[发明专利]适用于具有电感元件可变负载的电流源

说明书

本发明涉及包含一个电感元件且阻抗值在相当大范围变动的负载所用的电流源，特别涉及用于这样负载的一种电流源。通过该负载的电流方向必须交替变化。

在很多应用中需要能提供相对恒定电流的电流源，至少对于连续的时间区间是如此；其中包括这样的应用场合，对于这些时间区间要求建立起相对恒定的磁场。如果电流流动方向在每个时间周期都必须反向并且这些周期具有较短的持续时间，要使电流在这些连续的时间周期中保持恒定是很困难的。在要求电流恒定的区间周期性出现的情况下，每个周期之间电流方向都要反向，其反转频率相对于提供该电流的系统中存在的各种时间常数而言是很高的，这时要保持电流恒定尤为困难。

会出现这些条件的这样一个系统是电磁流量计。在这些系统中，穿过一个测量管建立起一个磁场，一种液体或液体状的物质在管中流动，该物质至少呈现出某些导电性。与电磁场理论相一致，导电介质通过磁场流动会导致建立起一个电动势或电压，它与介质流动方向和磁场方向二者垂直，电压与流体流动的平均速度成正比。在原来产生电压的位置设置电极，便可获得一个线性代表流体速度的信号，从该信号中可确定该液体的流量。

然而，如果磁场在量值和方向上保持不变，由于流体流动感应信号所产生的不变极性的电压部分就不能从电化学电势部分中分离出来，后者是由于流动的流体和敏感电极共同产生的。此外，在流动的流体中建立起来的直流信号电流与其流动方向垂直，可导致两个灵敏电极过长时间地极化，从而对代表流量的输出电压信号产生有害的影响。为了避免这种结果，通常对流体管在相反的方向交变地施加磁场，以抵消这种横向电流的流动，这样就避免了灵敏电极的净极化。

通过流体管的磁场反转或方向交变的频率对电磁流量测量系统的性能有影响。一方面，一个较高的反转频率将进一步把该频率与取自敏感电极信号中的噪声分离开，这是一种可被描述为l/f的噪声。另一方面，载有来自灵敏电极信号的信号传输导线作为传输线路，如果数据记录地点与流量测量地点相距甚远，该传输线可能相当长。在这种情况下，传输线的分布电容和流体的电阻将具有低通滤波器的电气特性。因此在某种程度上，由于联接信号导线的滤波器作用，增加换向频率会导致从这些电极所获得的信号幅度在数据记录地点减小；换向构成了来自灵敏电极电信号周期性变化的基础。

在电磁流量计系统中。在所施加的磁场交变的任何周期都希望在从传感信号中获取代表流量的数值期间内在磁场线圈中有一个恒定的电流流过。如果在获得传感信号值期间内磁场是恒定的，在附近的系统部分就不会采集到很多感性信号，该系统部分包括在用来获取来自灵敏电极的流量表示信号或传感信号的装置中。这样，在这个传感信号中就会呈现出较小的噪声式偏差。

然而，当所施加的磁场的换向频率增加时出现了困难。流体中的磁场强度B来自于在电磁流量计测量系统中流过的不同的电流，包括(i)从一个电流源中施加到线圈中的电流，以提供所需要的磁场；(ii)所感应出的涡流，在导电的测量管中和磁回路的磁性材料中流动。由于涡流的屏蔽效应，在流动的流体中磁场强度B在电流反向后按指数规律达到一稳定值。因此，在流动流体物质中场强B的变化滞后于引起该变化的外加电流的变化；换向愈频繁，即换向周期愈短，在磁场方向交变的每个周期中就有更大的部分出现这种滞后。

因此，当换向频率增加时，在每个周期中磁场B维持恒定的时间愈来愈少，从而导致在来自灵敏电极的传感信号中获得检测值的时间愈来愈少，该检测值基本上与感性噪声无关是由于采集的感性噪声有时间衰减的结果。当频率增加到某种程度，就会导致由灵敏电极提供的信号中的噪声增加，并可能引起传感信号的幅值大为减小，因为在每个周期中由于涡流的影响使磁场B大为减弱。

如果在电磁流量计系统中所提供的电流在每次电流方向反向后也具有相当长的上升时间，上述后一种情形会更为恶化，电流的换向是为提供外加磁场B的相应换向所需要的。在电流方向反转后，延迟达到所要求的恒定电流值也导致在磁场方向交变后的任何周期中由电流所产生的磁场B和感应的涡流保持一恒定值的时间缩短。因此，要求缩短在流向反转后在电磁流量计中用来提供磁场B的电流的上升时间。