勵磁電壓調整方法、控制電路及電磁流量計勵磁電路的製作方法

2023-05-10 10:26:46 4

勵磁電壓調整方法、控制電路及電磁流量計勵磁電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種勵磁電壓調整方法、控制電路及電磁流量計勵磁電路，所述方法包括：獲取恆流源電路上的第一壓降；如果第一壓降不在設定數值範圍內，則調整自身輸出的ＰＷＭ方波的佔空比，以便調整後的ＰＷＭ方波經低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下改變勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓，繼續執行獲取恆流源電路上的第一壓降的步驟；如果第一壓降在設定數值範圍內，則保持自身輸出的ＰＷＭ方波的佔空比，以便保持的ＰＷＭ方波經低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下保持勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓；其中，設定數值範圍的下限值大於或等於第二壓降，第二壓降是使恆流源電路能夠工作的恆流源電路上的最小壓降。
【專利說明】勵磁電壓調整方法、控制電路及電磁流量計勵磁電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及電磁流量計【技術領域】，尤其涉及一種勵磁電壓調整方法、控制電路及電磁流量計勵磁電路。
【背景技術】
[0002]電磁流量計由傳感器和轉換器構成，傳感器為流量測量提供工作磁場並輸出感應電壓信號，轉換器中的電子電路為傳感器的勵磁線圈提供勵磁電流，並將傳感器輸出的微弱電壓信號放大處理後計算出對應的流速和流量值。
[0003]勵磁電路是轉換器中的關鍵電路，通常由勵磁電源、勵磁線圈驅動電路(簡稱H橋電路)和恆流源電路構成。而轉換器內部的溫升主要來自用於為整個電磁流量計供電的外部電源電路和所述勵磁電路，所述勵磁電路中的溫升則產生於勵磁電源和恆流源電路的功耗，前者可以採用開關電源技術來降低相關器件的功耗，而恆流源電路上的壓降與勵磁電源輸出電壓和傳感器的勵磁線圈直流電阻直接有關。由於傳感器的勵磁線圈直流電阻的變化範圍很大，最小只有30Ω左右，最大可達110Ω左右,所以，當勵磁電源輸出的勵磁電壓一定時，勵磁線圈直流電阻上的壓降越小，恆流源電路上的壓降就越大，則恆流源電路的功耗越大，這導致恆流源電路的溫升越高，反之亦然。然而，轉換器內部過高的溫升不僅會降低流量測量精度，還會影響轉換器自身的工作溫度範圍、工作的可靠性及其壽命等，還導致了目前國內部分廠家生產的轉換器，要求其有30分鐘的預熱時間，用來克服溫升引起的始動漂移的影響。
[0004]現有技術中主要採用以下方案來降低恆流源電路上的壓降，以克服轉換器內部溫升問題:
[0005]方法一:
[0006]參見圖1所示的勵磁電路示意圖，本方案通過外接電阻的方式降低恆流源電路上的壓降。具體地，勵磁電源輸出的電壓E與各部分元器件上的壓降滿足以下關係:E = U K+ ULR + UWR + U C，其中，UK為H橋電路(所述H橋電路由4隻橋式連接的功率雙極型電晶體或場效應管K I至K 4構成)上的壓降，U L R為勵磁線圈直流電阻上的壓降，UW R為外接電阻上的壓降，U C為恆流源電路上的壓降。由於U K上的壓降可忽略不計且E恆定不變，所以在未採用外接電阻時，恆流源電路上的壓降與勵磁線圈直流電阻的阻值成反比，即直流電阻越小，流源電路上的壓降越大，所以，可通過在H橋電路和勵磁線圈之間串接電阻的方式來分擔恆流源電路上的壓降。
[0007]為了保證恆流源電路能夠工作且具有較低的溫升，理想狀態下是將恆流源電路上的壓降控制在某個理想值，該理想值是使恆流源能夠工作的最小恆流源壓降，假設該理想值為2.25 V，但是，因外接電阻的阻值在可選範圍內規格有限，很難選取合適的外接電阻與勵磁線圈直流電阻進行匹配，使恆流源電路上的壓降控制在2.25 V或2.25 V以上的合適範圍內，導致對某些電磁流量計的溫控效果較差，此外，在勵磁電路外部串接電阻，操作起來也很不方便。[0008]方法二:
[0009]參見圖2所示的另一勵磁電路示意圖。由於勵磁電壓調整電路所需的控制電壓U與恆流源電路上的壓降往往不同，所以將恆流源電路上的壓降經電阻R I和電阻R 2進行分壓得到電阻R 2上的壓降，並將R 2上的壓降作為反饋信號來控制勵磁電壓調整電路，使勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓和勵磁線圈的直流電阻成正比，以保證施加在恆流源電路上的壓降較小。
[0010]但是，由於分壓電阻R I和R 2的阻值在可選範圍內規格有限、且勵磁電壓調整電路所需的控制電壓U在一定範圍內，所以，勵磁電壓調整電路輸出勵磁電壓的調整範圍受到分壓電阻的阻值可選範圍與勵磁電壓調整電路所允許的控制電壓範圍之間的匹配度的限制，這導致勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓在有限的範圍內，導致對某些電磁流量計的溫控效果較差。

【發明內容】

[0011]有鑑於此，本發明實施例的主要目的在於提供一種勵磁電壓調整方法、控制電路及電磁流量計勵磁電路，以通過有效降低恆流源電路的壓降，實現降低電磁流量計轉換器內部溫升的目的。
[0012]為實現上述目的，本發明實施例提供了一種勵磁電壓調整方法，所述方法應用於電磁流量計勵磁電路，所述電磁流量計勵磁電路包括串聯連接的勵磁電壓調整電路、勵磁線圈驅動電路和恆流源電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括控制電路和低通濾波器電路，則所述方法包括:
[0013]所述控制電路獲取所述恆流源電路上的第一壓降；
[0014]如果所述第一壓降不在設定數值範圍內，則所述控制電路調整自身輸出的P W M方波的佔空比，以便所述調整後的P W M方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下改變所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓，所述控制電路繼續執行所述獲取恆流源電路上的第一壓降的步驟；
[0015]如果所述第一壓降在所述設定數值範圍內，則所述控制電路保持自身輸出的P WM方波的佔空比，以便所述保持的P W M方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下保持所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓；
[0016]其中，所述設定數值範圍的下限值大於或等於第二壓降，所述第二壓降是使所述恆流源電路能夠工作的所述恆流源電路上的最小壓降。
[0017]優選地，所述控制電路獲取所述恆流源電路上的第一壓降之前，還包括:
[0018]所述控制電路輸出具有初始佔空比的P WM方波，以便具有所述初始佔空比的PWM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下使所述勵磁電壓調整電路輸出初始的勵磁電壓；其中，所述初始的勵磁電壓等於所述第二壓降與第三壓降之和，所述第三壓降是電磁流量計傳感器的勵磁線圈直流電阻為最小設定值時所述勵磁線圈上的壓降；
[0019]所述調整自身輸出的P W M方波的佔空比，以便所述調整後的P W M方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下改變所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓，具體包括:[0020]降低自身輸出的P W M方波的佔空比，以便所述佔空比降低後的P W M方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下提高所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓。
[0021]優選地，所述獲取所述恆流源電路上的第一壓降，具體包括:
[0022]判斷流經所述勵磁線圈驅動電路或所述恆流源電路上的勵磁電流的絕對值是否大於零且保持了設定時間，如果是，則檢測所述恆流源電路上的第一壓降。
[0023]本發明實施例還提供了一種控制電路，所述控制電路屬於電磁流量計勵磁電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括串聯連接的勵磁電壓調整電路、勵磁線圈驅動電路和恆流源電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括低通濾波器電路，則所述控制電路包括:
[0024]壓降獲取模塊，用於獲取所述恆流源電路上的第一壓降；
[0025]佔空比調整模塊，用於當所述壓降獲取模塊獲取的第一壓降不在設定數值範圍內時，調整自身輸出的P WM方波的佔空比，以便所述調整後的P WM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下改變所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓，繼續利用所述壓降獲取模塊實現獲取恆流源電路上的第一壓降的功能；
[0026]佔空比保持模塊，用於當所述壓降獲取模塊獲取的第一壓降在所述設定數值範圍內時，保持自身輸出的P WM方波的佔空比，以便所述保持的P WM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下保持所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓；
[0027]其中，所述設定數值範圍的下限值大於或等於第二壓降，所述第二壓降是使所述恆流源電路能夠工作的所述恆流源電路上的最小壓降。
[0028]優選地，所述控制電路還包括:
[0029]初始佔空比輸出模塊，用於在所述壓降獲取模塊獲取所述恆流源電路上的第一壓降之前，輸出具有初始佔空比的P WM方波，以便具有所述初始佔空比的P WM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下使所述勵磁電壓調整電路輸出初始的勵磁電壓；其中，所述初始的勵磁電壓等於所述第二壓降與第三壓降之和，所述第三壓降是電磁流量計傳感器的勵磁線圈直流電阻為最小設定值時所述勵磁線圈上的壓降；
[0030]所述佔空比調整模塊，具體用於降低自身輸出的P WM方波的佔空比，以便所述佔空比降低後的PWM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下提高所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓。
[0031]優選地，所述壓降獲取模塊包括:
[0032]判斷單元，用於判斷流經所述勵磁線圈驅動電路或所述恆流源電路上的勵磁電流的絕對值是否大於零且保持了設定時間；
[0033]檢測單元，用於在所述判斷單元判斷得到的流經所述勵磁線圈驅動電路或所述恆流源電路上的勵磁電流的絕對值大於零且保持了設定時間時，檢測所述恆流源電路上的第
一壓降。
[0034]本發明實施例還提供了 一種電磁流量計勵磁電路，所述電磁流量計勵磁電路包括串聯連接的勵磁電壓調整電路、勵磁線圈驅動電路和恆流源電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括上述控制電路和低通濾波器電路；[0035]所述低通濾波器電路，與所述控制電路連接，用於將所述控制電路的控制信號輸出端輸出的P W M方波信號進行濾波，經濾波後輸出直流電平；
[0036]勵磁電壓調整電路，與所述低通濾波器電路連接，用於在所述直流電平的作用下輸出勵磁電壓。
[0037]優選地，所述控制電路為單片機。
[0038]優選地，所述勵磁電壓調整電路包括:降壓穩壓器、第一濾波電容，自舉電容，第二濾波電容，續流二極體，蓄能電感，第一分壓電阻和第二分壓電阻；
[0039]所述降壓穩壓器的電源電壓輸入端與電磁流量計的供電電源連接，所述供電電源經所述第一濾波電容與第一地線連接，所述降壓穩壓器的地端與所述第一地線連接，所述降壓穩壓器的反饋輸入引腳經所述第一分壓電阻與所述低通濾波器電路的輸出端連接，所述降壓穩壓器的開關引腳分別經所述自舉電容與所述降壓穩壓器的自舉輸入端連接、經所述續流二極體與所述第一地線連接、經所述蓄能電感與所述勵磁線圈驅動電路的輸入端連接，所述勵磁線圈驅動電路的輸入端與所述第一地線之間跨接第二濾波電容，所述勵磁線圈驅動電路的輸入端與所述降壓穩壓器的反饋輸入引腳之間跨接所述第二分壓電阻。
[0040]優選地，所述低通濾波器電路包括:同相放大器、第三濾波電容、第三分壓電阻和第四分壓電阻；所述低通濾波器電路的輸出端為所述同相放大器的輸出端；
[0041]所述同相放大器的輸出端與所述第一分壓電阻連接，所述同相放大器的同相輸入端與第二地線之間跨接並聯連接的第三濾波電容和第三分壓電阻，所述同相放大器的同相輸入端經所述第四分壓電阻與所述控制電路的控制信號輸出端連接，所述同相放大器的反向輸入端與所述同相放大器的輸出端連接。
[0042]本發明實施例提供的勵磁電壓調整方法、控制電路及電磁流量計勵磁電路，通過調整控制電路輸出的P W M方波的佔空比，來改變低通濾波器電路輸出的直流電平，進而可改變勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓，所以，對於某一特定電磁流量計，由於其勵磁線圈直流電阻上的壓降保持不變，通過改變所述勵磁電壓便可在一個連續範圍內改變恆流源電路上的壓降，當恆流源電路上的壓降保持在一個使所述恆流源電路能夠正常工作且溫升較小的設定範圍內時，便可通過保持P W M方波的佔空比來保持恆流源電路上的壓降恆定。可見，本發明技術方案，可控制勵磁電壓在一定範圍內連續變化，實現了自動匹配不同規格傳感器勵磁線圈直流電阻、降低勵磁電路中恆流源電路的溫升的目的，提高了勵磁電路的溫度穩定性，進而保證了電磁流量計工作磁場的穩定性，解決了電磁流量計轉換器常見的因勵磁電路功耗過大，導致上電後溫度升高過大造成的始動漂移等問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0044]圖1為現有技術中勵磁電路示意圖；
[0045]圖2為現有技術中另一勵磁電路不意圖；
[0046]圖3為本發明實施例勵磁電壓調整方法的流程示意圖；[0047]圖4為本發明實施例電磁流量計勵磁電路示意圖；
[0048]圖5為本發明實施例勵磁電壓調整方法的另一流程示意圖；
[0049]圖6為現有技術中勵磁方式、恆流源電路壓降與勵磁電壓的變化對照圖；
[0050]圖7為現有技術中勵磁方式、恆流源電路壓降與勵磁電壓的另一變化對照圖；
[0051]圖8為本發明實施例控制電路的結構框圖；
[0052]圖9為本發明實施例勵磁電壓調整電路與低通濾波器電路的電路示意圖；
[0053]圖10為本發明實施例恆流源電路示意圖。
【具體實施方式】
[0054]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0055]參見圖3，為本發明實施例提供的勵磁電壓調整方法的流程示意圖，該方法應用於電磁流量計勵磁電路(參見圖4)，所述電磁流量計勵磁電路包括串聯連接的勵磁電壓調整電路、勵磁線圈驅動電路(所述勵磁線圈驅動電路簡稱H橋電路，所述H橋電路由4隻橋式連接的功率雙極型電晶體或場效應管K I至K 4構成)和恆流源電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括控制電路和低通濾波器電路，則所述方法包括:
[0056]步驟301:控制電路獲取所述恆流源電路上的第一壓降。
[0057]其中，所述第一壓降即為圖4所示的檢測信號。
[0058]步驟302:控制電路判斷所述第一壓降是否在設定數值範圍內，如果是，則執行步驟304，如果否，則執行步驟303。
[0059]其中，所述設定數值範圍的下限值大於或等於第二壓降，所述第二壓降是使所述恆流源電路能夠工作的所述恆流源電路上的最小壓降。
[0060]恆流源電路的作用是為勵磁線圈提供恆定的勵磁電流，其存在一個最小工作電壓(即所述第二壓降)，假設該最小工作電壓為2.25 V，則當恆流源電路上的壓降大於或等於
2.25 V時，恆流源電路能夠工作；當恆流源電路上的壓降小於2.25 V時，恆流源電路不能工作。本發明實施例的目的是既保證恆流源電路能夠工作，又要儘量降低其溫升，所以需要將恆流源電路上的壓降控制在所述設定數值範圍內，優選地，所述設定數值範圍的下限值應大於所述第二壓降2.25 V，以避免出現所述第一壓降小於2.25 V導致恆流源電路不能工作的情況，譬如，所述設定數值範圍可以為2.4 V ±0.1 V。
[0061]步驟303:控制電路調整自身輸出的P WM方波的佔空比，以便所述調整後的PWM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下改變所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓；繼續執行步驟301。
[0062]步驟304:控制電路保持自身輸出的P W M方波的佔空比，以便所述保持的P WM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下保持所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓。
[0063]本發明實施例中，控制電路輸出的P WM方波經低通濾波器電路濾波後會產生一個直流電平，該直流電平作為勵磁電壓調整電路的控制信號來控制勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓大小。在步驟303中，通過調整當前輸出的P WM方波的佔空比，可進一步調整低通濾波器電路輸出的直流電平大小，直流電平的變化使得勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓發生改變，從而實現調整勵磁電壓的功能；同理，在步驟304中，當控制電路輸出的PWM方波的佔空比不變時，勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓也將保持在一個恆定值，從而使恆流源電路上的壓降保持不變。
[0064]參見圖5，為本發明實施例提供的勵磁電壓調整方法的另一流程示意圖，該方法應用於電磁流量計勵磁電路(參見圖4)，所述電磁流量計勵磁電路包括串聯連接的勵磁電壓調整電路、勵磁線圈驅動電路(所述勵磁線圈驅動電路簡稱H橋電路，所述H橋電路由4隻橋式連接的功率雙極型電晶體或場效應管K I至K 4構成)和恆流源電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括控制電路和低通濾波器電路，則所述方法包括:
[0065]步驟501:控制電路輸出具有初始佔空比的P WM方波，以便具有所述初始佔空比的PWM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下使所述勵磁電壓調整電路輸出初始的勵磁電壓。
[0066]其中，所述初始的勵磁電壓等於所述第二壓降與第三壓降之和，所述第二壓降是使所述恆流源電路能夠工作的所述恆流源電路上的最小壓降，所述第三壓降是電磁流量計傳感器的勵磁線圈直流電阻為最小設定值時所述勵磁線圈上的壓降。需要說明的是，所述第三壓降是個設定值，而不是當前勵磁線圈直流電阻上的實際壓降，另外，對於所述最小設定值，在實際生產的電磁流量計中，假設勵磁線圈直流電阻的範圍為30Ω到110Ω，則所述最小設定值可以取值為30 Ω，或是30 Ω左右的阻值。
[0067]步驟502:控制電路獲取所述恆流源電路上的第一壓降。
[0068]步驟503:控制電路判斷所述第一壓降是否在設定數值範圍內，如果是，則執行步驟505，如果否，則執行步驟504。
[0069]其中，所述設定數值範圍的下限值大於或等於第二壓降，當勵磁電壓調整電路輸出初始的勵磁電壓時，所述第一壓降小於或等於所述設定數值範圍的下限值。
[0070]步驟504:控制電路降低自身輸出的P WM方波的佔空比，以便所述佔空比降低後的PWM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下提高所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓；繼續執行步驟502。
[0071]步驟505:控制電路保持自身輸出的P W M方波的佔空比，以便所述保持的P WM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下保持所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓。
[0072]為了更方便的說明圖5所示的實施例，下面舉例說明:
[0073]假設勵磁線圈直流電阻最小時為30 Ω，恆流源電路所提供的勵磁電流為0.125A，則勵磁線圈上的直流壓降(即第三壓降)為3.75 V，另外，假設恆流源電路上的最低工作壓降為(即第二壓降)2.25 V，通過計算可知，勵磁電壓調整電路輸出的初始的勵磁電壓應為3.75 V +2.25 V = 6 V。但是，實際使用的勵磁線圈直流電阻的阻值可能大於30 Ω，當採用6 V作為所述初始的勵磁電壓時，勵磁線圈上的壓降將增大即大於3.75 V，相應的，恆流源電路上的壓降將減小即小於2.25 V，此時，由於恆流源電路上的壓降過低，無法保證恆流源電路正常工作，此時控制電路需要降低自身輸出的佔空比，佔空比的降低使得濾波器輸出的直流電平降低，在降低的直流電平的作用下，勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓將提高，從而使得恆流源電路上的壓降提高，若經調整後恆流源電路上壓降仍不在所述設定數值範圍內，則控制電路繼續降低自身輸出的佔空比，直到恆流源電路上壓降在設定數值範圍內為止。
[0074]需要說明的是，在控制電路輸出P W M方波的同時，控制電路還輸出勵磁電流時序控制信號，通過所述時序控制信號控制H橋電路的K 1、K 4或K 2、K 3的閉合時間，從而控制勵磁電流方向，進而使得勵磁電流流過勵磁線圈和恆流源電路產生方向周期變化的恆定工作磁場。現有技術中主要採用以下兩種勵磁方式:
[0075]低頻方波勵磁方式:勵磁電流變化頻率可在工頻的1/4?1/32 (分母為偶數)之間選擇，勵磁電流以「正向一反向一正向」的規律變化。
[0076]三值低頻方波勵磁方式:勵磁電流變化頻率可在工頻的1/4?1/32(分母為偶數)之間選擇，勵磁電流以「正向一零一反向一零一正向」的規律變化。
[0077]然而，在現有技術的方法二中，由於勵磁線圈的電感量的存在，勵磁電流在方向切換時，受到流過勵磁線圈的電流變化過渡過程的影響，恆流源電路上的壓降也會發生相應變化，經R C濾波後，也僅適合用於以低頻方波勵磁方式工作的勵磁電路使用。而在以三值低頻方波勵磁方式工作的勵磁電路中，由於零電流過程的存在，使得恆流源電路上的壓降變化很大，這種變化對勵磁電壓調整電路輸出勵磁電壓的穩定性造成幹擾，並且很難用濾波電路徹底濾除這種幹擾現象，導致勵磁電壓調整電路輸出電壓的紋波變大，這種紋波雖然對勵磁電流的波動影響不大，但會通過傳感器內的分布電容加到採樣電極上，對放大電路產生不可忽略的影響，所以這種技術不適合採用三值低頻方波勵磁方式的勵磁電路使用。參見圖6，自上而下的三個圖分別為低頻方波勵磁方式、以及該勵磁方式下恆流源電路上的壓降和勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓；參見圖7，自上而下的三個圖分別為三值低頻方波勵磁方式、以及該勵磁方式下恆流源上壓降和勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓。可明顯看出，圖7中輸出的勵磁電壓的紋波很大。
[0078]為了克服上述勵磁電壓紋波大的缺陷，且同時適用於上述兩種勵磁方式，本發明實施例在經過勵磁電流切換後，且勵磁電流經過電流變化的過渡過程穩定在恆正或恆負(即勵磁電流的絕對值大於零且所述大於零的狀態保持了設定時間)時，再檢測所述恆流源電路上的第一壓降，具體地，可按照下述方法實現上述步驟301或步驟502:
[0079]判斷流經所述勵磁線圈驅動電路或所述恆流源電路上的勵磁電流的絕對值是否大於零且保持了設定時間，如果是，則檢測所述恆流源電路上的第一壓降。
[0080]本發明實施例提供的勵磁電壓調整方法通過調整控制電路輸出的P WM方波的佔空比，來改變低通濾波器電路輸出的直流電平，進而可改變勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓，所以，對於某一特定電磁流量計，在勵磁電流固定的條件下，由於其勵磁線圈直流電阻上的壓降保持不變，通過改變所述勵磁電壓便可在一個連續範圍內改變恆流源電路上的壓降，當恆流源電路上的壓降保持在一個使所述恆流源電路能夠正常工作且溫升較小的設定範圍內時，便可通過保持P WM方波的佔空比來保持恆流源電路上的壓降恆定。可見，本發明技術方案，可控制勵磁電壓在一定範圍內連續變化，實現了自動匹配不同規格傳感器勵磁線圈直流電阻、降低勵磁電路中恆流源電路的溫升的目的，提高了勵磁電路的溫度穩定性，進而保證了電磁流量計工作磁場的穩定性，解決了電磁流量計轉換器常見的因勵磁電路功耗過大，導致上電後溫度升高過大造成的始動漂移等問題。[0081]參見圖8，為本發明實施例提供的控制電路的結構框圖，所述控制電路屬於電磁流量計勵磁電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括串聯連接的勵磁電壓調整電路、勵磁線圈驅動電路和恆流源電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括低通濾波器電路，則所述控制電路800包括:
[0082]壓降獲取模塊801，用於獲取所述恆流源電路上的第一壓降；
[0083]佔空比調整模塊802，用於當所述壓降獲取模塊801獲取的第一壓降不在設定數值範圍內時，調整自身輸出的P W M方波的佔空比，以便所述調整後的P W M方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下改變所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓，繼續利用所述壓降獲取模塊801實現獲取恆流源電路上的第一壓降的功倉泛;
[0084]佔空比保持模塊803，用於當所述壓降獲取模塊801獲取的第一壓降在所述設定數值範圍內時，保持自身輸出的P W M方波的佔空比，以便所述保持的P W M方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下保持所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓；
[0085]其中，所述設定數值範圍的下限值大於或等於第二壓降，所述第二壓降是使所述恆流源電路能夠工作的所述恆流源電路上的最小壓降。
[0086]進一步地，所述控制電路800還包括:
[0087]初始佔空比輸出模塊，用於在所述壓降獲取模塊801獲取所述恆流源電路上的第一壓降之前，輸出具有初始佔空比的P WM方波，以便具有所述初始佔空比的P WM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下使所述勵磁電壓調整電路輸出初始的勵磁電壓；其中，所述初始的勵磁電壓等於所述第二壓降與第三壓降之和，所述第三壓降是電磁流量計傳感器的勵磁線圈直流電阻為最小設定值時所述勵磁線圈上的壓降；
[0088]所述佔空比調整模塊802，具體用於降低自身輸出的P WM方波的佔空比，以便所述佔空比降低後的PWM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下提高所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓。
[0089]其中，所述壓降獲取模塊801包括:
[0090]判斷單元，用於判斷流經所述勵磁線圈驅動電路或所述恆流源電路上的勵磁電流的絕對值是否大於零且保持了設定時間；
[0091]檢測單元，用於在所述判斷單元判斷得到的流經所述勵磁線圈驅動電路或所述恆流源電路上的勵磁電流的絕對值大於零且保持了設定時間時，檢測所述恆流源電路上的第
一壓降。
[0092]參見圖4，為本發明實施例提供的電磁流量計勵磁電路，所述電磁流量計勵磁電路包括串聯連接的勵磁電壓調整電路、勵磁線圈驅動電路和恆流源電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括上述控制電路和低通濾波器電路；
[0093]所述低通濾波器電路，與所述控制電路連接，用於將所述控制電路的控制信號輸出端輸出的P WM方波信號進行濾波，經濾波後輸出直流電平；
[0094]勵磁電壓調整電路，與所述低通濾波器電路連接，用於在所述直流電平的作用下輸出勵磁電壓。[0095]下面分別就所述電磁流量計勵磁電路的各個組成部分進行介紹:
[0096]a、控制電路
[0097]所述控制電路可以由帶有8位模擬量/數字量轉換器和P WM輸出埠的16位單片機構成。
[0098]b、低通濾波器電路與勵磁電壓調整電路
[0099]參見圖9所示的勵磁電壓調整電路與低通濾波器電路的電路示意圖。
[0100]其中，所述勵磁電壓調整電路包括:降壓穩壓器L M 22674 — A D J、第一濾波電容C 7 (輸入濾波電容)，自舉電容C 8，第二濾波電容C 18 (輸出濾波電容)，續流二極體
V3，蓄能電感L 4，第一分壓電阻R 4和第二分壓電阻R I ;這些器件之間的連接關係為:所述降壓穩壓器的電源電壓輸入端V I N與電磁流量計的供電電源P 24 V連接，所述供電電源P 24 V經所述第一濾波電容C 7與第一地線D GN D I連接，所述降壓穩壓器的地端G N D與所述第一地線D G N D I連接，所述降壓穩壓器的反饋輸入引腳F B經所述第一分壓電阻R 4與所述低通濾波器電路的輸出端F LT-O U T連接，所述降壓穩壓器的輸出引腳SW分別經所述自舉電容C 8與所述降壓穩壓器的自舉輸入端B O O T連接、經所述續流二極體V 3與所述第一地線D GN D I連接、經所述蓄能電感L 4與所述勵磁線圈驅動電路的輸入端P O U T連接，所述勵磁線圈驅動電路的輸入端P O U T與所述第一地線D GN D I之間跨接所述第二濾波電容C 18，所述勵磁線圈驅動電路的輸入端P O UT與所述降壓穩壓器的反饋輸入引腳F B之間跨接所述第二分壓電阻R I。
[0101]其中，所述低通濾波器電路包括:同相放大器T L V 2252、第三濾波電容C 21、第三分壓電阻R 26和第四分壓電阻R 25 ;所述低通濾波器電路的輸出端F L T — O U T為所述同相放大器的輸出端；這些器件之間的連接關係為:所述同相放大器的輸出端與所述勵磁電壓調整電路中的第一分壓電阻R 4連接，所述同相放大器的同相輸入端與第二地線DGND 2之間跨接並聯連接的第三濾波電容C 21和第三分壓電阻R 26，所述同相放大器的同相輸入端經所述第四分壓電阻R 25與所述控制電路的控制信號輸出端P WM — I N連接，所述同相放大器的反向輸入端與所述同相放大器的輸出端連接。
[0102]需要說明的是，所述第一地線D GN D I和第二地線D GN D 2可以為同一地線也可以為等電位的不同地線。
[0103]下面具體介紹勵磁電壓調整電路與低通濾波器電路的工作原理:
[0104]R 25、R 26和C 21是低通濾波器電路的無源R C網絡，R 25和R 26在低通濾波器電路中作為P WM信號的輸入分壓電阻，R 25連接所述控制電路的控制信號輸出端PWM-1 N，用於接收從P WM— I N輸出的P WM方波信號；T L V 2252作為單位增益同相放大器，其輸出端F L T — OUT與勵磁電壓調整電路的R 4相連，用來控制勵磁電壓調整電路的輸出電壓。
[0105]勵磁電壓調整電路的核心器件L M 22674 -A D J是一枚降壓型開關穩壓器晶片，其輸入電壓的範圍是4.7?42 V ;該晶片內部有一個振蕩頻率為500 kH z佔空比可變的P WM震蕩電路，該晶片工作時從S W引腳輸出P WM方波，該P WM方波通過蓄能電感L 4對輸出濾波電容C 18充電，C 18上的輸出電壓經分壓電阻R I和R 4分壓後反饋到F B端，如果F B端接收的反饋電壓經L M 22674 —A D J內部的比較電路測試後達到內部參考電壓1.285 V，則降低晶片輸出的P WM方波的佔空比。在PWM輸出電流關斷時，續流二極體V 3為流過L 4的電流提供繼續對輸出濾波電容C 18充電的通道，直至因負載電流導致C 18電壓降低，當因所述C 18電壓降低導致F B端接收的反饋電壓低於1.285 V時，LM 22674 — A D J則提高輸出的P W M方波的佔空比，使得C 18上的電壓升高，從而實現保持C 18上的電壓恆定的目的。
[0106]勵磁電壓調整電路輸出端P OUT的輸出電壓數值是由電阻R I和R4的分壓比決定的。即當低通濾波器電路輸出端F L T — O U T輸出的電壓信號發生變化時，R I與R 4上的電壓也將隨之變化，進而P O U T端輸出的電壓也將隨之改變(低通濾波器電路輸出的電壓越高，勵磁電壓調整電路輸出的電壓越低)。
[0107]下面舉例說明本發明勵磁電壓調整範圍的適用性:
[0108]參見圖8，當控制電路輸出的信號為幅度為3.3 V、頻率為400 KH z的P WM方波信號時，如果該P WM方波信號的佔空比在I?99%範圍內變化，則低通濾波器電路的電壓輸出範圍在O?1.32 V內，相應勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓在可在21?5 V內變化。可見，在恆流源電路提供0.125 A的勵磁電流條件下，可以保證勵磁線圈直流電阻在22Ω IlJ 150 Ω範圍內的傳感器正常工作，完全可以自動匹配國內電磁流量計生產廠家常見的30 Ω到110 Ω勵磁線圈直流電阻的傳感器。
[0109]例如，當恆流源電路提供的勵磁電流為0.125 A、恆流源電路的壓降調整範圍(所述設定數值範圍)的下限值為2.25 V時，如果勵磁線圈直流電阻的阻值為118Ω時，勵磁電壓可自動調整到17 V左右(B卩，勵磁線圈上的壓降為0.125 A Χ118Ω =14.75V，恆流源電路上的壓降為17 V — 14.75 V= 2.25 V左右)，恆流源電路的功耗為0.28 W左右；如果勵磁線圈直流電阻的阻值為30 Ω時，勵磁電壓可自動調整到6 V左右(B卩，勵磁線圈上的壓降為0.125 A X 30 Ω = 3.75 V，恆流源電路上的壓降為6 V — 3.75 V = 2.25 V左右)，恆流源電路的功耗為0.28 W左右。當然為了避免恆流源電路上的壓降小於2.25V而不能正常工作，也可以設定所述設定數值範圍的下限值為大於2.25 V，從而使得恆流源電路上的壓降大於2.25 V。可見，採用本發明實施例可以將恆流源電路的功耗控制在最小值，從而控制恆流源電路的溫升最小。
[0110]C、勵磁線圈驅動電路
[0111]勵磁線圈驅動電路即H橋電路，可採用2片包含有P溝道和N溝道M O SFET場效應管各一隻的I RF 7343晶片作為驅動電流開關，該晶片工作在開關狀態，在流過勵磁電流為0.125 A時，功耗僅為1.56 mW，溫升可忽略不計。
[0112]d、恆流源電路
[0113]參見圖10所示的恆流源電路示意圖，由N 1、N 4、V 10、C 1、C 2、C 18、R I和R 13等元器件構成。其中，N 4為運算放大器T L V 2252 ；N I為採用輸出電壓為1.250
V的R E F 3112精密基準源；V 10為MO S F E T場效應管I R L 530晶片，是恆流源電流控制器件；C 1、C 2、C 18為濾波電容；R I為恆流源採樣電阻；R 13為V 10的柵極限流保護電阻。
[0114]本發明實施例提供的控制電路及電磁流量計勵磁電路，通過調整控制電路輸出的P WM方波的佔空比，來改變低通濾波器電路輸出的直流電平，進而可改變勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓，所以，對於某一特定電磁流量計，在勵磁電流固定的條件下，由於其勵磁線圈直流電阻上的壓降保持不變，通過改變所述勵磁電壓便可在一個連續範圍內改變恆流源電路上的壓降，當恆流源電路上的壓降保持在一個使所述恆流源電路能夠正常工作且溫升較小的設定範圍內時，便可通過保持P WM方波的佔空比來保持恆流源電路上的壓降恆定。可見，本發明技術方案，可控制勵磁電壓在一定範圍內連續變化，實現了自動匹配不同規格傳感器勵磁線圈直流電阻、降低勵磁電路中恆流源電路的溫升的目的，提高了勵磁電路的溫度穩定性，進而保證了電磁流量計工作磁場的穩定性，解決了電磁流量計轉換器常見的因勵磁電路功耗過大，導致上電後溫度升高過大造成的始動漂移等問題。
[0115]需要說明的是，本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的電路裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
[0116]還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0117]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種勵磁電壓調整方法，其特徵在於，所述方法應用於電磁流量計勵磁電路，所述電磁流量計勵磁電路包括串聯連接的勵磁電壓調整電路、勵磁線圈驅動電路和恆流源電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括控制電路和低通濾波器電路，則所述方法包括: 所述控制電路獲取所述恆流源電路上的第一壓降； 如果所述第一壓降不在設定數值範圍內，則所述控制電路調整自身輸出的P w M方波的佔空比，以便所述調整後的PWM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下改變所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓，所述控制電路繼續執行所述獲取恆流源電路上的第一壓降的步驟； 如果所述第一壓降在所述設定數值範圍內，則所述控制電路保持自身輸出的P WM方波的佔空比，以便所述保持的PWM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下保持所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓； 其中，所述設定數值範圍的下限值大於或等於第二壓降，所述第二壓降是使所述恆流源電路能夠工作的所述恆流源電路上的最小壓降。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述控制電路獲取所述恆流源電路上的第一壓降之前，還包括: 所述控制電路輸出具有初始佔空比的P W M方波，以便具有所述初始佔空比的P WM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下使所述勵磁電壓調整電路輸出初始的勵磁電壓；其中，所述初始的勵磁電壓等於所述第二壓降與第三壓降之和，所述第三壓降是電磁流量計傳感器的勵磁線圈直流電阻為最小設定值時所述勵磁線圈上的壓降； 所述調整自身輸出的P WM方 波的佔空比，以便所述調整後的P WM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下改變所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓，具體包括: 降低自身輸出的P WM方波的佔空比，以便所述佔空比降低後的P WM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下提高所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述獲取所述恆流源電路上的第一壓降，具體包括: 判斷流經所述勵磁線圈驅動電路或所述恆流源電路上的勵磁電流的絕對值是否大於零且保持了設定時間，如果是，則檢測所述恆流源電路上的第一壓降。
4.一種控制電路，其特徵在於，所述控制電路屬於電磁流量計勵磁電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括串聯連接的勵磁電壓調整電路、勵磁線圈驅動電路和恆流源電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括低通濾波器電路，則所述控制電路包括: 壓降獲取模塊，用於獲取所述恆流源電路上的第一壓降； 佔空比調整模塊，用於當所述壓降獲取模塊獲取的第一壓降不在設定數值範圍內時，調整自身輸出的P WM方波的佔空比，以便所述調整後的P WM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下改變所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓，繼續利用所述壓降獲取模塊實現獲取恆流源電路上的第一壓降的功能； 佔空比保持模塊，用於當所述壓降獲取模塊獲取的第一壓降在所述設定數值範圍內時，保持自身輸出的P WM方波的佔空比，以便所述保持的P WM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下保持所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓； 其中，所述設定數值範圍的下限值大於或等於第二壓降，所述第二壓降是使所述恆流源電路能夠工作的所述恆流源電路上的最小壓降。
5.根據權利要求4所述的控制電路，其特徵在於，所述控制電路還包括: 初始佔空比輸出模塊，用於在所述壓降獲取模塊獲取所述恆流源電路上的第一壓降之前，輸出具有初始佔空比的P W M方波，以便具有所述初始佔空比的P W M方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下使所述勵磁電壓調整電路輸出初始的勵磁電壓；其中，所述初始的勵磁電壓等於所述第二壓降與第三壓降之和，所述第三壓降是電磁流量計傳感器的勵磁線圈直流電阻為最小設定值時所述勵磁線圈上的壓降； 所述佔空比調整模塊，具體用於降低自身輸出的P WM方波的佔空比，以便所述佔空比降低後的PWM方波經所述低通濾波器電路濾波後產生直流電平並在直流電平的作用下提高所述勵磁電壓調整電路輸出的勵磁電壓。
6.根據權利要求4所述的控制電路，其特徵在於，所述壓降獲取模塊包括: 判斷單元，用於判斷流經所述勵磁線圈驅動電路或所述恆流源電路上的勵磁電流的絕對值是否大於零且保持了設定時間； 檢測單元，用於在所述判斷單元判斷得到的流經所述勵磁線圈驅動電路或所述恆流源電路上的勵磁電流的絕對值大於零且保持了設定時間時，檢測所述恆流源電路上的第一壓降。
7.一種電磁流量計勵磁電路，其特徵在於，所述電磁流量計勵磁電路包括串聯連接的勵磁電壓調整電路、勵磁線圈驅動電路和恆流源電路，所述電磁流量計勵磁電路還包括如權利要求4至6任一項所述的控制電路和低通濾波器電路； 所述低通濾波器電路，與所述控制電路連接，用於將所述控制電路的控制信號輸出端輸出的P WM方波信號進行濾波，經濾波後輸出直流電平； 勵磁電壓調整電路，與所述低通濾波器電路連接，用於在所述直流電平的作用下輸出勵磁電壓。
8.根據權利要求7所述的勵磁電路，其特徵在於，所述控制電路為單片機。
9.根據權利要求7或8所述的勵磁電路，其特徵在於，所述勵磁電壓調整電路包括:降壓穩壓器、第一濾波電容，自舉電容，第二濾波電容，續流二極體，蓄能電感，第一分壓電阻和第二分壓電阻； 所述降壓穩壓器的電源電壓輸入端與電磁流量計的供電電源連接，所述供電電源經所述第一濾波電容與第一地線連接，所述降壓穩壓器的地端與所述第一地線連接，所述降壓穩壓器的反饋輸入引腳經所述第一分壓電阻與所述低通濾波器電路的輸出端連接，所述降壓穩壓器的開關引腳分別經所述自舉電容與所述降壓穩壓器的自舉輸入端連接、經所述續流二極體與所述第一地線連接、經所述蓄能電感與所述勵磁線圈驅動電路的輸入端連接，所述勵磁線圈驅動電路的輸入端與所述第一地線之間跨接第二濾波電容，所述勵磁線圈驅動電路的輸入端與所述降 壓穩壓器的反饋輸入引腳之間跨接所述第二分壓電阻。
10.根據權利要求9所述的勵磁電路，其特徵在於，所述低通濾波器電路包括:同相放大器、第三濾波電容、第三分壓電阻和第四分壓電阻；所述低通濾波器電路的輸出端為所述同相放大器的輸出端； 所述同相放大器的輸出端與所述第一分壓電阻連接，所述同相放大器的同相輸入端與第二地線之間跨接並聯連接的第三濾波電容和第三分壓電阻，所述同相放大器的同相輸入端經所述第四分壓電阻與所述控制電路的控制信號輸出端連接，所述同相放大器的反向輸入端與所述同相放大器的輸出 端連接。
【文檔編號】G01F1/58GK103759773SQ201410054809
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月18日 優先權日:2014年2月18日
【發明者】王長密, 馬小永, 祁泓, 周錦華 申請人:北京中銳智誠科技有限公司