[发明专利]一种基于PFM串联谐振的电磁流量计励磁控制系统

说明书

本发明涉及一种基于PFM串联谐振的电磁流量计励磁控制系统，由励磁时序电路、光耦隔离电路、励磁线圈驱动电路、电流采样电路和电源电路组成。采用正弦波励磁，可以用于测量浆液等固、液两相流；采用PFM串联谐振技术实现正弦波励磁，提高励磁系统效率，降低励磁系统功耗和温升。励磁时序电路产生一对频率可调、带死区的互补脉冲驱动信号，经光耦隔离电路隔离，控制励磁线圈驱动电路，实现正弦波励磁。本发明的励磁控制系统能提高励磁频率，降低系统功耗和温升，有助于浆液流量的可靠测量。

技术领域

本发明涉及流量检测领域，为一种电磁流量计励磁控制系统，特别是一种基于PFM串联谐振的电磁流量计励磁控制系统，实现高频正弦波励磁，降低系统功耗和温升。

背景技术

电磁流量计是一种基于法拉第电磁感应定律测量导电液体体积流量的仪表，电磁流量计由传感器(一次仪表)和变送器(二次仪表)两部分组成，其工作原理为，励磁线圈通电后，会在管道内产生磁场，导电液体流经管道作切割磁感线运动，管道直径即为导体切割磁感线长度。在与磁场方向、导电液体流速方向相互垂直的管道处安装一对平行电极，此时传感器两电极拾取感应电动势，并结合仪表系数可计算出瞬时流量和累计流量。因其具有结构简单、耐腐蚀、性能可靠等优点，广泛应用于过程控制和流量计量。

电磁流量计工作磁场是由励磁控制系统产生的，传感器中的励磁电流波形与工作磁场强度波形一致，所以，励磁方式决定了传感器工作磁场特征和电磁流量计的抗干扰能力大小、零点稳定性能好坏、响应速度快慢。目前，针对浆液等固液两相导电性流体主要采用正弦波励磁方式。在测量一类固液两相流过程中，颗粒接触电极会产生一种时域随机、频域呈现1/f特性的浆液干扰，浆液噪声能量分布随着频率的增加而降低，提高励磁频率有助于提高信噪比。因此，正弦波励磁方式因为无需励磁平稳段，可以提高励磁频率，加快动态响应速度，适合在浓浆条件下测量。

现有文献“DSP-based Electromagnetic Flowmeter with SinusoidalExcitation”(A.Gorgenyi,L.Sujbert,I.Bogar,K.Molnar,and T.Daboczi，Instrumentation and Measurement，2005，第2卷)励磁控制系统利用数字处理器DSP软件查表方式产生正弦波信号，该信号经D类放大器后进行压流转换后生成正弦波电流激励励磁线圈，此方案能降低系统功耗，但没有介绍关键技术细节。瑞士ABB公司推出了高频正弦波励磁的电磁流量计FSM-4000系列产品，该系列电磁流量计以数字信号处理器DSP作为信号处理算法核心，并利用附加额外线圈的方式使流量信号零点稳定，励磁频率71.43Hz，可用于浆液流量测量，但没有介绍关键技术细节。“智能电磁流量计系统的研究开发”(李耀民，浙江大学，2003)励磁控制系统通过F/V转换器将用户输入的频率转换为相应的直流电压，并由波形转换电路将直流电压转换成输出频率可调的正弦波电压驱动励磁线圈，此方案虽然总的谐波失真相对较小，但无法做到高频励磁；“电磁流量计低频正弦波励磁方法的研究”(王俭，浙江大学，2003)励磁控制系统通过单片机MPS430F149控制专用波形芯片ICL8038产生正弦波信号，该信号经放大、滤波调理后送入功率放大电路，直至正弦波励磁电流足以驱动励磁线圈，此方案虽产生高精度原始正弦信号，但该励磁控制系统励磁频率较低；“基于串联谐振的电磁流量计励磁控制系统”(杨义，中国发明专利，公开号CN111351536 A)励磁控制系统采用DDS电路输出频率可调且稳定的正弦波信号，经放大滤波电路调理后，再经压流转换电路转换成电流源，驱动串联谐振电路，相比于前人虽然减小励磁系统功耗，但仍然较大，且励磁系统发热严重。

综上所述，目前正弦波励磁控制系统大多存在励磁频率较低、励磁控制系统功耗大和温升高等问题。

发明内容

为了克服现有励磁控制系统中的问题，本发明提供了一种基于PFM串联谐振的电磁流量计励磁控制系统，能够实现高频正弦波励磁，具有励磁频率高，励磁系统功耗低和温升低的特点。

本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：