CN220063081U - 一种电磁流量计的励磁电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电磁流量计的励磁电路，包括相互连接的压流转换恒流源电路、H桥电路和励磁卸流电路，以及连接在压流转换恒流源电路与H桥电路连接点的励磁诊断电路，其中，压流转换恒流源电路用于产生恒流源，H桥电路和励磁卸流电路用于产生交变磁场，励磁诊断电路用于检测电路异常。本实用新型在提高电磁流量计测量精度和稳定性的同时，实现对励磁电路的实时诊断，从而能够在发现异常时自动报警，为电路故障的判断与维修提供了便利。

Description

一种电磁流量计的励磁电路

技术领域

本实用新型属于流量检测技术领域，尤其涉及一种电磁流量计的励磁电路。

背景技术

电磁流量计是一种基于法拉第电磁感应原理实现的用于测量导电流体流量的仪表，通过其中的励磁电路对励磁线圈施加电流以产生交变的磁场，导电流体在垂直于该磁场的非磁性测量管内流动，通过切割磁感线产生感应电动势，经信号处理电路处理后，根据公式E＝kBdv(E为感应电动势，k为比例系数，B为磁感应强度，d为测量管内径，v为平均流速)计算流体的流速，进而得到流量大小。

励磁电路和信号处理电路是电磁流量计的两大核心模块，其中励磁电路的稳定性与精密性，直接决定着电磁流量计的稳定性和测量精度。而现有电磁流量计的励磁电路的稳定性与精密性有待提高，且由于缺少故障诊断机制，无法及时发现励磁电路的异常情况，使得电磁流量计的测量精度与可靠性受到较大影响。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电磁流量计的励磁电路，在提高电磁流量计测量精度和稳定性的同时，实现对励磁电路的实时诊断，从而能够在发现异常时自动报警，为故障的判断及维修提供了便利。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种电磁流量计的励磁电路，包括相互连接的压流转换恒流源电路、H桥电路和励磁卸流电路，以及连接在压流转换恒流源电路与H桥电路连接点的励磁诊断电路，其中，压流转换恒流源电路用于产生恒流源，H桥电路和励磁卸流电路用于产生交变磁场，励磁诊断电路用于检测电路异常；

所述H桥电路包括由若干MOS管组成的环形电路，以及并联于所述环形电路的励磁线圈，各MOS管的基极分别用于输入控制信号，所述控制信号用于控制相应MOS管的导通与截止；

所述励磁卸流电路与励磁线圈并联，包括依次串联的MOS管Q6、整流二极管D2和电阻R4，MOS管Q6的基极用于输入控制信号SYS1，所述控制信号SYS1用于控制MOS管Q6的导通与截止；

所述励磁诊断电路包括运算放大器U1B，压流转换恒流源电路和H桥电路的连接点与运算放大器U1B的一个输入端连接，运算放大器U1B的另一个输入端用于输入控制信号SYS3，运算放大器U1B的输出端与处理器连接，所述控制信号SYS3用于提供参考电压，所述处理器用于采集运算放大器U1B的输出电平，并用于触发报警器。

进一步地，所述压流转换恒流源电路包括MOS管Q1，MOS管Q1的一端与H桥电路连接，MOS管Q1的另一端外接供电电压VCC，MOS管Q1的基极输入电压用于控制MOS管Q1的导通与截止。

进一步地，所述压流转换恒流源电路还包括运算放大器U1A，放大器U1A的输出端与MOS管Q1的基极连接，放大器U1A的两个输入端分别与控制电压VDD、供电电压VCC连接，所述控制电压VDD用于控制MOS管Q1的导通与截止。

进一步地，所述MOS管Q1通过励磁电阻R1外接供电电压VCC，励磁电阻R1为可变电阻，用于控制恒流源的电流大小。

进一步地，所述H桥电路包括首尾相连的MOS管Q2、Q4、Q3和Q5以及励磁线圈R2，MOS管Q2和Q5的连接点与MOS管Q1连接，MOS管Q3和Q4的连接点接地，MOS管Q2和Q4的连接点与励磁线圈R2的一端连接，MOS管Q3和Q5的连接点与励磁线圈R2的另一端连接，MOS管Q2、Q4、Q3和Q5的基极分别用于输入控制信号PWM1、PWM3、PWM4和PWM2，所述控制信号PWM1、PWM3、PWM4和PWM2分别用于控制MOS管Q2、Q4、Q3和Q5的导通与截止。

进一步地，所述励磁线圈并联有两条方向相反的励磁卸流电路。

进一步地，所述励磁卸流电路中的电阻并联有滤波电容。

进一步地，所述运算放大器U1B的输入端均连接有分压电路。

优选地，将所述运算放大器U1B替换为迟滞比较器。

本实用新型的有益效果：

不同于常规励磁电路，本实用新型将H桥电路放到压流转换恒流源电路的下面，这样做的好处在于，当励磁回路导通时，励磁线圈相当于通过MOS管接地，有利于提高励磁线圈的稳定性和精度。同时，本实用新型通过引入两个励磁卸流电路，解决了励磁线圈产生的反向交变磁场问题。由于励磁线圈是铜线绕制，那么肯定存在电感量，当在线圈中通入励磁电流时，由于电感量的存在，就会产生反向交变磁场，从而影响励磁磁场的稳定性和精度。此外，本实用新型还通过引入励磁诊断电路，对励磁电路进行实时诊断，以及时发现异常故障并报警。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

图1是本实用新型一实施例提供的模块组成示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供的励磁电路包括恒流源励磁电路和励磁诊断电路，恒流源励磁电路包括压流转换恒流源电路、H桥电路和励磁卸流电路。

如图2所示，压流转换恒流源电路用于产生恒流源，包括MOS管Q1，MOS管Q1的一端与H桥电路连接，MOS管Q1的另一端外接供电电压VCC，MOS管Q1的基极输入电压用于控制MOS管Q1的导通与截止，即通过MOS管Q1的基极输入电压控制恒流源的产生与否。

在一些实施例中，压流转换恒流源电路还包括运算放大器U1A，放大器U1A的输出端与MOS管Q1的基极连接，放大器U1A的两个输入端分别与控制电压VDD、供电电压VCC连接，通过VDD控制MOS管Q1的导通与截止。

在一些实施例中，MOS管Q1与供电电压VCC之间还串联有励磁电阻R1，励磁电阻R1为可变电阻，通过改变励磁电阻R1的阻值，可以产生100～500mA不同的电流源。

如图2所示，H桥电路包括MOS管Q2、Q4、Q3和Q5以及励磁线圈R2，MOS管Q2、Q4、Q3和Q5通过集电极或发射极首尾相连，共同构成一个环形电路。MOS管Q2和Q4的连接点与励磁线圈R2的一端连接，MOS管Q3和Q5的连接点与励磁线圈R2的另一端连接，MOS管Q2、Q4、Q3和Q5的基极分别用于输入控制信号PWM1、PWM3、PWM4和PWM2。通过改变控制信号PWM1、PWM3、PWM4和PWM2，可产生交变的励磁电流信号，进而产生交变磁场。

励磁卸流电路包括依次串联的MOS管Q6、整流二极管D2和电阻R4，MOS管Q6的基极用于输入控制信号SYS1，控制信号SYS1用于控制MOS管Q6的导通与截止。在一些实施例中，还包括第二条励磁卸流电路，如图2中依次串联的MOS管R7、整流二极管D1和电阻R3，两条励磁卸流电路方向相反且均与励磁线圈R2并联。当H桥电路产生交变励磁电流信号时，通过改变控制信号SYS1和SYS2，可以解决励磁线圈电感产生的反向交变磁场问题。

整个恒流源励磁电路的工作过程是，运算放大器U1A产生高精密电压U1，由公式(Vcc-U1)/R1计算得到励磁电流源的电流大小。通过控制输入信号PWM1和PWM4使功率MOS管Q2和Q3导通，控制输入信号PWM2和PWM3使功率MOS管Q4和Q5断开，实现正向励磁导通；控制输入信号SYS1使功率MOS管Q6导通，控制输入信号SYS2使功率MOS管Q7截止，实现正向励磁卸流；通过控制PWM1、PWM4使Q2、Q3截止，控制PWM2、PWM3使Q4、Q5导通，实现反向励磁导通；控制SYS1使Q6截止，控制SYS2使Q7导通，实现反向励磁卸流。综上，通过控制输入信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4和SYS1、SYS2，实现交变励磁电流通路，从而产生交变磁场。

如图2所示，励磁诊断电路包括运算放大器U1B和电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11，在压流转换恒流源电路和H桥电路之间取一点电压经过电阻分压得到电压U2，通过监测励磁过程中电压U2的变化即可判断励磁电路是否出现异常。将U2接入运算放大器U1B的正输入端，使之与运算放大器U1B负输入端的电压U3进行比较，若励磁正常，则U2>U3，运算放大器U1B输出高电平，若励磁线圈断开或励磁电路接触不良，则U2<U3，运算放大器U1B输出低电平。通过处理器对运算放大器U1B输出电平的采集，即可诊断出励磁电路是否异常，如有异常则及时报警。

在一些实施例中，由于运算放大器U1B的作用在于比较两个输入端的电压大小，因此直接将其替换为比较器，如迟滞比较器。并通过控制输入信号SYS3设定参考电压U3，解决励磁过程中电压波动和电路寄生耦合产生的尖峰脉冲波动问题，同时通过改变参考电压U3，可适用于口径不同的各种励磁诊断场景。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种电磁流量计的励磁电路，其特征在于，包括相互连接的压流转换恒流源电路、H桥电路和励磁卸流电路，以及连接在压流转换恒流源电路与H桥电路连接点的励磁诊断电路，其中，压流转换恒流源电路用于产生恒流源，H桥电路和励磁卸流电路用于产生交变磁场，励磁诊断电路用于检测电路异常；

所述H桥电路包括由若干MOS管组成的环形电路，以及并联于所述环形电路的励磁线圈，各MOS管的基极分别用于输入控制信号，所述控制信号用于控制相应MOS管的导通与截止；

所述励磁卸流电路与励磁线圈并联，包括依次串联的MOS管Q6、整流二极管D2和电阻R4，MOS管Q6的基极用于输入控制信号SYS1，所述控制信号SYS1用于控制MOS管Q6的导通与截止；

所述励磁诊断电路包括运算放大器U1B，压流转换恒流源电路和H桥电路的连接点与运算放大器U1B的一个输入端连接，运算放大器U1B的另一个输入端用于输入控制信号SYS3，运算放大器U1B的输出端与处理器连接，所述控制信号SYS3用于提供参考电压，所述处理器用于采集运算放大器U1B的输出电平，并用于触发报警器。

2.如权利要求1所述的励磁电路，其特征在于，所述压流转换恒流源电路包括MOS管Q1，MOS管Q1的一端与H桥电路连接，MOS管Q1的另一端外接供电电压VCC，MOS管Q1的基极输入电压用于控制MOS管Q1的导通与截止。

3.如权利要求2所述的励磁电路，其特征在于，所述压流转换恒流源电路还包括运算放大器U1A，放大器U1A的输出端与MOS管Q1的基极连接，放大器U1A的两个输入端分别与控制电压VDD、供电电压VCC连接，所述控制电压VDD用于控制MOS管Q1的导通与截止。

4.如权利要求2或3所述的励磁电路，其特征在于，所述MOS管Q1通过励磁电阻R1外接供电电压VCC，励磁电阻R1为可变电阻，用于控制恒流源的电流大小。

5.如权利要求4所述的励磁电路，其特征在于，所述H桥电路包括首尾相连的MOS管Q2、Q4、Q3和Q5以及励磁线圈R2，MOS管Q2和Q5的连接点与MOS管Q1连接，MOS管Q3和Q4的连接点接地，MOS管Q2和Q4的连接点与励磁线圈R2的一端连接，MOS管Q3和Q5的连接点与励磁线圈R2的另一端连接，MOS管Q2、Q4、Q3和Q5的基极分别用于输入控制信号PWM1、PWM3、PWM4和PWM2，所述控制信号PWM1、PWM3、PWM4和PWM2分别用于控制MOS管Q2、Q4、Q3和Q5的导通与截止。

6.如权利要求5所述的励磁电路，其特征在于，所述励磁线圈并联有两条方向相反的励磁卸流电路。

7.如权利要求6所述的励磁电路，其特征在于，所述励磁卸流电路中的电阻并联有滤波电容。

8.如权利要求1所述的励磁电路，其特征在于，所述运算放大器U1B的输入端均连接有分压电路。

9.如权利要求1所述的励磁电路，其特征在于，将所述运算放大器U1B替换为迟滞比较器。