[发明专利]基于高低压电源切换的电磁流量计励磁控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及流量检测领域，为一种采用高压电源和低压电源同时供电，由电源切换电路切换励磁工作电源，由恒流控制电路控制励磁线圈电流，实现高效率、高频率励磁的电磁流量计励磁控制系统。

背景技术

电磁流量计通过励磁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方波励磁，即由恒流源给励磁线圈供电，不断地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地变化。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易获得稳定的零点。

中国发明专利公布了一种基于线性电源的单/双频电磁流量计励磁控制系统(徐科军，杨双龙，王刚等.一种基于线性电源的单/双频电磁流量计励磁控制系统，申请号：200910144878.1，申请日：2009.09.08)。这种励磁控制系统由恒流源电路、电流旁路电路、励磁线圈驱动电路、励磁时序产生电路和检流电路组成，采用高电压源供电，恒流源由线性电源搭建向励磁线圈驱动电路供电，电流旁路电路并接于线性电源输入输出端以解决能量耗散问题，励磁线圈驱动电路由H桥及其控制电路组成，检流电路跨接在H桥低端与参考地之间，数字信号处理器DSP控制多路开关及电平匹配器件产生时序，控制励磁线圈驱动电路的动作。其能有效提高励磁频率范围和励磁频率精度，适用于浆液测量的单频高频方波励磁或双频方波励磁，同时能提供准确的励磁电流信号，以修正流量信号处理结果。但这种电磁流量计励磁控制系统还存在以下不足：(1)由于采用高电压源供电，在方波励磁进入半周期稳态后，落在线性电源上的压降很大，从而使其热量耗散很大，电源利用效率低；(2)采用电源旁路电路虽能有效解决散热问题，但电路占板面积较大，且电源利用效率并未改善；(3)线性电源工作时，其输入输出压差存在限制，从而也限制了励磁频率的进一步提高。

发明内容：

本发明要解决已经申请专利中存在的一些关键技术问题，以提供一种在保证零点稳定的条件下励磁频率范围更宽、电源利用效率高、励磁频率精确、励磁电流检测准确且既能进行单频励磁又能进行双频励磁的电磁流量计励磁控制系统。

本发明改进的关键技术在于励磁控制系统的励磁电源部分与恒流控制部分，以提高电源利用效率、拓宽励磁频率范围。本发明所采用的技术方案是：由高压电源和低压电源共同组成励磁电源从而避免单一线性电源输入输出压差的限制，由电源切换电路根据励磁电流响应情况来选通励磁工作电源，励磁电流未达到电源切换设定值时切换高压源作为励磁工作电源以加快电流响应速度进而拓宽励磁频率范围，励磁电流超过设定值时切换低压源作为励磁工作电源以降低系统电路能耗、提高电源利用效率并保证稳态电流，高低压源均采用直流-直流变换(DC/DC)电压源；恒流控制电路由励磁工作电源供电，其由电流反馈部分和电压调节部分组成，电流反馈部分主要将检流电路所检测的励磁电流反馈给电压调节部分，电压调节部分由晶体管、比较器等构成置于励磁线圈驱动电路H桥高端调节励磁电压以稳定励磁电流。励磁线圈驱动电路、检流电路及励磁时序产生电路仍同已申请发明专利《一种基于线性电源的单/双频电磁流量计励磁控制系统》中的励磁线圈驱动电路、检流电路及励磁时序产生电路，励磁线圈驱动电路中H桥高端桥臂采用流控器件PNP管作为开关管，低端采用压控器件MOS管作为开关管，励磁过程中实行H桥对角开关器件联动控制，从而保证在励磁的各个阶段中检流电阻检测励磁电流的准确性，H桥的开关控制电路由达林顿阵列管与三极管及电阻实现；检流电路由低阻值检流电阻组成位于H桥低端以准确检测励磁电流，同时保证H桥低端的稳定性；励磁时序产生电路由数字信号处理器(DSP)配合多路开关及电平匹配器件组成，从而提高励磁频率精度。

本发明系统包括：高低压电源1、电源切换电路2、恒流控制电路3、励磁线圈驱动电路4、检流电路5及励磁时序产生电路6，如图1所示。

所述高低压电源1由直流-直流变换(DC/DC)低压电源U1和直流-直流变换(DC/DC)高压电源U2组成，以为励磁控制系统提供高效率的励磁电源。

所述电源切换电路2由二极管D1和D2、PNP三极管T1、NMOS管Q1、运算放大器U3、电阻R1、R2和R3及基准源Vref组成。其中，基准源Vref及分压电阻R2、R3决定励磁工作电源切换时的励磁电流设定值。