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            一種電磁流量計的勵磁電路及其勵磁電流控制方法的技術

            發布:2022/4/1 12:24:19人氣:356
            技術領域
            本發明涉及電磁流量計技術,特別是涉及一種電磁流量計的勵磁電路及其勵磁電流控制方法的技術。
             
            背景技術
            電磁流量計是一種用于測量流體流量的儀表。勵磁電路是電磁流量計不可或缺的重要組成部分,其作用是產生大小和時序受控的勵磁電流,來激勵傳感器,從而產生磁場。
            電磁流量計所采用的現有典型勵磁電路都包括電源、恒流源產生回路,及用于控制電流方向的H橋及其相關配套回路。
            圖2為電磁流量計所采用的一種現有典型勵磁電路,該電路中U21為微控制器,U22為光耦隔離模塊,U23為H橋控制回路,H21為H橋,U24為恒流源產生回路,S21為電源,L21為傳感線圈,該勵磁電路中的恒流源產生回路設置在低邊。
            圖3為電磁流量計所采用的另一種現有典型勵磁電路,該電路中U31為微控制器,U32為光耦隔離模塊,U33為H橋控制回路,H31為H橋,U34為恒流源產生回路,S31為電源,L31為傳感線圈,該勵磁電路中的恒流源產生回路設置在高邊。
            現有電磁流量計所采用的勵磁電路(比如上述兩種電路)需要采用較多的元器件構建,存在著結構復雜,不能實時檢測和調整勵磁電流大小的缺點,當勵磁電流波動時會影響到電磁流量計的測量精度,因此對于勵磁電流的要求較高,需要使勵磁電流固定在某一個值,而且恒流源產生回路為了實現恒流控制,還需要產生一些額外的不必要的功耗浪費。
             
            發明內容
            針對上述現有技術中存在的缺陷,本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單,能實時檢測和調整勵磁電流大小,能有效消除勵磁電流波動對流速信號測量影響的電磁流量計的勵磁電路及其勵磁電流控制方法。
            為了解決上述技術問題,本發明所提供的一種電磁流量計的勵磁電路,包括傳感線圈,其特征在于:還包括主控制模塊,所述主控制模塊包括微控制器、增益放大器、AD轉換器;
            所述微控制器具有兩個PWM信號輸出腳,該兩個PWM信號輸出腳分別為第一PWM信號
            輸出腳、第二PWM信號輸出腳;
            所述傳感線圈的一端接到微控制器的第一PWM信號輸出腳,另一端串接一采樣電阻到微控制器的第二PWM信號輸出腳;
            所述增益放大器為差分式放大器,增益放大器的兩個差分信號輸入端分別接到采樣電阻的兩端,增益放大器的兩個差分信號輸出端分別接到AD轉換器的兩個模擬信號輸入端,AD轉換器與微控制器通過數據總線相連。
            本發明所提供的電磁流量計的勵磁電路的勵磁電流控制方法,其特征在于,具體步驟如下:
            預先設定一個勵磁電流控制范圍,并根據設定的勵磁電流控制范圍,設定一個采樣電壓控制范圍,及一個采樣電壓調整范圍,其中的采樣電壓調整范圍為采樣電壓控制范圍的子集:
            微控制器工作時,將其中一個PWM信號輸出腳設置為PWM輸出模式,同時將另一個PWM信號輸出腳設置為推挽輸出模式,并將兩個PWM信號輸出腳的工作模式按時序交替互換,來實現電流的流向控制;微控制器實時采集采樣電阻兩端的采樣電壓,并根據采樣電壓的電壓值來調節PWM信號輸出腳所輸出的PWM信號的占空比,進而控制傳感線圈的勵磁電流大?。寒斘⒖刂破鳈z測到采樣電壓值在預先設定的采樣電壓控制范圍內時,保持PWM信號輸出腳所輸出的PWM信號的當前占空比:當微控制器檢測到采樣電壓值大于預先設定的采樣電壓控制范圍的上限值時,逐步減小PWM信號輸出腳所輸出的PWM信號的占空比,使得傳感線圈的勵磁電流逐漸減小,直至采樣電壓降至預先設定的采樣電壓調整范圍內后,保持PWM信號輸出腳所輸出的PWM信號的當前占空比:當微控制器檢測到采樣電壓值小于預先設定的采樣電壓控制范圍的下限值時,逐步增
            大PWM信號輸出腳所輸出的PWM信號的占空比,使得傳感線圈的勵磁電流逐漸增大,直至采樣電壓升至預先設定的采樣電壓調整范圍內后,保持PWM信號輸出腳所輸出的PWM信號的當前占空比。
            本發明提供的電磁流量計的勵磁電路及其勵磁電流控制方法,利用微控制器的兩個具有PWM信號輸出功能的I0腳來產生勵磁,其電路結構簡單,且能實時檢測和調整勵磁電流大小,能有效消除勵磁電流波動對流速信號測量的影響。
             
            附圖說明
            圖1是本發明實施例的電磁流量計的勵磁電路的電路結構示意圖;
            圖2是電磁流量計所采用的一種現有典型勵磁電路的電路結構示意圖;
            圖3是電磁流量計所采用的另一種現有典型勵磁電路的電路結構示意圖。
            具體實施方式
            以下結合附圖說明對本發明的實施例作進一步詳細描述,但本實施例并不用于限制本發明,凡是采用本發明的相似結構及其相似變化,均應列入本發明的保護范圍。
            如圖1所示,本發明實施例所提供的一種電磁流量計的勵磁電路,包括傳感線圈L1,其特征在于:還包括主控制模塊,所述主控制模塊包括微控制器U3、增益放大器U1、AD(模數)轉換器U2;
            所述微控制器U3具有兩個PWM(脈寬調制)信號輸出腳,該兩個PWM信號輸出腳分別為第一PWM信號輸出腳P0、第二PWM信號輸出腳P1;
            所述傳感線圈L1的一端接到微控制器U3的第一PWM信號輸出腳P0,另一端串接一采樣電阻R1到微控制器U3的第二PWM信號輸出腳P1;
            所述增益放大器U1為差分式放大器,增益放大器U1的兩個差分信號輸入端分別接到采樣電阻R1的兩端,增益放大器U1的兩個差分信號輸出端分別接到AD轉換器U2的兩個模擬信號輸入端,AD轉換器U2與微控制器U3通過數據總線相連。
            本發明實施例為了簡化電路設計,采用集成了微控制器、增益放\大器、AD轉換器的微處理芯片作為主控制模塊,具體采用的是型號為EFM32LG840F64的微處理芯片,本發明其它實施例中,主控制模塊也可以采用能實現相同功能的其它微處理芯片,主控制模塊
            也可以采用集成了微控制器、AD轉換器的微處理芯片及單獨的增益放大器芯片的組合,主控制模塊也可以采用單獨的微控制器芯片、單獨的AD轉換器芯片及單獨的增益放大器芯片的組合。
            本發明實施例中,所取采樣電阻的阻值為2歐姆,微控制器的PWM信號輸出腳所輸出的PWV信號的頻率為100KHz,勵磁電流的控制目標為25±0.5mA,采樣電阻兩端的電壓為50mV士1mV,增益放大器的放大倍數為3倍,對應的電壓的控制目標為150±3mV,即采樣信號經過增益放大器放大后,到達AD轉換器的差分信號zui大值約為150mV,AD轉換器采用差分工作模式及1.25V基準源,其輸出位為12bit,分辨率為0.61mV,使得勵磁電流的測量精度可以達到0.4%。
            本發明實施例的電磁流量計的勵磁電路的勵磁電流控制方法如下:
            微控制器的PWM信號輸出腳工作模式有兩種,一種是PWM輸出模式,另一種是推挽輸出模式,微控制器的PWM信號輸出腳設置為PWM輸出模式時具有不少于25mA的源電流能力,設置為推挽輸出模式時則具有不少于25mA的灌電流能力:預先設定一個勵磁電流控制范圍(本例為25±0.5mA),并根據設定的勵磁電流控制范圍,設定一個采樣電壓控制范圍(本例為150土3V),及一個采樣電壓調整范圍(本例為150士1mV),其中的采樣電壓調整范圍為采樣電壓控制范圍的子集;微控制器工作時,將其中一個PWM信號輸出腳設置為PWM輸出模式,同時將另一個PWM信號輸出腳設置為推挽輸出模式,并將兩個PWM信號輸出腳的工作模式交替互換,來實現電流的流向控制;比如在某一時刻,第一PWM信號輸出腳被設置為PWM輸出模式,第二PWM信號輸出腳則被設置為推挽輸出模式并輸出低電平,此時電流流向為從第一PWM信號輸出腳出發,依次經傳感線圈、采樣電阻后到達第二PWM信號輸出腳:在下一時刻,第一PWM信號輸出腳被設置為推挽輸出模式并輸出低電平,而第二PWM信號輸出腳則被設置為PWM輸出模式,此時電流流向為從第二PWM信號輸出腳出發,依次經采樣電阻、傳感線圈后到達第一PWM信號輸出腳微控制器實時采集采樣電阻兩端的采樣電壓,采樣電阻兩端的采樣電壓通過增益放大器放大后進入AD轉換器,經AD轉換器轉換后輸入到微控制器,微控制器根據采樣電壓的電壓值來調節PWM信號輸出腳所輸出的PWM信號的占空比,進而控制傳感線圈的勵磁電流大??;
            當微控制器檢測到采樣電壓值在預先設定的采樣電壓控制范圍(150±3mV)內時,保持PWM信號輸出腳所輸出的PWM信號的當前占空比;
            當微控制器檢測到采樣電壓值大于預先設定的采樣電壓控制范圍的上限值(153mV)時,逐步減小PWM信號輸出腳所輸出的PWM信號的占空比,使得傳感線圈的勵磁電流逐漸減小,采樣電壓也會隨之逐漸減小,直至采樣電壓降至預先設定的采樣電壓調整范圍
            (150±1mV)內后,保持PWM信號輸出腳所輸出的PWM信號的當前占空比:
            當微控制器檢測到采樣電壓值小于預先設定的采樣電壓控制范圍的下限值(147mV)時,逐步增大PWM信號輸出腳所輸出的PWM信號的占空比,使得傳感線圈的勵磁電流逐漸增大,采樣電壓也會隨之逐漸增大,直至采樣電壓升至預先設定的采樣電壓調整范圍(150士1mV)內后,保持PWM信號輸出腳所輸出的PWM信號的當前占空比。
            本發明實施例適合安裝在電磁流量計中使用,電磁流量計通過本發明實施例的勵磁電路,能實現對勵磁電流的精確測量,對于勵磁電流的要求較低,只要保證勵磁電流的大小在一定的范圍內即可,不需要固定在某一個值,在測量流速信號時,將流速信號電壓除以勵磁電流采樣的信號電壓,能有效消除勵磁電流大小對流速信號測量的影響,當采樣電壓超出150士3mV時,通過調整PWM信號的占空比,將信號電壓調整至150士1mV,而不是150±3mV,能避免在邊界值上(例如153mV)出現反復調整的問題,增加勵磁電流的穩定性。
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