研制电磁流量计励磁节制体系 , 提出基于线性电源设想恒流源电路 , 并接纳高压源鼓励使体系具备疾速呼应机能, 基于 H桥设想励磁线圈驱动电路以停止方波鼓励 , 设想检流电路以实现励磁电流的切确检测 , 基于 DSP设想励磁时序发生电路实现单频或双频切确励磁。经尝试考证 , 该励磁节制体系可实现切确的高频或双频励磁并保障电磁流量计输入旌旗灯号具备稳定零点, 从而为进步其丈量速率和丈量精度奠基根本。

　　今朝 , 国际的电磁流量计根基上接纳低频方波励磁体例, 以取得稳定的零点 [2-6]。可是, 低频方波按照法拉第电磁感到定律 , 电磁流量计经由过程励励磁没法实现疾速丈量和保障浆液丈量的精度。为磁线圈将磁场施加给被测流体 , 从而经由过程检测磁场此, 外洋提出高频励磁和双频励磁体例 , 比方, 日本中活动流体的感到电动势来丈量导电液体体积横河的双频电磁流量计 [7]和东芝的高频电磁流量计。

　　可是, 在高频励磁 (双频励磁中也存在高频励磁 )时, 因为励磁线圈的理性负载特征 , 励磁电流在励磁半周期内很难到达稳态 , 从而使旌旗灯号很难取得稳定的零点。因此 , 恒流节制的疾速呼应特征是高频励磁节制体系的设想重点。同时 , 励磁电流的切确检测及励磁频次的切确节制是取得高精度旌旗灯号处置成果的条件。可是 , 外洋公司不表露这些关头手艺的详细细节[8-9]。针对恒流节制的疾速性、励磁电流检测的切确性及励磁频次节制的切确性的目标 , 基于线性电源设想了恒流节制电路、并接纳高压源鼓励 , 使其具备疾速呼应机能 , 基于 H桥设想实现方波励磁驱动电路, 在 H桥低端与地之间接入检流电路 , 并经由过程节制 H桥使命体例实现切确检流 , 基于 DSP连系核心器件设想励磁时序发生电路实现单频或双频切确励磁。

　　2体系硬件

　　2.1设想计划

　　该电磁流量计励磁节制体系首要包含恒流源电路、励磁线圈驱动电路、励磁时序发生电路及检流电路, 其框图如图 1所示。图 1 电磁流量计励磁节制体系框图 Fig. 1 Diagram of excitation control system for electromagnetic flowmeter 体系由恒流源电路向励磁线圈驱动电路供电 , 励磁线圈驱动电路按照励磁时序发生电路收回的励磁时序节制旌旗灯号 CT1和 CT2, 对励磁线圈停止方波励磁。检流电路置于励磁线圈驱动电路中 , 将流过励磁线圈的电流转换为电压旌旗灯号输入。励磁时序发生电路基于 DSP设想, DSP同时停止电磁流量计的旌旗灯号处置。

　　2.2恒流源电路

　　因为接纳高频励磁 , 励磁电流高达数百毫安 , 励磁线圈为理性负载, 而接纳 DC/DC器件或近似 PWM节制道理反应节制构建的恒流源电路会使励磁电流呼应速率慢 , 因此接纳高功率线性电源搭建恒流节制电路 , 以取得较高的呼应速率。恒流源电路道理图如图 2所示。R1接纳紧密电阻 , 经由过程调剂该电阻值便可取得希冀电流。输入电压 VCC为 36 V, D1为掩护二极管 , D2防止电流反向。因为电流进入稳态后负载端电压较低 , 因此线性电源上牢固散热片以下降芯片使命温度。图 2 恒流源电路道理图 Fig. 2 Schematic circuit diagram of constant-current source

　　2.3励磁线圈驱动电路及检流电路

　　励磁线圈驱动电路首要由 H桥及其开关驱动电路构成, 其电路框图如图 3所示。 H桥高端接纳 PNP达林顿晶体管 , 以便利其开关驱动电路经由过程电流节制旌旗灯号 CON1和 CON2节制其通断 , 从而防止因理性负载形成高端电压不稳而较难节制的题目 ; 低端接纳 N沟道 MOS管, 以便利间接经由过程电压节制旌旗灯号 CON3和 CON4节制其通断; 因为 MOS管栅极电流很小, 从而可以或许在 H桥低端与地之间接入检流电路以切确检测励磁电流。 H桥桥臂 PNP管和 MOS管均选用外部反并肖特基二极管。检流电路设想为低阻值, 以保障 H桥低端电压动摇幅值较小。 H桥高端接上限幅电路, 以保障 H桥一般使命 , 并且为励磁线圈在电流标的目的切换时开释能量供给回路。 H桥节制接纳对臂联动节制 , 以保障单双频励磁时续流回路均具备高阻抗 , 进而保障零点稳定性。CON1、CON2、 CON3、CON4由 H桥开关驱动电路按照领受的励磁时序 CT1和 CT2发生。此中, CON1与 CON4由 CT1节制, CON2与 CON3由 CT2节制, 以实现单频励磁或双频励磁时励磁线圈中电流完整流过检流电路。 CD1 和 CD2间接接励磁线圈, 以供给励磁电流。

　　3 励磁线圈驱动电路及检流电路框图 Fig. 3 Block diagram of excitation coil’s drive circuit and current measuring circuit

　　2.4励磁时序发生电路励磁时序发生电路首要由 DSP芯片 TMS320F 2812(以下简称 F2812)连系多路开关及电平婚配电路构成, 以发生励磁时序节制旌旗灯号 CT1和 CT2, 其硬件道理框图如图 4所示。图中 , 多路开关的输入使能旌旗灯号 OEn由 DSP的 GPIO节制, 通道挑选旌旗灯号 SLE和输入旌旗灯号 SIG由 DSP的 EV模块及此中的 GP Timer按照励磁体例的差别经由过程 PWM输入发生 , 从而加重 CPU承担。电平婚配电路用于将 DSP的 3.3V CMOS逻辑电平转换为 5 V逻辑电平以节制励磁线圈驱动电路。因为体系上电复位时 , DSP各引脚输入高电平 , 因此多路开关各通道输入呈高阻状况 , 故体系在电平婚配电路前经由过程下拉电路将节制旌旗灯号 CES2和 CES2下拉, 以使 CT1和 CT2为低电平 , 从而使励磁线圈驱动电路中的 H桥各桥臂均关断。体系启动后 , OEn置低, 多路开关被使能。 SLE为低电日常平凡 , CES1与 SIG雷同, 从而使 CT1跟从 SIG变更, CT2为低电平; SLE为高电日常平凡 , CES2与 SIG雷同, 从而使 CT2跟从 SIG变更, CT1为低电平。据此 , 经由过程发生差别的 SIG与 SLE旌旗灯号波形便可停止差别体例的励磁节制。图 4 励磁时序发生电路硬件道理框图 Fig. 4 Block diagram of exciting scheduling generating circuit

　　3体系软件

　　基于硬件电路设想之上 , 本体系接纳软件初始化 DSP及核心硬件模块使 DSP经由过程其片上 EV模块及此中通用按时器 (GP Timer)节制 PWM输入以发生励磁时序节制旌旗灯号。如许 , 体系在启动励磁后无需软件再次干涉干与 , 从而保障励磁频次的精度 , 并加重 CPU的承担, 以便停止电磁流量计的旌旗灯号处置使命。体系上电复位后 , 先初始化 GPIO口, 使节制旌旗灯号 OEn为低电平, 以使能多路开关输入。 单频励磁: 初始化 SIG为高电平并坚持稳定; 初始化 F2812的片上 EV模块及此中 GP Timer4, 由 T4PWM输入发生 SLE旌旗灯号。 SLE旌旗灯号频次由 GP Timer4初始化时设定 , 即为励磁频次。如许 , 在体系初始化实现后 , 启动 GP Timer4便可启动励磁。单频励磁的时序波形图如图 5所示。图5 单频励磁时序波形图 Fig. 5 Scheduling curves of single-frequency exciting 双频励磁: SIG和 SLE均由 F2812片上 EV模初始化设置为低频 , GP Timer4初始化为随 GP 块中 PWM输入节制发生 , 且别离由 GP Timer3 和 Timer3同时启动。体系初始化实现后启动 GP GP Timer4节制旌旗灯号频次。此中 , SIG旌旗灯号频次由 Timer3便可启动双频励磁。双频励磁的时序波形GP Timer3初始化设置为高频 , SLE由 GP Timer4图如图 6所示。图6 双频励磁时序波形图 Fig. 6 Scheduling curves of dual-frequency exciting

　　4尝试成果

　　体系研制实现后 , 为考查其机能目标 , 针对重庆川仪主动化股分无限公司出产的口径为 40 mm的打仗式智能电磁流量计一次仪表(励磁线圈电感值约为 250 mH)停止了励磁节制尝试 , 励磁电流由图 2中 R1肯定为 320 mA摆布。尝试在江西流量器厂出产的 XBT DN15-50Ⅱ型水流量标定装配上停止。尝试步骤: 1)将电磁流量计一次仪表装在标定装配上 , 并与该励磁节制体系接好线 , 同时将一次仪表的感到输入旌旗灯号接至电磁流量计旌旗灯号收罗模块 ; 2)启动标定装配并手动节制阀门调度至某一流速 ; 3)启动体系起头对一次仪表停止励磁。体系中 , 检流电路与传感器输入旌旗灯号均由电磁流量计体系颠末调度缩小收罗 , 并经由过程 RS232通信传递至上位机保管。体系采样率为 4 800 Hz。尝试中, 别离经由过程软件设定接纳单频 25 Hz和双频 6.25 Hz/75 Hz停止方波励磁 , 并在仪表量程规模内取多个流量点停止尝试。尝试成果显现 , 针对上述电磁流量计一次仪表 , 励磁电流在励磁标的目的切换后回升时候(0%~90%)约为 2.3 ms,调度时候 (进入稳态±0.5%偏差带 )约为 4.5 ms。因为励磁电流调度时候只与电路参数有关 , 因此上面只给出流速约为 30 m3/H环境下 , 高频励磁和双频励磁时体系所收罗的励磁电流旌旗灯号和一次仪表输入旌旗灯号曲线图别离如图 7、图 8所示。由图 3所示检流道理可知 , 检流电阻上所检测的电流旌旗灯号稳态时只可以或许为零或正 , 而其可以或许按照已知的励磁阶段停止翻转转换成现实励磁线圈中的电流旌旗灯号 (与传感器输入旌旗灯号波形类似 )。图7 高频(25Hz)励磁旌旗灯号波形图 Fig. 7 Signal waveform of high-frequency(25Hz) exciting 图 8 双频(6.25Hz/75Hz)励磁旌旗灯号波形图 Fig. 8 Signal waveform of dual-frequency(6.25Hz/75Hz) exciting 在重庆川仪主动化股分无限公司 100口径(电由图可知 ,  本文所研制的励磁体系在 25 Hz励磁时感值约为 353.5 mH)标定线上 , 别离对该励磁体系能疾速进入励磁稳态 , 且励磁电流超调小 , 而现有和现有手艺中接纳 DC/DC调压反应恒流节制手艺手艺励磁电流超调量大且在 12.5 Hz励磁时即没法的励磁体系停止励磁尝试 , 尝试成果如图 9所示。进入稳态。 (a) 本文手艺 25Hz励磁成果 (b)现有手艺。