电路中，励磁电压不能调节的情况下，励磁电阻越小，在其他元器件(主要是晶体管)上损耗的功率就越大，从而使电路急速升温，导致温度漂移影响电路的测量精度。并且现有的励磁电路结构复杂，H桥需要4个MOS管，体积较大。

实用新型内容

本实用新型提供一种励磁电路和电磁流量计，以实现励磁电路的励磁电压可调，降低其他元器件的功耗，减少温度升高对电路的影响。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种励磁电路，包括脉宽调制模块、滤波转换模块、励磁模块和控制器；

所述脉宽调制模块与所述滤波转换模块电连接，所述脉宽调制模块向所述滤波转换模块提供脉宽调制波信号；所述滤波转换模块将所述脉宽调制波信号进行滤波同时转换为直流信号；

所述滤波转换模块与所述励磁模块电连接，所述励磁模块包括励磁线圈，所述励磁线圈在所述直流信号下产生正向励磁磁场或反向励磁磁场；

所述控制器分别与所述励磁模块和所述脉宽调制模块电连接，所述控制器采集所述励磁线圈的直流信号并根据所述励磁线圈的直流信号控制脉宽调制模块调节输出脉宽调制波信号的占空比。

可选地，所述励磁电路还包括放大模块，所述放大模块分别与所述滤波转换模块和所述励磁模块电连接，所述放大模块用于放大所述直流信号。

可选地，所述滤波转换模块包括第一电阻R1，第一电容C1和第一放大器U1A，所述第一电阻R1的一端与脉宽调制模块连接，所述第一电阻R1的另一端分别与所述第一电容C1的一端和所述第一放大器U1A的同相输入端连接，所述第一电容C1的另一端接地，所述第一放大器U1A的反向输入端与输出端相连并与所述放大模块连接。

可选地，所述放大模块包括第二电阻R2、第三电阻R3和第二放大器U1B，所述第二放大器U1B的同相输入端与所述第一放大器U1A的输出端连接，所述第二放大器U1B的反向输入端分别与所述第二电阻R2和第三电阻R3的一端连接，所述第二电阻R2的另一端接地，所述第三电阻R3的另一端分别与所述第二放大器U1B的输出端和所述励磁模块连接。

可选地，所述第三电阻R3与所述第二电阻R2阻值的比值小于或等于9。

可选地，所述励磁模块包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8，第三放大器U2A，第四放大器U2B和励磁线圈，所述第三放大器U2A的同相输入端与所述第二放大器U1B的输出端连接，所述第三放大器U2A的输出端分别与反向输入端、第四电阻R4的一端和第五电阻R5的一端连接，所述第四电阻R4的另一端与所述励磁线圈的一端连接，所述第四放大器U2B的同向输入端分别与所述第七电阻R7和第八电阻R8连接，所述第七电阻R7的另一端与电源连接，所述第八电阻R8的另一端接地，所述第四放大器U2B的输出端分别与所述第六电阻R6的一端和所述励磁线圈的另一端连接，所述第四放大器U2B的反向输入端分别与所述第六电阻R6的另一端和所述第五电阻R5的另一端连接。

可选地，所述控制器包括至少两个输入端，所述控制器的所述至少两个输入端分别连接所述第四电阻R4的两端，所述控制器实时采集所述第四电阻R4的电压值并向所述脉宽调制模块发送脉宽调制占空比调节信号，以控制所述第四电阻R4两端的电压差值为预设电压差值。

可选地，所述第四电阻R4的阻值小于或等于1Ω。

可选地，所述第五电阻R5与所述第六电阻R6的阻值相等，所述第七电阻R7和所述第八电阻R8的阻值相等。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电磁流量计，包括如第一方面任一所述的励磁电路。

本实用新型实施例提供的励磁电路和电磁流量计，通过设置脉宽调制模块、滤波转换模块以及励磁模块，通过脉宽调制模块输出脉宽调制波信号，然后由滤波转换模块滤波并转换为直流信号，通过励磁模块加载在励磁线圈上，产生正向或反向励磁磁场；并且通过设置控制器采集励磁线圈的直流信号，根据励磁线圈的直流信号控制脉宽调制模块调节输出脉宽调制波信号的占空比，通过调节脉宽调制波信号的占空比，可以对应调节励磁线圈上励磁电压的正反和大小，从而控制励磁线圈产生的励磁磁场的正反和大小。本实用新型实施例提供的励磁电路对于不同阻抗的励磁线圈可以对应调节励磁电流，实现合适的励磁电流值，避免阻抗不同的励磁线圈产生不同励磁电流时影响其他元器件的功耗，保证其他元器件处于较低的功耗值，降低温度升高对电路测量精度的影响。

附图说明

图1是现有的励磁电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种励磁电路的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种励磁电路的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的又一种励磁电路的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种电磁流量计的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图2是本实用新型实施例提供的一种励磁电路的结构示意图，参考图2，该励磁电路包括脉宽调制模块11、滤波转换模块12、励磁模块13和控制器14；脉宽调制模块11与滤波转换模块12电连接，脉宽调制模块11向滤波转换模块12提供脉宽调制波信号；滤波转换模块12将脉宽调制波信号进行滤波同时转换为直流信号；滤波转换模块12与励磁模块13电连接，励磁模块13包括励磁线圈131，励磁线圈131在直流信号下产生正向励磁磁场或反向励磁磁场；控制器14分别与励磁模块13和脉宽调制模块11电连接，控制器14采集励磁线圈131的直流信号并根据励磁线圈131的直流信号控制脉宽调制模块11调节输出脉宽调制波信号的占空比。

下面参考图2对该励磁电路的工作原理进行介绍：首先，脉宽调制模块11根据预设的占空比输出脉宽调制波信号，滤波转换模块12将脉宽调制波信号进行滤波并输出直流的信号提供给励磁模块13，其中，直流信号的大小与脉宽调制波的占空比正相关；励磁模块13中设置有励磁线圈131，励磁模块13可根据直流信号的大小调节加载在励磁线圈131上的电压产生不同的励磁磁场，励磁线圈131的励磁磁场的正反向和大小即取决于直流信号的大小，最终脉宽调制模块11输出的脉宽调制波信号的占空比即决定了励磁线圈131上的励磁磁场的正反及大小。然而，针对不同的励磁线圈131，其自身存在不同的阻抗，在上述的励磁电路中，不同阻抗的励磁线圈131会导致励磁电路上电流值的变化，从而使其他元器件上的损耗变化，因此对于不同阻抗的励磁线圈131，可以通过调节加载在励磁线圈131上的电压值，来实现励磁电路损耗的降低。其中，控制器14可检测励磁线圈131的电流值，并根据电流值获知加载在励磁线圈131上的电压值，然后通过该电流值和电压值实时调节脉宽调制波信号的占空比，最终实现励磁线圈131上电流值达到目标电流值。需要说明的是，其中脉宽调制模块11和控制器14可以单独设置，也可以集成于同一处理器中，此处不做限制。

本实用新型实施例提供的励磁电路，通过设置脉宽调制模块、滤波转换模块以及励磁模块，通过脉宽调制模块输出脉宽调制波信号，然后由滤波转换模块滤波并转换为直流信号，通过励磁模块加载在励磁线圈上，产生正向或反向励磁磁场；并且通过设置控制器采集励磁线圈的直流信号，根据励磁线圈的直流信号控制脉宽调制模块调节输出脉宽调制波信号的占空比，通过调节脉宽调制波信号的占空比，可以对应调节励磁线圈上励磁电压的正反和大小，从而控制励磁线圈产生的励磁磁场的正反和大小。本实用新型实施例提供的励磁电路对于不同阻抗的励磁线圈可以对应调节励磁电流，实现合适的励磁电流值，避免阻抗不同的励磁线圈产生不同励磁电流时影响其他元器件的功耗，保证其他元器件处于较低的功耗值，降低温度升高对电路测量精度的影响。

图3是本实用新型实施例提供的另一种励磁电路的结构示意图，参考图3，该励磁电路还包括放大模块15，放大模块15分别与滤波转换模块12和励磁模块13电连接，放大模块15用于放大直流信号。

其中，由脉宽调制模块11输出的脉宽调制波信号通常峰值在3.3V左右，因此在不同的占空比下，该脉宽调制信号的有效值在0～3V，经过滤波后的直流信号约在0～3V。显然对于励磁模块，0～3V的直流电压信号不一定能满足励磁模块的设计需求，因此可对脉宽调制模块11输出的脉宽调制波信号进行信号放大。

图4是本实用新型实施例提供的又一种励磁电路的结构示意图，参考图4，滤波转换模块12包括第一电阻R1，第一电容C1和第一放大器U1A，第一电阻R1的一端与脉宽调制模块11连接，第一电阻R1的另一端分别与第一电容C1的一端和第一放大器U1A的同相输入端连接，第一电容C1的另一端接地，第一放大器U1A的反向输入端与输出端相连并与放大模块15连接。

其中，第一电容C1接地，用于对脉宽调制波进行滤波，并且第一放大器U1A可将脉宽调制波转换输出与占空比正相关的直流信号。

继续参考图4，放大模块15包括第二电阻R2、第三电阻R3和第二放大器U1B，第二放大器U1B的同相输入端与第一放大器U1A的输出端连接，第二放大器U1B的反向输入端分别与第二电阻R2和第三电阻R3的一端连接，第二电阻R2的另一端接地，第三电阻R3的另一端分别与第二放大器U1B的输出端和励磁模块13连接。

放大模块15将滤波转换模块12输出的直流信号放大，具体地，该放大模块15的放大比例与第二电阻R2和第三电阻R3有关，并且根据放大器的虚短虚断原理，可以得出该第二放大器U1B的放大比例可选地，第三电阻R3与第二电阻R2阻值的比值小于或等于9。此时，第二放大器U1B的放大比例小于或等于10，对应地，经过放大模块15放大后的直流电压信号的范围可扩大至0～30V，从而满足励磁模块13的电压需求。

继续参考图4，励磁模块13包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8，第三放大器U2A，第四放大器U2B和励磁线圈，第三放大器U2A的同相输入端与第二放大器U1B的输出端连接，第三放大器U2A的输出端分别与反向输入端、第四电阻R4的一端和第五电阻R5的一端连接，第四电阻R4的另一端与励磁线圈的一端连接，第四放大器U2B的同向输入端分别与第七电阻R7和第八电阻R8连接，第七电阻R7的另一端与电源连接，第八电阻R8的另一端接地，第四放大器U2B的输出端分别与第六电阻R6的一端和励磁线圈的另一端连接，第四放大器U2B的反向输入端分别与第六电阻R6的另一端和第五电阻R5的另一端连接。

如图所示，励磁模块13中励磁线圈两端的电压差决定了励磁线圈产生的励磁磁场的正反向和大小，其中励磁线圈一端的电压信号由电源Vs及第七电阻R7、第八电阻R8以及第四放大器U2B、第六电阻R6提供，励磁线圈另一端的电压信号则由放大模块15经放大后的直流信号决定，其中，第四放大器U2B的正相输入端电压为Vs·R7/(R7+R8)，并且，根据虚短虚断原理，第四放大器U2B的反相输入端电压为Vs·R7/(R7+R8)；第三放大器U2A的正反相输入端及输出端的电压相等，以第三放大器U2A的正相输入端电压为Vin，此时，端点1的电压为Vin，此时在第五电阻R5和第六电阻R6组成的电路中可知，端点2的电压为(Vs·R7/(R7+R8)-Vin)·(R5+R6)/R5+Vin，因此，励磁线圈两端的电压差为(Vs·R7/(R7+R8)-Vin)·(R5+R6)/R5-V_R4，其中，第四电阻R4的两端的电压取决于本身阻值和励磁线圈的阻抗。显然，在已知第四电阻R4阻值和励磁线圈的阻抗的情况下，励磁线圈两端的电压差决定于端点1点的电压Vin,也即取决于第三放大器U2B的输入端电压Vin，即决定于脉冲调制模块输出的脉宽调制信号的占空比。为了方便计算，可选地，第五电阻R5与第六电阻R6的阻值相等，第七电阻R7和第八电阻R8的阻值相等，此时，励磁线圈两端的电压为Vs-2Vin-V_R4。

该励磁模块中，无需设置H桥电路，且仅通过调节脉宽调制模块输出的脉宽调制信号的占空比即可实现励磁线圈的正反向励磁，其结构更加简单，体积也相对较小。

继续参考图4，控制器14包括至少两个输入端，控制器14的至少两个输入端分别连接第四电阻R4的两端，控制器14实时采集第四电阻R4的电压值并向脉宽调制模块11发送脉宽调制占空比调节信号，以控制第四电阻R4两端的电压差值为预设电压差值。

其中，第四电阻R4可以作为采样电阻，控制器14通过采样第四电阻R4两端的电压即可根据第四电阻R4和励磁线圈阻抗的比值，确定励磁线圈两端的电压，由此，可以通过实时改变脉宽调制信号的占空比，来调节励磁线圈两端的电压值至预设的电压差值，即获得最佳的励磁线圈电压值，保证整个电路中损耗最低。其中，对于第四电阻R4，其本身仅用于作为采样电阻，故电阻值不可太大，可选地，第四电阻R4的阻值小于或等于1Ω，从而可以保证损耗较低，避免整个励磁电路的损耗增加。

对于控制器14对脉宽调制模块11的控制，实现脉宽调制波信号的占空比的改变，示例性地，本实用新型实施例提供了具体地控制关系，下面以电源电压Vs＝15V，第四电阻阻值R4＝1Ω，R5＝R6，R7＝R8，励磁线圈阻抗R₀＝59Ω，放大模块15的放大倍率为5，脉宽调制模块11输出的脉宽调制波信号的峰峰值电压V₀＝3.3V为例，当最优的励磁电流值为100mA时，此时即可获得脉宽调制波信号的占空比。具体地，参考图4，可设正向励磁时的Vin为Vin1，反向励磁时的Vin为Vin2，故正向时励磁线圈两端电压为Vin1-(Vs·R7/(R7+R8)-Vin1)·(R5+R6)/R5+Vin1-V_R4＝2Vin1-Vs-V_R4，反向时励磁线圈两端电压为(Vs·R7/(R7+R8)-Vin2)·(R5+R6)/R5+Vin2-Vin2-V_R4＝Vs-2Vin2-V_R4，其中，正向励磁磁场和反向励磁磁场时，需保证励磁线圈上加载的电压值相等，但方向相反，因此，2Vin1-Vs-V_R4＝Vs-2Vin2-V_R4，即可得Vin1+Vin2＝Vs。正向励磁磁场状态时，端点1和端点2间的电压2Vin1-Vs＝(1+59)×0.1A，Vin1＝10.5V，则Vin2＝4.5V，由放大模块放大倍数为5，则直流电压信号Vin1’＝2.1V，Vin2’＝0.9V，输出2.1V时，脉宽调制波的占空比为2.1V/3.3V≈0.64；输出为0.9V时，脉宽调制波的占空比为0.9V/3.3V≈0.27。故控制器14在进行控制时，可根据预设第四电阻R4两端的电压差值，即预设的励磁电流值，来调节脉宽调制模块11输出的脉宽调制波的占空比。

本实用新型实施例还提供了一种电磁流量计，图5是本实用新型实施例提供的一种电磁流量计的结构示意图，参考图5，该电磁流量计包括上述实施例中的任意一种励磁电路100，并且，由于该电磁流量计采用了本实用新型实施例提供的励磁电路100，因此同样具备该励磁电路所具有的有益效果。图5所示的电磁流量计仅用于示例，其还可以包括测量导管、电极、外壳、衬里和转换器等部分，此处均不作限制。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种励磁电路，其特征在于，包括脉宽调制模块、滤波转换模块、励磁模块和控制器；

所述脉宽调制模块与所述滤波转换模块电连接，所述脉宽调制模块向所述滤波转换模块提供脉宽调制波信号；所述滤波转换模块将所述脉宽调制波信号进行滤波同时转换为直流信号；

所述滤波转换模块与所述励磁模块电连接，所述励磁模块包括励磁线圈，所述励磁线圈在所述直流信号下产生正向励磁磁场或反向励磁磁场；

所述控制器分别与所述励磁模块和所述脉宽调制模块电连接，所述控制器采集所述励磁线圈的直流信号并根据所述励磁线圈的直流信号控制脉宽调制模块调节输出脉宽调制波信号的占空比。

2.根据权利要求1所述的励磁电路，其特征在于，所述励磁电路还包括放大模块，所述放大模块分别与所述滤波转换模块和所述励磁模块电连接，所述放大模块用于放大所述直流信号。

3.根据权利要求2所述的励磁电路，其特征在于，所述滤波转换模块包括第一电阻R1，第一电容C1和第一放大器U1A，所述第一电阻R1的一端与脉宽调制模块连接，所述第一电阻R1的另一端分别与所述第一电容C1的一端和所述第一放大器U1A的同相输入端连接，所述第一电容C1的另一端接地，所述第一放大器U1A的反向输入端与输出端相连并与所述放大模块连接。

4.根据权利要求3所述的励磁电路，其特征在于，所述放大模块包括第二电阻R2、第三电阻R3和第二放大器U1B，所述第二放大器U1B的同相输入端与所述第一放大器U1A的输出端连接，所述第二放大器U1B的反向输入端分别与所述第二电阻R2和第三电阻R3的一端连接，所述第二电阻R2的另一端接地，所述第三电阻R3的另一端分别与所述第二放大器U1B的输出端和所述励磁模块连接。

5.根据权利要求4所述的励磁电路，其特征在于，所述第三电阻R3与所述第二电阻R2阻值的比值小于或等于9。

6.根据权利要求4所述的励磁电路，其特征在于，所述励磁模块包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8，第三放大器U2A，第四放大器U2B和励磁线圈，所述第三放大器U2A的同相输入端与所述第二放大器U1B的输出端连接，所述第三放大器U2A的输出端分别与反向输入端、第四电阻R4的一端和第五电阻R5的一端连接，所述第四电阻R4的另一端与所述励磁线圈的一端连接，所述第四放大器U2B的同向输入端分别与所述第七电阻R7和第八电阻R8连接，所述第七电阻R7的另一端与电源连接，所述第八电阻R8的另一端接地，所述第四放大器U2B的输出端分别与所述第六电阻R6的一端和所述励磁线圈的另一端连接，所述第四放大器U2B的反向输入端分别与所述第六电阻R6的另一端和所述第五电阻R5的另一端连接。

7.根据权利要求6所述的励磁电路，其特征在于，所述控制器包括至少两个输入端，所述控制器的所述至少两个输入端分别连接所述第四电阻R4的两端，所述控制器实时采集所述第四电阻R4的电压值并向所述脉宽调制模块发送脉宽调制占空比调节信号，以控制所述第四电阻R4两端的电压差值为预设电压差值。

8.根据权利要求6所述的励磁电路，其特征在于，所述第四电阻R4的阻值小于或等于1Ω。

9.根据权利要求6所述的励磁电路，其特征在于，所述第五电阻R5与所述第六电阻R6的阻值相等，所述第七电阻R7和所述第八电阻R8的阻值相等。

10.一种电磁流量计，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的励磁电路。