摘(zhāi)要:爲了(le)提高勵(lì)磁頻率(lǜ)和減少(shǎo)發熱，使(shi)電磁流(liú)量計 能(neng)夠更好(hao)地用于(yú)漿液流(liu)量測量(liàng)和灌裝(zhuang)流量測(cè)量，并長(zhǎng)期穩定(dìng)、可靠地(di)工作，研(yan)究了基(ji)于PWM控制(zhì)的脈沖(chong)勵磁方(fāng)案，分析(xī)其工作(zuò)原理，計(jì)算各種(zhǒng)參數，研(yán)制實際(jì)系統，進(jìn)行測試(shì)和實驗(yàn)。結果表(biǎo)明，該😘系(xi)統能實(shí)現🥵更高(gāo)的勵磁(ci)頻率，産(chǎn)生穩定(ding)的勵磁(cí)電流，極(ji)大地減(jiǎn)小了勵(lì)磁系統(tǒng)的功耗(hao)，能去除(chú)微分幹(gan)擾對流(liú)量信号(hào)測量的(de)影響，水(shui)流量檢(jiǎn)定精度(du)優于0.5級(ji)。
引言
　　電(dian)磁流量(liang)計是基(jī)于電磁(cí)感應原(yuan)理工作(zuò)的儀表(biǎo),其中的(de)勵磁系(xi)統爲一(yī)次儀表(biǎo)中的勵(lì)磁線圈(quān)提供所(suo)需的勵(lì)磁電流(liu),以形👈成(cheng)磁場"。勵(lì)磁系統(tǒng)是該類(lèi)流量計(jì)的重要(yào)組成🛀部(bu)分，也是(shi)功耗最(zui)大的部(bu)分口。當(dāng)測🌈量通(tong)常的導(dao)電液體(ti)時,電磁(ci)流❌量計(jì)往往采(cai)用低頻(pín)❄️方波勵(li)磁的方(fang)式産生(sheng)磁🚶場,例(li)如,采用(yòng)2.5Hz或者5Hz的(de)勵磁頻(pín)率,以便(biàn)輸☀️出信(xin)号有足(zu)夠長、穩(wěn)定的時(shí)間段4.,保(bao)證較高(gao)的測量(liàng)精度;當(dāng)測量漿(jiāng)液流量(liàng)或者進(jìn)行灌裝(zhuang)測量時(shí),必須采(cǎi)用高頻(pin)勵磁,例(li)如,12.5Hz和25Hz或(huo)者更高(gāo)頻率，以(yi)克服具(ju)有11f特性(xìng)的漿液(ye)噪聲影(ying)響和加(jia)快儀🧑🏾‍🤝‍🧑🏼表(biǎo)的響應(yīng)速度。爲(wei)此,人們(men)研究了(le)2種高頻(pin)勵磁系(xi)統:一種(zhǒng)是基于(yu)線性電(dian)源工作(zuo)原💰理的(de),即高低(di)壓電源(yuán)切換❌的(de)勵磁系(xi)統[5~]);另外(wai)一種是(shì)基于開(kāi)關電源(yuán)工作原(yuán)理的，即(ji)脈沖勵(lì)磁系統(tong)l8-10]。前一種(zhong)勵磁系(xì)統的特(te)點是在(zai)勵磁電(diàn)流穩态(tai)階段勵(lì)磁電流(liú)值不變(biàn),這樣磁(ci)場就非(fei)常穩定(ding),保證了(le)測量精(jing)度",但😄是(shi),恒流控(kòng)制電路(lu)的功耗(hao)較大,容(róng)易導緻(zhi)勵磁系(xi)統發熱(rè)，影響使(shi)用壽命(mìng)。後一種(zhong)勵磁系(xi)統根據(ju)開關管(guan)的開關(guān)頻率是(shi)否受♉勵(li)磁線圈(quān)電抗的(de)影響，分(fen)爲基于(yú)電流幅(fu)值控制(zhì)的勵磁(cí)系統和(hé)基于電(dian)流誤差(cha)控制的(de)勵磁系(xi)統(又📐稱(chēng)基于PWM控(kòng)制的脈(mo)沖勵磁(cí)系統)。基(jī)于電流(liú)幅值控(kong)制的勵(li)磁系統(tǒng)采用遲(chi)滞比較(jiào)器來💜控(kong)制勵磁(ci)電流18.9]。該(gai)勵♋磁系(xì)統依靠(kào)遲滞比(bǐ)較器的(de)上下門(men)限将勵(lì)磁電流(liu)維持㊙️在(zài)一個小(xiǎo)範圍内(nei)波動,既(jì)保持勵(lì)🔞磁電流(liú)在穩态(tai)過程相(xiàng)對穩定(ding),又使能(néng)量主要(yào)消耗在(zai)勵磁線(xiàn)圈上,避(bì)免電路(lu)發熱。但(dan)是,這種(zhǒng)勵磁系(xì)統沒有(you)考慮:當(dang)勵磁線(xiàn)圈的㊙️電(dian)抗不同(tong)時,勵磁(ci)電流上(shang)升的曲(qu)線是不(bu)同的,這(zhè)樣勵磁(ci)電流上(shàng)升至💃上(shang)門限值(zhí)或者下(xia)降至下(xia)門限值(zhi)的時間(jian).就不同(tong),即當勵(lì)磁✔️線圈(quan)不同時(shí)💁,勵磁電(diàn)流波動(dòng)的頻率(lǜ)就不同(tóng);勵磁電(diàn)流的波(bo)動會引(yǐn)入遠大(dà)于流量(liàng)信号的(de)微分幹(gàn)擾,影響(xiang)流量的(de)測🈲量,而(er)波動的(de)✨頻率因(yīn)勵磁線(xiàn)圈不同(tong)而存在(zai)差異,需(xū)要逐台(tái)對電磁(ci)流量計(jì)進行處(chù)理,才能(neng)有效地(di)抑制勵(lì)磁電流(liú)波動的(de)影響,這(zhe)在實🚩際(ji)生産中(zhong)很難實(shí)現。基于(yu)PWM(pulsewidthmodulation)控制的(de)勵磁系(xì)統的開(kāi)關頻🈲率(lü)是固定(ding)的9.10。勵磁(cí)🈲電流在(zai)穩态階(jiē)段以固(gu)定的頻(pin)率波動(dòng),不會随(suí)勵磁⛱️線(xian)圈的不(bú)同而變(bian)化,使我(wǒ)們可以(yi)采用🌈相(xiàng)應的處(chu)理方法(fǎ)來消除(chu)勵磁電(diàn)流波動(dong)的影響(xiang)。.但是,文(wén)獻[9,10]沒有(you)披露關(guān)鍵的技(ji)術細節(jie),也沒有(yǒu)給出深(shēn)🧡人的分(fen)析和具(ju)體的計(ji)算。
　　基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)的工作(zuò)原理和(he)穩流控(kong)制方案(an),定❌量計(jì)算其勵(li).磁頻率(lü)、開關管(guǎn)的開關(guan)頻率、勵(lì)磁系統(tong)功耗和(he)勵磁線(xian)圈阻抗(kang),并給出(chū)具體的(de)設計參(cān)數;研制(zhì)了基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁✌️系統(tǒng)的電磁(ci)流量計(jì),進行了(le)實驗驗(yan)證。
2基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)
2.1工作原(yuan)理
　　針對(duì)勵磁線(xiàn)圈是感(gan)性負載(zǎi)、流過其(qi)電流不(bú)能突變(bian)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的特點(dian),PWM控制電(dian)路控制(zhì)開關管(guǎn)将勵磁(cí)電源間(jian)斷地施(shi)加在勵(li)磁線🈲圈(quān)上,實現(xiàn)勵磁電(diàn)流的變(bian)化和穩(wěn)定,其工(gōng)作原理(lǐ)如圖1所(suo)示🌈。

　　取樣(yang)電阻與(yǔ)勵磁線(xiàn)圈串聯(lian),其上的(de)壓降反(fǎn)映流過(guo)勵磁線(xiàn)圈的♋電(diàn)流值。PWM控(kòng)制電路(lù)根據勵(lì)磁電流(liú)值輸出(chu)控制信(xin)号,由驅(qu)動📧電路(lù)完成電(dian)平轉換(huan)後導通(tong)和關斷(duàn)開🔴關管(guǎn),以控制(zhì)勵磁電(diàn)流。在勵(lì)磁電流(liú)上升時(shi),始終導(dǎo)通開關(guān)管,将勵(lì)磁電壓(yā)一直加(jia)在勵磁(cí)線圈.上(shàng),以加速(su)勵🈚磁電(diàn)流的上(shang)❗升;在勵(lì)磁電流(liu)達到穩(wěn)态值時(shí),控制開(kai)關管頻(pin)繁通斷(duan),将🏒勵磁(cí)電源電(dian)壓以固(gu)定的頻(pin)率加在(zài)勵磁線(xian)圈上,維(wei)持勵磁(cí)電流的(de)基本穩(wen)定，即以(yi)固定的(de)頻🏃率進(jìn)行很小(xiao)幅度的(de)✏️波動。在(zai)勵磁電(diàn)流.上🐇升(shēng)到穩态(tài)階❓段的(de)過🐪程中(zhong),加在勵(li)磁線圈(quan)💃。上的電(diàn)壓E和勵(lì)磁👄電流(liu)i随時間(jian)t變化的(de)波形如(rú)圖2所示(shì),其中,實(shi)線🧑🏾‍🤝‍🧑🏼爲加(jia)在勵磁(ci)線圈上(shang)的電壓(ya)變化情(qing)況,虛線(xian)🚩爲勵磁(ci)電流變(biàn)化情況(kuàng),Enx表示🔞最(zuì)大勵磁(ci)電壓,1表(biǎo)示勵磁(cí)電流的(de)穩态平(ping)均值。

　　該(gai)勵磁方(fāng)式的特(te)點是:在(zai)勵磁電(diàn)流穩态(tai)階段,開(kāi)關📐管不(bú)停地通(tong)❄️斷,使勵(lì)磁電流(liú)做小幅(fú)度的穩(wen)定波動(dong)，将勵磁(ci)電壓盡(jin)✌️可能降(jiàng)在勵磁(ci)線圈上(shàng),避免勵(lì)磁系統(tǒng)發熱🔞,同(tóng)時,勵磁(cí)電流固(gu)定的波(bō)動頻率(lǜ)便于消(xiao)除其引(yǐn)人的幹(gan)擾。
2.2勵磁(ci)頻率
　　基(ji)于PWM控制(zhì)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統可以(yǐ)實現更(geng)高的勵(li)磁♌頻🔅率(lǜ),以滿足(zú)漿液流(liu)量測量(liàng)和灌裝(zhuang)流量測(ce)量。在勵(li)🈲磁的開(kai)始階段(duan),勵磁電(dian)流在勵(li)磁電源(yuán)的作用(yong)下快速(su)上升至(zhì)穩态💚階(jiē)段。勵磁(cí)電流i與(yu)勵磁線(xiàn)圈上所(suo)加電壓(ya)E之間的(de)關系爲(wei):

　　可見，勵(lì)磁電流(liu)值變化(huà)量相同(tóng),其所需(xu)的時間(jiān)與勵磁(cí)線💃🏻圈😍兩(liǎng)端施加(jia)的電壓(yā)成反比(bǐ)。所以，基(jī)于PWM控制(zhi)的脈沖(chòng)❗勵磁系(xi)統❗可通(tōng)過提供(gong)更高的(de)勵磁電(dian)壓來減(jiǎn)小勵磁(cí)🐅電流上(shang)升到穩(wen)‼️态值的(de)🈲時間,實(shi)現更高(gao)的勵磁(ci)頻率。勵(lì)🔆磁電流(liú)的穩态(tài)平均🌈值(zhi)1。在穩态(tai)階段的(de)時間需(xū)至少保(bao)持t,以保(bǎo)證電磁(ci)流量計(ji)的測量(liàng)。勵磁電(dian)流上升(shēng)的時🏃🏻‍♂️間(jian)爲:

　　式中(zhōng)tg爲勵磁(cí)時序的(de)死區時(shí)間。以DN40 電(diàn)磁流量(liàng)計 爲例(lì),基于PWM控(kòng)制的脈(mò)沖勵磁(cí)系統中(zhōng)勵磁電(dian)壓爲80V,勵(lì)磁電流(liu)爲240mA,勵磁(cí)線圈電(dian)感值爲(wei)200mH、電阻值(zhí)爲56Q,則勵(lì)磁電流(liu)上升時(shí)間t。爲650μs。若(ruò)電磁流(liú)量計實(shí)現準确(que)測量需(xu)要勵磁(cí)電流保(bao)持2ms的穩(wen)态🥰時間(jiān),其勵磁(ci)時序的(de)死區時(shi)🐉間爲150μs,則(zé)該勵磁(cí)系統能(néng)實現的(de)最高勵(lì)磁頻率(lǜ)可以達(dá)到約178Hz。如(ru)果🐆進一(yī)步提高(gao)勵磁電(diàn)源的🐅電(dian)壓，.則可(kě)以✍️實現(xian)更高的(de)勵磁頻(pin)率,而普(pu)通勵磁(ci)系統的(de)勵磁頻(pin)率僅爲(wei)5Hz和6.25Hz。
2.3開關(guan)管的開(kāi)關頻率(lǜ)
　　基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(ci)系統會(huì)在電磁(cí)流量計(jì)測量時(shi)引人微(wei)分幹擾(rao),而微分(fen)幹擾是(shì)由勵磁(cí)電流波(bo)動而造(zao)成的💘周(zhou)期💜信号(hao),其頻⛹🏻‍♀️率(lü)與開關(guan)管的開(kāi)關頻率(lǜ)相等,便(biàn)于采用(yòng)👅相應的(de)🔞方法來(lai)抑制甚(shen)至消除(chú);電磁流(liú)量計輸(shū)出的流(liú)量信号(hao)也是周(zhou)期信号(hao),其頻率(lü)與勵磁(cí)頻率相(xiang)等。因此(cǐ),可以把(bǎ)開關管(guǎn)的開關(guan)頻率控(kòng)♋制在遠(yuǎn)遠高于(yú)流量信(xin)号頻率(lǜ)的頻段(duàn),并采用(yong)硬件低(dī)通濾波(bo)器對微(wei)分幹擾(rao)進行衰(shuai)減。
電磁(ci)流量計(jì)輸出流(liú)量信号(hao)頻段主(zhǔ)要在200Hz.以(yi)下。爲此(ci):設❌置㊙️硬(yìng)件低通(tōng)濾波器(qì)的截止(zhǐ)頻率爲(wèi)流量信(xìn)号頻率(lǜ)的5~10倍,即(ji)㊙️大約爲(wei)幾千Hz;設(shè)置開關(guān)管的開(kai)關頻率(lǜ)爲硬件(jiàn)低通濾(lü)波器截(jié)止頻率(lü)的10倍左(zuǒ)右🌂，即大(da)約爲幾(jǐ)十kHz。這樣(yang)硬件低(di)通濾波(bō)器不僅(jǐn)可以消(xiāo)除輸出(chū)信号中(zhōng)噪聲的(de)幹擾，還(hai)可以極(jí)大地抑(yi)制電流(liú)波動所(suǒ)帶💛來的(de)微分幹(gàn)擾。
2.4勵磁(cí)功耗分(fen)析.
　　在基(jī)于PWM控制(zhi)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統中,開(kāi)關管位(wei)于勵磁(cí)電📱源和(hé)勵💞磁線(xian)圈之間(jian)，以維持(chi)勵磁電(dian)流的穩(wen)定,爲🌈勵(lì)磁系統(tǒng)中功耗(hao)最大的(de)電路單(dān)元。開關(guan)管的損(sun)耗主要(yao)表現爲(wèi)導🈲通損(sun)耗和開(kai)關損耗(hao)。導通損(sun)耗是開(kai)關管在(zài)導🙇🏻通狀(zhuang)态下,開(kai)關管的(de)導通電(diàn)阻✨的功(gōng)率。由于(yu)勵磁電(diàn)流爲數(shu)百mA,開關(guān)管的導(dao)通電阻(zu)爲數十(shí)mI,所🛀🏻以，開(kāi)關管的(de)導通損(sun)耗非常(cháng)小。開關(guān)損耗爲(wei)開關管(guǎn)從導通(tong)(關斷)轉(zhuǎn)換爲關(guān)斷(導通(tong))時的所(suǒ)有損耗(hào)。開關❓頻(pín)率越高(gāo),開關損(sun)耗就越(yuè)大,所以(yi),開關㊙️管(guǎn)的開關(guān)損耗反(fan)映了勵(lì)磁系統(tong)的功耗(hào)。當開關(guān)管接勵(lì)磁線圈(quān)🙇🏻時,開關(guan)損耗爲(wei)[12]:

　　式中:Idmax爲(wèi)流過開(kai)關管的(de)最大電(dian)流;tc爲開(kai)關管由(yóu)關斷(導(dao)通☎️)到導(dao)🎯通(關斷(duan))的轉換(huan)時間;f.sw爲(wèi)開關管(guan)的開關(guan)頻💜率。
以(yi)DN40電磁流(liu)量計爲(wei)例,基于(yú)PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁系統(tǒng)的勵磁(cí)電壓爲(wèi)80V，勵磁電(diàn)流爲240mA,開(kai)關管的(de)開關頻(pín)率爲20kHz,開(kai)關管開(kai)關的轉(zhuǎn)換時間(jiān)爲100ns,則開(kai)關管的(de)開關損(sǔn)耗約🐕爲(wèi)38.4mW。
2.5勵磁線(xiàn)圈阻抗(kàng)
　　合理地(di)設計勵(li)磁線圈(quān)的直流(liu)電阻值(zhí)和電感(gǎn)值，有💚助(zhù)于減小(xiǎo)🈲勵磁電(dian)流的波(bo)動幅值(zhi),使基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁系統(tong)工作在(zai)最佳狀(zhuang)态。
　　由式(shi)(1)和式(2)可(kě)知,當勵(lì)磁電壓(ya)固定時(shi),勵磁電(diàn)流的變(bian)化過程(chéng)⭐取決于(yu)勵磁線(xiàn)圈的電(dian)感值和(hé)直流電(diàn)阻值。電(dian)感值由(you)勵磁㊙️線(xian)圈的匝(zā)數決定(ding)。當勵磁(ci)線圈通(tong)人一--定(ding)的電流(liu)時,測量(liang)管内的(de)磁場與(yǔ)勵🔴磁線(xian)圈.的匝(za)🌏數成正(zhèng)比。爲了(le)保證電(dian)磁流量(liang)計正常(cháng)測量所(suo)需要的(de)磁場強(qiáng)度🌍,勵磁(cí)線圈的(de)🔴匝數一(yī)般不宜(yi)變化,此(cǐ)時,可以(yǐ)通過改(gai)變勵磁(ci)線圈的(de)線徑來(lái)調整直(zhí)流電阻(zu)。
忽略開(kai)關管上(shàng)的壓降(jiang),那麽,勵(li)磁線圈(quān)兩端的(de)電壓就(jiu)等于🧑🏾‍🤝‍🧑🏼勵(lì)‼️磁電壓(ya):


式中Rmax爲(wèi)勵磁線(xian)圈的直(zhi)流電阻(zu)值的最(zui)大值。
　　勵(li)磁電流(liú)在穩态(tai)階段的(de)波形示(shi)意圖如(rú)圖3所示(shì)，其中，勵(li)磁電流(liu)💞穩态階(jie)段的Is波(bō)動周期(qī)爲Tf，波動(dòng)幅值爲(wei)Ic，設允許(xu)勵磁電(diàn)流最大(dà)波動幅(fu)值爲Imax，則(zé)Ic＜Imax。近似認(rèn)爲在穩(wěn)态階段(duan)勵磁電(diàn)流上升(shēng)的斜率(lü)是固定(ding)值，等于(yú)勵磁電(diàn)流在穩(wěn)态值處(chu)💯的斜率(lü)(圖3中a點(dian)處的斜(xié)率)。由于(yú)🔱在勵磁(cí)電流穩(wěn)态階段(duan)，在開關(guan)管的一(yī)個開關(guan)周期内(nei)，勵磁電(dian)流的🍉變(bian)化量爲(wèi)0，因此🚶‍♀️，僅(jǐn)研究勵(li)磁電流(liú)在穩态(tài)階段的(de)上升過(guò)程。

　　所以(yi)，爲了使(shi)基于PWM控(kong)制的脈(mò)沖勵磁(cí)系統在(zai)設定的(de)開❤️關頻(pín)率下正(zhèng)常工作(zuò)，且勵磁(cí)電流值(zhí)在穩态(tai)階段的(de)波動幅(fú)值小于(yu)Imax，勵磁線(xian)圈的直(zhi)流電阻(zǔ)值需要(yào)滿足式(shi)(7)和式(13)所(suǒ)決定的(de)範圍。
　　考(kao)慮到勵(lì)磁線圈(quan)的直流(liú)電阻值(zhi)受溫度(du)影響較(jiao)大和電(diàn)磁流量(liang)計的整(zhěng)機功耗(hào)，勵磁線(xiàn)圈的直(zhí)流電阻(zu)值一般(bān)直接取(qǔ)下限值(zhi)。以💋DN40電磁(ci)流量計(ji)爲例，勵(li)磁電壓(ya)爲80V，勵磁(ci)電流在(zài)穩态🏃‍♂️階(jiē)段的平(ping)均值爲(wèi)240mA，開關管(guan)的開關(guān)頻率爲(wèi)20kHz，勵磁線(xiàn)圈的電(diàn)感值爲(wèi)0.2H，勵磁電(dian)流在穩(wěn)💚态階段(duan)的波動(dòng)幅值要(yao)小于5mA，勵(lì)磁線圈(quan)的直流(liu)電阻值(zhí)的取值(zhi)範圍爲(wei)167Ω至333Ω。通過(guo)調整勵(lì)磁線圈(quan)的線徑(jìng)把㊙️直流(liu)電阻值(zhí)設置☎️成(chéng)167Ω，這樣既(ji)可以最(zui)大限度(dù)地克服(fu)💃🏻溫升帶(dai)來的影(ying)響，又可(kě)以使電(diàn)磁流量(liàng)計的整(zhěng)機功耗(hao)最小。
3PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(cí)系統研(yan)制
3.1系統(tǒng)框圖
　　研(yan)制的基(ji)于PWM控制(zhì)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統主要(yao)由勵磁(cí)電源、能(néng)量回🏃🏻‍♂️饋(kui)電路、勵(lì)磁線圈(quan)驅動電(dian)路、檢流(liú)電路、邏(luo)♌輯電路(lu)、PWM控制電(diàn)路和🈲勵(li)磁時序(xu)産生電(dian)路組成(cheng)，如圖🙇🏻4所(suǒ)示。其中(zhōng)，能量回(hui)饋電路(lu)

　　在開關(guān)管關斷(duàn)時回收(shōu)勵磁線(xiàn)圈中的(de)能量，并(bing)在開關(guan)管導通(tong)🈲時把收(shou)集的能(neng)量回饋(kuì)給勵磁(cí)線圈，提(tí)高能量(liang)利用率(lü);勵💞磁線(xian)圈驅動(dòng)電路改(gai)變勵磁(ci)線圈中(zhōng)電流的(de)方向，實(shi)現方波(bō)勵磁，抑(yì)制電極(jí)極化，也(yě)維持👄勵(li)磁電流(liú)穩定，爲(wei)勵磁線(xian)圈提✊供(gòng)續流回(hui)路;檢流(liu)電路獲(huo)取流過(guò)勵磁線(xiàn)圈的電(dian)流值;邏(luo)輯電路(lù)爲勵磁(ci)線圈驅(qu)動電路(lu)提供控(kòng)制信号(hào)🏃🏻‍♂️;PWM控制電(dian)路維持(chí)流過勵(li)磁線圈(quan)的電流(liú)值，在電(diàn)流值上(shang)升🚩時，産(chan)生占空(kōng)比爲1的(de)方波，加(jiā)快勵磁(ci)🌂電流的(de)上升，在(zai)電流值(zhi)達到穩(wěn)态值時(shí)産生頻(pín)率固定(ding)、占空比(bi)💋自可調(diao)的PWM波形(xíng)，以在勵(lì)磁線圈(quan)中産生(sheng)穩定的(de)電流值(zhí);勵磁時(shi)序産生(shēng)電路用(yòng)來設定(ding)電磁流(liú)量計的(de)勵磁頻(pín)率。
3.2勵磁(cí)線圈驅(qu)動電路(lu)
　　勵磁線(xian)圈驅動(dòng)電路主(zhǔ)要由H橋(qiao)開關電(diàn)路和H橋(qiáo)驅動🈚電(dian)路🐪組成(cheng)，如圖5所(suo)示。H橋開(kai)關電路(lù)由4個NMOS管(guan)組成，受(shou)H橋驅動(dòng)電路控(kòng)制，其中(zhong)，Q3和Q4爲控(kong)制勵磁(ci)電流穩(wěn)定的開(kai)關管，實(shí)現脈沖(chòng)勵磁，Q1和(hé)Q2用來改(gai)變勵磁(cí)電流方(fang)向的開(kai)關管;H橋(qiao)驅動電(dian)路主要(yao)由電平(ping)轉換電(diàn)路和光(guang)耦組成(cheng)，其中，P1和(he)P2是光耦(ǒu)，T1和T2是電(diàn)平轉換(huan)電路。CT_1，CT_2，CT_3和(he)CT_4分别是(shi)Q1，Q2，Q3和Q4的控(kong)制信号(hào);VFB是由單(dan)刀雙擲(zhì)開關S1輸(shu)出的檢(jiǎn)流電🚩阻(zǔ)上的電(diàn)壓信号(hào)。在H橋開(kāi)關電路(lù)的低端(duan)和地之(zhi)間🏃接🔞入(ru)兩個檢(jian)流電阻(zǔ)，這2個檢(jiǎn)流電阻(zǔ)通過👅開(kāi)關進行(háng)選擇，以(yi)保💞證在(zai)勵磁電(dian)流方向(xiang)切換時(shí)，單刀雙(shuāng)擲開關(guan)輸出的(de)勵磁電(diàn)流值總(zong)☎️爲正，實(shí)現對勵(li)🐪磁電流(liú)的準确(que)控制。

3.3PWM控(kòng)制電路(lu)
　　PWM控制電(diàn)路主要(yao)由誤差(chà)放大器(qi)和PWM電路(lu)組成，如(ru)圖6所示(shi)。誤差放(fang)大器對(dui)基準值(zhí)和電流(liú)值進行(háng)比較并(bìng)放大誤(wù)差。PWM電路(lù)根❄️據放(fang)🈲大後的(de)誤差信(xin)号産生(sheng)控制開(kai)關管所(suǒ)需要的(de)信号。PWM控(kòng)制電路(lù)實時檢(jian)測勵磁(ci)電流值(zhi)，并根據(ju)勵磁電(diàn)流的大(da)小輸㊙️出(chū)頻率固(gu)定、占空(kōng)比自可(kě)調的PWM波(bō)形，以在(zài)勵磁線(xiàn)圈中産(chan)生波動(dong)較小、穩(wěn)定的電(diàn)流值。

4性(xing)能測試(shì)和檢定(dìng)實驗
　　爲(wei)了考核(hé)基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(ci)系統的(de)性能，将(jiāng)其與國(guó)内某公(gong)司生産(chan)的口徑(jìng)爲40mm的電(dian)磁流量(liàng)計一次(cì)🐆儀表📐相(xiàng)配合，測(ce)試其能(neng)夠實現(xiàn)的最高(gāo)勵磁頻(pín)率、勵磁(ci)電流在(zài)穩态段(duan)的波動(dòng)情況和(hé)流量信(xin)号的穩(wen)定性，對(dui)比不🐉同(tóng)勵磁系(xi)統的功(gong)耗，進行(hang)水流✨量(liang)檢定實(shi)驗。
4.1勵磁(ci)頻率測(cè)試
　　在80V勵(li)磁電壓(yā)下，做160Hz勵(lì)磁頻率(lǜ)的實驗(yàn)測試。當(dang)勵磁電(dian)流爲240mA時(shi)，約經0.8ms就(jiu)進入了(le)穩态。而(ér)采用基(jī)于高低(dī)壓電源(yuan)切換的(de)勵磁方(fāng)式，當高(gao)壓爲80V、維(wéi)持電流(liú)穩定的(de)低壓爲(wei)17V、勵磁電(dian)流爲180mA時(shí)，由于電(dian)源的切(qiē)換導緻(zhì)勵磁系(xi)統需要(yao)從一個(gè)工作狀(zhuàng)态轉移(yí)到另一(yī)個⛷️工作(zuò)狀态，這(zhe)個轉移(yi)過程所(suo)需要的(de)時間要(yao)大于勵(li)磁電流(liú)的上升(sheng)時間，因(yīn)此，勵磁(cí)電流無(wu)法進入(rù)穩态。
4.2勵(lì)磁電流(liú)和PWM控制(zhì)電路輸(shū)出電壓(ya)測試
　　分(fen)别用示(shì)波器的(de)普通探(tàn)頭和電(diàn)流探頭(tou)測試PWM控(kong)制電👨‍❤️‍👨路(lù)輸出的(de)信号和(hé)流過勵(lì)磁線圈(quan)的電流(liu)值。測試(shi)結果🈲表(biǎo)明:在勵(li)磁電流(liú)上📱升時(shí)，PWM控制電(diàn)路輸出(chu)占空比(bi)爲1的信(xìn)号;在勵(li)磁電流(liú)進入🔴穩(wěn)态時，發(fa)出頻率(lü)固定的(de)脈沖控(kòng)制信号(hao)。在勵磁(ci)電流穩(wěn)态段，開(kāi)關管的(de)📞頻率約(yue)爲20kHz。勵😘磁(ci)電流經(jīng)過截止(zhi)頻率爲(wèi)2kHz的四階(jiē)巴特沃(wo)斯濾波(bo)後，在穩(wěn)态段的(de)最大波(bo)動值僅(jin)約爲3.7mA，比(bǐ)較穩定(dìng)。
4.3基于PWM控(kong)制的脈(mò)沖勵磁(ci)系統功(gōng)耗測試(shì)
　　由于勵(lì)磁電源(yuan)輸入的(de)功率主(zhu)要由基(jī)于PWM控制(zhì)的脈沖(chòng)勵🆚磁👈系(xì)統和勵(li)磁線圈(quan)承擔，所(suǒ)以，隻要(yao)測出勵(li)磁電源(yuán)的輸入(rù)功率和(he)勵磁線(xian)圈的功(gōng)率，就可(ke)以得到(dao)基于PWM控(kòng)制的脈(mo)沖勵磁(cí)系統的(de)功率。根(gen)據勵磁(cí)電源🧡的(de)輸入電(dian)🌈壓和輸(shū)入電流(liú)可以計(jì)算出輸(shu)入功率(lǜ)，根😍據勵(li)磁電流(liú)和勵磁(ci)線圈的(de)等效直(zhí)流電阻(zǔ)可以計(jì)算出勵(lì)磁線👄圈(quān)的功率(lü)。基于高(gāo)低壓電(dian)源切換(huan)⚽勵磁系(xi)統的功(gōng)率計算(suàn)方法相(xiàng)同。
勵磁(ci)頻率設(shè)爲12.5Hz、所配(pei)DN40一次儀(yí)表的勵(li)磁線圈(quan)直流電(diàn)阻爲56Ω時(shí)，比較基(jī)于高低(di)壓電源(yuan)切換的(de)勵磁系(xi)統與基(ji)于PWM控制(zhì)的脈沖(chòng)勵磁系(xi)統的功(gōng)耗。基于(yú)高低壓(yā)電源切(qiē)換勵磁(cí)系♌統所(suǒ)用❄️的勵(li)磁電源(yuan)的高壓(yā)爲80V，相應(yīng)的輸入(rù)電流爲(wèi)12mA;低壓爲(wei)24V，相應的(de)輸入電(dian)流爲176.8mA。根(gen)據一⭐個(ge)勵磁周(zhou)期内高(gao)壓和低(di)壓各自(zì)工作🔞的(de)時間，計(ji)算出勵(lì)磁電源(yuán)輸入功(gong)率約爲(wèi)5.20W。流❌過勵(lì)磁線圈(quan)的勵磁(ci)🔴電流爲(wei)178mA，根據勵(lì)磁👣線圈(quān)的直流(liú)電阻，計(ji)算出勵(li)磁線圈(quān)消耗的(de)功率約(yuē)爲1.77W。因此(cǐ)，得出勵(li)磁系統(tǒng)承擔的(de)功💃率約(yue)爲3.43W。基✨于(yú)PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁💯系統(tong)的勵磁(cí)電壓爲(wei)76V，輸入電(diàn)流爲66.7mA，勵(li)磁🎯電流(liu)爲240mA，所以(yi)，勵磁電(diàn)源輸入(rù)功率🌈約(yuē)爲5.07W，勵磁(cí)線圈消(xiāo)耗的功(gōng)率☁️約爲(wèi)3.23W，消耗在(zai)該勵磁(ci)系㊙️統上(shang)的功率(lǜ)約爲1.84W。
　　可(kě)見，基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(lì)磁系統(tong)的勵磁(cí)電流比(bi)基🔴于高(gao)🏃‍♀️低壓電(diàn)源切換(huàn)勵磁系(xì)統的大(dà)了34.83%，而前(qián)者承擔(dān)🎯的功率(lǜ)僅爲後(hou)者的53.64%。這(zhè)說明基(jī)于PWM控制(zhi)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統消耗(hao)的功率(lü)主要🏃🏻集(ji)中在一(yi)次儀表(biǎo)的勵磁(ci)線圈，所(suǒ)以，可有(yǒu)效地解(jie)決勵磁(ci)系🌏統的(de)發熱問(wen)題。
4.4水流(liu)量檢定(ding)實驗
　　基(ji)于PWM控制(zhi)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統可以(yi)實現更(geng)高的勵(lì)磁頻率(lü)，有效地(di)抑制漿(jiāng)液噪聲(shēng)，但是，能(neng)否保證(zheng)水流量(liang)測量的(de)精度和(hé)🔞穩定性(xing)，需🏃‍♀️要實(shi)驗驗證(zhèng)。爲此，利(li)用精👌度(du)等級爲(wei)0.2的水🤞流(liú)量檢定(dìng)裝置，采(cai)用容積(jī)法，對研(yan)制的基(jī)于PWM控制(zhi)的脈沖(chòng)勵磁系(xi)統進行(hang)水流量(liang)檢定實(shi)驗。水流(liu)量檢定(dìng)的最小(xiao)流速爲(wei)0.49m/s，最大流(liu)速爲7.13m/s，共(gong)檢定了(le)12個流量(liàng)點，每點(dian)重複檢(jian)定3次㊙️。實(shi)驗結果(guǒ)表明:最(zui)大測量(liang)誤差🐕小(xiǎo)于0.34%，重複(fú)性誤差(cha)小于0.04%，精(jīng)度優于(yu)0.5級。
5結論(lun)
(1)設計了(le)基于PWM控(kong)制的脈(mò)沖勵磁(ci)系統方(fāng)案，分析(xi)了工作(zuò)原理🔴，計(ji)🥰算💋了勵(lì)磁頻率(lǜ)、勵磁電(diàn)流穩态(tài)階段的(de)調制頻(pin)率、勵磁(ci)功耗和(he)阻抗。
(2)研(yan)制基于(yú)PWM控制的(de)脈沖勵(lì)磁系統(tong)，實現了(le)更高的(de)勵磁頻(pin)率。當勵(lì)磁供電(dian)電源升(sheng)高至80V時(shí)，勵磁電(dian)流進入(rù)穩态的(de)時間僅(jǐn)爲0.8ms，可以(yǐ)實現160Hz的(de)勵磁頻(pin)率。勵磁(cí)系統⭐能(néng)産生比(bǐ)較穩定(ding)的勵磁(cí)電流值(zhi)，在勵磁(cí)電流穩(wěn)定時，勵(lì)磁電流(liú)的波動(dòng)☁️小于5mA。
(3)基(jī)于PWM控制(zhì)的脈沖(chòng)勵磁系(xì)統的勵(li)磁電流(liú)更大，而(er)消👉耗的(de)功率僅(jin)爲基于(yú)高低壓(ya)電源切(qie)換的53.64%，有(you)效地解(jie)決了勵(li)磁系統(tǒng)的發熱(rè)問題。
(4)水(shui)流量檢(jiǎn)定結果(guǒ)表明，基(jī)于PWM控制(zhi)的脈沖(chòng)勵磁系(xi)統的電(dian)磁流量(liang)計的測(ce)量精度(du)優于0.5級(jí)，這說明(míng)研制的(de)勵磁系(xi)統能爲(wèi)電磁🚶‍♀️流(liu)量計的(de)精度高(gao)測量提(tí)供保證(zheng)。

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