低功耗電池供電電磁流量計(jì)研究與設(shè)計(jì) 二十一

3.2 電磁流量計(jì)低頻三值矩形波勵(lì)磁設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的電磁流量計(jì)采用三值矩形波勵(lì)磁方式，采用鋰電池作為勵(lì)磁系統(tǒng)的供電單元，避免工頻供電時(shí)，由于電源電壓幅值和頻率波動(dòng)引起的供電電源性干擾的影響。

同時(shí)通過模擬開關(guān)的周期性控制獲得所需勵(lì)磁頻率。采用低頻磁場(chǎng)有利于降低正交干擾和同相干擾。根據(jù)三值矩形波的特點(diǎn)，僅發(fā)生在波形轉(zhuǎn)換過程期間，如果轉(zhuǎn)換過程時(shí)間比較短（這段時(shí)間存在微分干擾），磁感應(yīng)強(qiáng)度在大部分時(shí)間幅度是穩(wěn)定的，即使會(huì)存在正負(fù)兩種極性。因此，采用不同的時(shí)序，由矩形波的后沿向前的時(shí)間段為流量信號(hào)的一個(gè)周期。這段時(shí)間處于波形處于穩(wěn)定狀態(tài)，因而在這段時(shí)間采樣可以把由波形前沿產(chǎn)生的微分干擾切除掉。在一個(gè)周期的采樣時(shí)間內(nèi)，電極信號(hào)中混入的串模干擾在采樣時(shí)間內(nèi)的正負(fù)面積相等，平均值為零，就可以消除信號(hào)中的串模干擾。

三值低頻矩形波的理論波形如圖3.3 所示。勵(lì)磁信號(hào)周期選為160ms，即勵(lì)磁頻率為6.25Hz，等效于工頻的八分頻。圖3-4 是勵(lì)磁電路的等效電路，是一個(gè)恒流源交替切換的RL 電路，當(dāng)開關(guān)依圖3.5 時(shí)序切換，即可完成三值波的調(diào)制。

實(shí)際上，勵(lì)磁信號(hào)產(chǎn)生電路調(diào)制生成三值波時(shí)，開關(guān)的通斷不是理想狀態(tài)的，它具有一定的物理特性，再加上電路中存在電容電感的影響，矩形波勵(lì)磁電流由一個(gè)穩(wěn)態(tài)向另一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)，激磁線圈里的電流不可能是標(biāo)準(zhǔn)的矩形波，它需要一定時(shí)間的積分變化過程。即勵(lì)磁電流存在微分干擾，會(huì)影響采樣精度。

只要選用性能較好的開關(guān)元件及設(shè)計(jì)合適的電路參數(shù)即可得到理想的工作段。在一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)波形進(jìn)入到矩形波的平穩(wěn)階段后，取t1=10ms；t2=90ms 時(shí)，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，很好地消除了被測(cè)信號(hào)的微分干擾成分。三值矩形波的跳變高度為I0，傳統(tǒng)矩形波的跳變高度為2I0，因此三值波跳變的幅度比矩形波小，對(duì)勵(lì)磁電流平均直段的影響也小。

在電磁流量計(jì)中，產(chǎn)生傳感器工作磁場(chǎng)的勵(lì)磁信號(hào)是電流i (t) e ，而電感電壓L U 則是產(chǎn)生微分干擾的根源。顯然，大的電感量其電路的時(shí)間常數(shù) 就大，電流的上升（下降）時(shí)間長，微分干擾也就大。

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