[发明专利]基于串联谐振的电磁流量计励磁控制系统

说明书

本发明涉及一种基于串联谐振的电磁流量计励磁控制系统，包括串联谐振电路、控制信号产生电路、波形产生电路、放大滤波电路、压流转换电路、检流电路和电源电路。采用正弦波励磁，励磁电流不需要平稳段，可以进一步提高频率抑制浆液噪声的影响、提高信噪比；采用正弦波励磁，与矩形波励磁相比可有效降低励磁系统功耗；针对励磁线圈的感性负载特性，串联互补容性器件，使其工作在串联谐振状态，补偿励磁无功损耗，降低励磁系统发热；采用电流源激励，避免励磁系统受温度等环境因素的影响，增强励磁系统的抗干扰能力。该励磁控制系统能显著提高励磁频率，降低系统功耗，有助于浆液流量的可靠测量。

技术领域

本发明涉及流量检测领域，具体涉及一种基于高频正弦波励磁、采用串联谐振的电磁流量计励磁控制系统。和传统矩形波励磁系统相比，该励磁系统能降低系统功耗和实现更高频率励磁。

背景技术

电磁流量计是一种依据法拉第电磁感应定律来测量导电液体体积流量的仪表。其工作原理为，在垂直于测量管道方向的一对励磁线圈通以励磁电流，产生垂直于管道的磁场。测量管道中的导电介质切割磁力线后，将在垂直于磁场和流向的方向上感应出正比于流速的电动势信号，通过嵌在管壁的一对电极读出，用于后续流量计算。电磁流量计由一次仪表(传感器)和二次仪表(变送器)组成，因其流量管内无阻挡物、性能可靠、耐腐蚀性强、测量精度高、不受流体密度、粘度、温度、压力变化的影响等优点，广泛应用于流程工业和市政工程等领域。

电磁流量计的励磁技术决定了电磁流量传感器工作磁场的特征和检测精度。现阶段，电磁流量计主要采用矩形波励磁，即周期性的改变励磁电流方向，从而周期性的改变磁场方向。电极式电磁流量计在测量浆液等固液两相导电性流体时，会产生频域1/f分布的随机干扰，即浆液噪声。浆液噪声的频率分量随着频率增加而减小。因此，可通过高频励磁来减少叠加在流量信号上的浆液噪声分量。矩形波励磁时，在励磁方向改变时会产生较大的微分干扰，因此需要选择在平稳段对流量信号进行采样，从而减少微分干扰的影响。此时，励磁电流在上升和下降阶段均需要3τ～5τ才能进入平稳段。当矩形波励磁频率提高时，励磁电流每周期的时间相对减少，平稳段信号提取也相对困难。因此，矩形波励磁时励磁频率不能太高，不利于抑制浆液噪声干扰。正弦波励磁时，通过正交解调抑制微分干扰，不需要平稳段提取流量信号。因此在进行浆液测量时，可适当提高励磁频率提高信噪比，抑制浆液干扰的影响。

文献“电磁流量计信号转换器硬件系统的研究与开发”(王军延，东北大学，60-61)中给出了通过变压器将电网电压降压后驱动励磁线圈的方案，此方案虽然简化了励磁系统，但也引入了电网电压输入性干扰；文献“MSP430F149单片机在新型电磁流量计中的应用”(王俭，张宏建.机电工程，2006，第23卷，第6期)和文献“基于低频正弦波励磁方式的电磁流量计设计”(王守志.传感器与微系统，2011，第30卷，第2期)分别采用单片机控制专用波形产生芯片和DAC产生低频正弦波信号，通过运算放大器对产生的低频正弦波信号进行放大，再通过互补对称的功率放大电路对放大的低频正弦波信号进行电流放大并驱动励磁线圈，此方案励磁频率低且励磁系统发热严重，功耗较高。文献“DSP-basedElectromagnetic Flowmeter with Sinusoidal Excitation”(A.Gorgenyi,L.Sujbert,I.Bogar,K.Molnar,and T.Daboczi，Instrumentation and Measurement，2005，第2卷)给出了一种采用DSP通过查找表生成正弦波激励信号，通过D类放大器将电压转换成电流驱动励磁线圈的方案，此方案能降低系统功耗，但没有介绍关键技术细节。瑞士ABB公司推出了高频正弦波励磁的电磁流量计FSM-4000系列产品，励磁频率约70Hz，可用于浆液流量测量，同样没有介绍关键技术细节。

发明内容

为了提高正弦波励磁电磁流量计的励磁频率，降低励磁系统消耗的功率，本发明提供一种基于串联谐振的电磁流量计励磁控制系统，具有励磁频率高且励磁系统功耗低的特点。