CN2916586Y - 电磁流量计调压式数字恒流源 - Google Patents

Abstract

一种电磁流量计调压式数字恒流源，涉及电磁测量技术领域；该恒流源包括电子开关电桥、连接在电子开关电桥的对角线间的传感器励磁线圈、基准电压源、采样电阻、比较放大器和调整管，还包括脉冲调宽电路PWM，用于由输入的反馈控制电压改变输出的高频脉冲的宽度，经滤波控制励磁直流电压的升降，构成反馈闭环控制系统，从而实现调整管的稳压和励磁电流的恒定；所述脉冲调宽电路的输入端连接直流电源，所述脉冲调宽电路的输出端经滤波电感分别连接滤波电容和电子开关电桥的输入端，所述脉冲调宽的电路的控制端经控制电阻连接电子开关电桥的输出端。本实用新型能有效地降低调整管的工作电压，降低调整管的能耗，提高效率。

Description

电磁流量计调压式数字恒流源

技术领域

本实用新型涉及电磁测量技术，特别是涉及一种电磁流量计转换器励磁电路的恒流源电路技术。

背景技术

电磁流量转换器与电磁流量传感器构成电磁流量计。转换器向传感器提供产生工作磁场的励磁电流，接受传感器感应电动势信号。同时，能够排除各种干扰，将信号进行放大、转换成为统一的、标准的电流输出、频率输出信号和数字通讯信号输出。提供给下位指示、记录、调节仪表或计算机网络，以实现对流量的指示、记录、积算、控制与调节等控制与管理。

励磁电路是转换器电路中非常重要的部分，低频矩形波励磁电路是转换器中特有的电路。它关系着磁场的稳定，影响到信号的精度。励磁电路通常由恒流源、基准电压、电子开关、频率与波形同步时间控制等电路组成。

恒流源电路实际上是一种负反馈电路。恒流源电路与稳压电路相似，由基准电源、采样电路、比较放大电路和恒流调整管T等部分组成。图1是现有技术中基本的恒流源电路；E_R是基准电压，它连接在运算放大器的同相输入端“+”A点。由于同祥运算放大器“共模”特性，同相输入端A点和反相输入端B点的电位几乎相等。也就是说，A点对地(GND)的电位和采样电阻R上B点对地的压降几乎相等。那么，当运算放大器开环增益十分大，晶体管T基极电流非常小、V_ce大于一定值时，由电源E_C流向负载电阻r、晶体管T和流过采样电阻R的电流Ic的大小仅取决于基准电压E_R和采样电阻R的比值大小，而不受电源电压E_C的高低和负载电阻r的大小变化影响，这就是恒流源。在恒流源电路中，晶体管的V_CE随电源电压和负载电阻变化而变化，起到对负载电流的调节作用。而运算放大器是把基准电压和流过采样电阻R电流产生的电压降进行比较，并将差值放大。放大后的输出电压，经过限流电阻输入到晶体管基极，改变基极电流，从而调节V_ce的大小，即调整晶体管T的动态输出电阻r₀大小，从而达到流过负载电阻r的电流I_C稳定。

图2是现有技术中基本的低频矩形波励磁恒流源电路。这里，由K₁、K₂、K₃和K₄组成桥式开关，传感器励磁线圈接在桥式开关的对角线间。开关K₁、K₄和K₂、K₃分别受励磁控制脉冲A)和B)的控制，交替地导通和截止。当开关K₁和K₄导通时(这时开关K₃和K₂截止)，电流由电源E_C自右向左流过励磁线圈L、晶体管T和采样电阻R；开关K₃和K₂导通时(这时开关K₁和K₄截止)，电流由电源E_C自左向右流过励磁线圈L、晶体管T和采样电阻R。流过励磁线圈L的电流的方向，随控制开关脉冲A)和B)的极性交替地改变，电流方向改变的频率与控制脉冲频率一致，电流的大小由I_C＝E_R/R决定。于是通电电感线圈L所感应的磁场方向也随之改变。这样，传感器就得到低频矩形波的工作磁场。

与图2基本的恒流源励磁电路原理相同，现有技术中采用集成的调整式三端稳压器组成恒流源励磁电路更为简单。图3所示是现有技术中采用三端稳压器LM117的恒流源励磁电路。由于LM117的基准电压是1.25V，恒流源回路使用10Ω限流电阻，于是可以得到±125mA的恒定电流。由于1.25V基准电压源集成在调整晶体管、比较放大器等器件之内，其基准电压的精度、温度稳定性不会象附图2那样有更高的选择。所以，应用三端稳压器励磁恒流源的精度和稳定性不如分立组合的恒流源励磁电流高。不过，对于低的励磁电流达到±0.1％的恒流精度完全是可能的。

现有技术中基本的恒流源励磁电路和三端稳压器构成的恒流源电路都是模拟的调节电路。它们的调整管T必须工作在线性放大区内，必须有适当的工作电压降。这样调整管T必须承担一定的功率损耗。这就带来了要求选择充分大的功率极限调整晶体管T和必备大的散热器及散热空间。这就是说，尽管模拟调整式恒流源的电路简单，但是存在有能耗大，效率低的缺陷。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能提高效率，降低调整管能耗的电磁流量计调压式数字恒流源。

为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种电磁流量计调压式数字恒流源，包括电子开关电桥、连接在电子开关电桥的对角线间的传感器励磁线圈、基准电压源、采样电阻、比较放大器和调整管，其特征在于，还包括脉冲调宽电路PWM，用于由输入的反馈控制电压改变输出的高频脉冲的宽度，经滤波控制励磁直流电压的升降，构成闭环反馈控制回路，从而实现调整管的稳压和励磁电流的恒定；所述脉冲调宽电路的输入端连接直流电源，所述脉冲调宽电路的输出端经滤波电感分别连接滤波电容和电子开关电桥的输入端，所述滤波电容的另一端接地，所述脉冲调宽的电路的控制端经控制电阻连接电子开关电桥的输出端。

进一步地，所述电子开关电桥由四只晶体管组成。

进一步地，所述脉冲调宽的电路的控制端经电容接地。

利用本实用新型提供的电磁流量计调压式数字恒流源，由于采用了脉冲调宽的数字式稳压方式和模拟式恒流源相结合的稳压式恒流源励磁电路，有效地降低了调整管的工作电压，降低了调整管的能耗，提高了效率。

附图说明

图1是现有技术中基本的恒流源励磁电路图；

图2是现有技术中基本的低频矩形波励磁恒流源电路图；

图3是现有技术中用三端稳压器构成的恒流源电路图；

图4是本实用新型实施例的调压式数字恒流源励磁电路图。

具体实施方式

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

参见图4所示，本实用新型实施例所提供的一种电磁流量计调压式数字恒流源，包括由K₁、K₂、K₃和K₄四只晶体管组成的电子开关电桥、连接电子开关的电桥对角线间的传感器励磁线圈、基准电压源、采样电阻R、比较放大器和调整管T，电子开关电桥的输出端经调整管T、采样电阻R接地，比较放大器的同相输入端和反相输入端分别连接基准电压源V_REF和采样电阻R，即在图2所示的基本的低频矩形波励磁恒流源电路的基础上，还包括脉冲调宽的电路PWM，所述脉冲调宽的电路的输入端连接直流电源E_C，所述脉冲调宽的电路的输出端V_OUT经滤波电感L1分别连接滤波电容C1和电子开关电桥的输入端，所述滤波电容C1的另一端接地，所述脉冲调宽的电路的控制端V_C经控制电阻R₂连接电子开关电桥的输出端，所述脉冲调宽的电路的控制端V_C经电容C2接地。

稳压式恒流源励磁电路的工作原理是：当开关K₁、K₃接通，电源E_C的电流I流过传感器励磁线圈L、调整管和采样电阻R₁，电流I的大小由I＝E_REF/R。电流I流过传感器励磁线圈L产生工作磁场，导电流体流过传感器产生感应电动势。电流I流过调整管T和采样阻R₁，在调整管T和电阻R两端形成直流电压降V₂。将V₂作为反馈电压输入到串联在励磁供电电源E中的PWM脉冲调宽元件的控制端构成闭环的控制系统，PWM会输出脉冲宽度可变的高频脉冲励磁电源。输出的脉冲宽度大小与控制电压成反比，即若V₂升高，则脉冲宽度降低，经滤波的励磁直流电压也降低。因为基准电压V_REF和采样电阻R不变，励磁电流I和R上的压降不变，励磁线圈上的压降也不会变化，所以，只有调整管T的电压降下调，保持原来V₂的值。反之，即若V₂降低，则脉冲宽度升高，经滤波的励磁直流电压也升高，通过反馈调整管T的电压降上调，保持原来V₂的值。从而实现调整管的稳压和励磁电流的恒定。

按照图4所示，提供给脉冲调宽的电路PWM受反馈的控制的电压V_C的调制作用，脉冲调宽电路输出占空比可调的高频矩形波脉冲，脉冲的电压幅度为输入电源电压E。通过滤波电感L1和滤波电容C1将高频滤波，变成直流电压去励磁，励磁电流I＝E_REF/R。调整管T的电压降V₂与脉冲调宽的电路PWM的反馈控制的电压V_C相等或成比例。由于V_C一般很低，所以调整管的工作电压降也很低。调整管的工作电压降等于V₂减去采样电阻R上的电压降。一般调整管的压降在1～2V。

Claims (3)

1、一种电磁流量计调压式数字恒流源，包括电子开关电桥、连接在电子开关电桥的对角线间的传感器励磁线圈、基准电压源、采样电阻、比较放大器和调整管，其特征在于，还包括脉冲调宽电路PWM，用于由输入的反馈控制电压改变输出的高频脉冲的宽度，经滤波控制励磁直流电压的升降，构成闭环反馈控制回路；所述脉冲调宽电路的输入端连接直流电源，所述脉冲调宽电路的输出端经滤波电感分别连接滤波电容和电子开关电桥的输入端，所述滤波电容的另一端接地，所述脉冲调宽的电路的控制端经控制电阻连接电子开关电桥的输出端。

2、根据权利要求1所述的电磁流量计调压式数字恒流源，其特征在于，所述电子开关电桥由四只晶体管组成。

3、根据权利要求1所述的电磁流量计调压式数字恒流源，其特征在于，所述脉冲调宽的电路的控制端经电容接地。