摘要:爲(wei)了提高(gao)勵磁頻(pin)率和減(jian)少發熱(re)，使電磁(ci)流量計(ji) 能夠更(geng)好地用(yong)于漿液(ye)流量測(ce)量和灌(guan)裝流量(liang)測量，并(bing)長期穩(wen)定✏️、可靠(kao)地工作(zuo)，研究了(le)基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖💁勵磁(ci)方案，分(fen)析其工(gong)作原理(li)，計算各(ge)種參數(shu)，研制實(shi)際系統(tong)，進行測(ce)❄️試和實(shi)驗。結果(guo)表明，該(gai)系統能(neng)實現更(geng)高的勵(li)磁頻率(lü)，産生穩(wen)定的✉️勵(li)磁電流(liu)🎯，極大地(di)減小了(le)勵磁系(xi)統的功(gong)耗，能去(qu)除微分(fen)幹擾對(dui)流量信(xin)㊙️号測量(liang)的影響(xiang)，水流量(liang)檢定精(jing)度優于(yu)0.5級。
引言(yan)
　　電磁流(liu)量計是(shi)基于電(dian)磁感應(ying)原理工(gong)作的儀(yi)表,其中(zhong)♻️的🤟勵磁(ci)系統爲(wei)一次儀(yi)表中的(de)勵磁線(xian)圈提供(gong)所需的(de)🐇勵磁電(dian)流,以形(xing)成磁場(chang)"。勵磁系(xi)統是該(gai)類流量(liang)㊙️計的重(zhong)🥰要組成(cheng)部分，也(ye)是功耗(hao)最大的(de)部分口(kou)。當測量(liang)通常的(de)導電液(ye)體時,電(dian)磁流📞量(liang)計往往(wang)采用低(di)頻方波(bo)勵磁的(de)方式産(chan)生磁場(chang),例如,采(cai)用2.5Hz或者(zhe)5Hz的勵磁(ci)頻率,以(yi)便輸出(chu)信号有(you)足夠長(zhang)🐕、穩定的(de)時間段(duan)4.,保證較(jiao)高的測(ce)量精度(du);當測量(liang)漿液流(liu)量或者(zhe)進行灌(guan)裝測量(liang)時,必須(xu)采用高(gao)🔞頻勵磁(ci),例如,12.5Hz和(he)25Hz或🏃者更(geng)高頻率(lü)，以克服(fu)具💁有11f特(te)性的漿(jiang)液噪聲(sheng)影響和(he)加快儀(yi)表的響(xiang)應速度(du)。爲此,人(ren)們研究(jiu)了2種高(gao)頻勵磁(ci)系統:一(yi)種是基(ji)于線性(xing)🈲電源工(gong)作原👣理(li)的,即高(gao)低壓電(dian)源切換(huan)🏃‍♂️的勵磁(ci)系統[5~]);另(ling)外一種(zhong)是基于(yu)開🛀🏻關電(dian)源工作(zuo)原理🤟的(de)，即脈沖(chong)勵磁系(xi)統l8-10]。前一(yi)種勵磁(ci)🏒系統的(de)特點是(shi)在勵磁(ci)電流穩(wen)态階段(duan)勵磁電(dian)流值不(bu)變,這樣(yang)磁場❌就(jiu)非常穩(wen)定,保證(zheng)了測量(liang)精度",但(dan)是,恒流(liu)控制電(dian)路的功(gong)耗較大(da),容易導(dao)緻勵磁(ci)🥰系統發(fa)熱，影響(xiang)使用壽(shou)命。後一(yi)種勵磁(ci)💯系統根(gen)據開關(guan)管的開(kai)關頻率(lü)是否受(shou)勵磁線(xian)圈電抗(kang)的影響(xiang)，分爲基(ji)于電流(liu)幅值控(kong)制的☔勵(li)磁系統(tong)和基于(yu)電流誤(wu)差控制(zhi)的勵磁(ci)系統(又(you)稱基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁系統(tong))。基于電(dian)流幅值(zhi)控制的(de)勵磁系(xi)統采用(yong)遲滞比(bi)較器來(lai)控制勵(li)磁電流(liu)18.9]。該勵磁(ci)系統依(yi)靠遲滞(zhi)比較器(qi)的上下(xia)門限将(jiang)勵磁電(dian)流👄維持(chi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻在一個(ge)小範圍(wei)内波動(dong),既保持(chi)勵✍️磁電(dian)流在穩(wen)📱态過程(cheng)相對穩(wen)定,又使(shi)能量主(zhu)要消耗(hao)在勵磁(ci)線圈上(shang),避免電(dian)路發👅熱(re)。但是,這(zhe)種勵磁(ci)系統沒(mei)有考慮(lü):當勵磁(ci)線圈的(de)電抗不(bu)同時,勵(li)磁電流(liu)上升的(de)曲線是(shi)不同的(de),這樣勵(li)磁電流(liu)上升至(zhi)🌈上門限(xian)值或者(zhe)下降至(zhi)下門限(xian)值的時(shi)間.就不(bu)同,即當(dang)勵磁🌈線(xian)圈不同(tong)時,勵磁(ci)電流波(bo)動的頻(pin)🐅率就不(bu)同;勵磁(ci)⛷️電流的(de)波動會(hui)引入遠(yuan)大于流(liu)量信号(hao)的微分(fen)幹擾,影(ying)響流量(liang)的測量(liang)🛀,而波動(dong)的頻率(lü)因勵磁(ci)線圈不(bu)同而存(cun)在差異(yi),需要逐(zhu)台對電(dian)磁流量(liang)計進行(hang)處理,才(cai)能有效(xiao)地抑制(zhi)勵磁電(dian)流波動(dong)的影響(xiang),這在實(shi)際生産(chan)中很難(nan)實現。基(ji)于❄️PWM(pulsewidthmodulation)控制(zhi)的勵磁(ci)系統的(de)🎯開關頻(pin)率是固(gu)定的9.10。勵(li)磁♈電流(liu)在穩态(tai)階段以(yi)固定的(de)頻率波(bo)動,不會(hui)随勵磁(ci)❌線圈的(de)不同而(er)㊙️變化,使(shi)我們可(ke)以采用(yong)相應的(de)處理方(fang)法來消(xiao)😄除勵磁(ci)電流波(bo)動的影(ying)響。.但是(shi),文獻[9,10]沒(mei)有披露(lu)關鍵的(de)技術細(xi)節,也沒(mei)有給出(chu)深人的(de)分析和(he)🔅具體的(de)計算。
　　基(ji)于PWM控制(zhi)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統的工(gong)作原理(li)和穩流(liu)控制🌈方(fang)案🈲,定📞量(liang)😘計算其(qi)勵.磁頻(pin)率、開關(guan)管的開(kai)關頻率(lü)🚶‍♀️、勵磁系(xi)統👨‍❤️‍👨功耗(hao)和勵磁(ci)線圈阻(zu)抗,并給(gei)出具體(ti)的設📐計(ji)參數;研(yan)制了基(ji)于PWM控制(zhi)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統的電(dian)磁流量(liang)計,進行(hang)了實驗(yan)驗證。
2基(ji)于PWM控制(zhi)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統
2.1工作(zuo)原理
　　針(zhen)對勵磁(ci)線圈是(shi)感性負(fu)載、流過(guo)其電流(liu)不能突(tu)變✊的💰特(te)點,PWM控制(zhi)⛷️電路控(kong)制開關(guan)管将勵(li)磁電源(yuan)間斷地(di)👌施加🌈在(zai)勵磁線(xian)圈上,實(shi)現勵磁(ci)電流的(de)變化和(he)穩定,其(qi)工作原(yuan)理如圖(tu)1所示。

　　取(qu)樣電阻(zu)與勵磁(ci)線圈串(chuan)聯,其上(shang)的壓降(jiang)反映流(liu)過🔞勵磁(ci)線🈚圈的(de)電流值(zhi)。PWM控制電(dian)路根據(ju)勵磁電(dian)流值輸(shu)出控制(zhi)信号,由(you)🤩驅動電(dian)路完成(cheng)電平轉(zhuan)換後導(dao)通和關(guan)斷開⛱️關(guan)管,以控(kong)制勵磁(ci)電流🈲。在(zai)勵磁電(dian)流上升(sheng)時,始終(zhong)導通開(kai)關管,将(jiang)勵磁電(dian)壓🏃一直(zhi)加在勵(li)磁線圈(quan)🔆.上,以加(jia)速勵磁(ci)電流的(de)上升;在(zai)勵磁電(dian)流達到(dao)穩态🚶‍♀️值(zhi)時,控制(zhi)開關📱管(guan)頻繁通(tong)斷,将勵(li)磁電源(yuan)電壓以(yi)固定的(de)頻率加(jia)在勵磁(ci)線圈上(shang),維持勵(li)磁電流(liu)的基本(ben)穩定，即(ji)以固定(ding)的頻率(lü)進行很(hen)小幅度(du)的波動(dong)。在勵🥵磁(ci)電流.上(shang)升到穩(wen)态階段(duan)的過程(cheng)中,加在(zai)勵磁線(xian)圈👈。上的(de)電壓E和(he)勵磁電(dian)流i随時(shi)間t變化(hua)的波🧑🏾‍🤝‍🧑🏼形(xing)如圖2所(suo)🌈示,其中(zhong),實線爲(wei)加在勵(li)磁線👨‍❤️‍👨圈(quan)上的電(dian)壓變化(hua)情況,虛(xu)線爲勵(li)磁電流(liu)變化情(qing)況,Enx表示(shi)最大勵(li)磁電壓(ya),1表示勵(li)磁電流(liu)的穩态(tai)平均值(zhi)。

　　該勵磁(ci)方式的(de)特點是(shi):在勵磁(ci)電流穩(wen)态階段(duan),開關⛹🏻‍♀️管(guan)不停地(di)通斷,使(shi)勵磁電(dian)流做小(xiao)幅度的(de)穩定波(bo)動，将勵(li)磁電🚩壓(ya)盡可能(neng)降在🔅勵(li)磁線圈(quan)上,避免(mian)勵磁系(xi)統發熱(re),同時,勵(li)磁電流(liu)固定的(de)☀️波動頻(pin)率便于(yu)消除其(qi)引人的(de)幹擾。
2.2勵(li)磁頻率(lü)
　　基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(ci)系統可(ke)以實現(xian)更高的(de)勵磁頻(pin)率❤️,以滿(man)足漿液(ye)流量測(ce)量和灌(guan)裝流量(liang)測量。在(zai)勵磁的(de)開始階(jie)段,勵磁(ci)☀️電流在(zai)勵磁電(dian)源的作(zuo)用下快(kuai)速上升(sheng)☔至穩态(tai)階段。勵(li)磁電流(liu)i與勵磁(ci)🛀線圈上(shang)所加電(dian)壓E之間(jian)的關系(xi)爲:

　　可見(jian)，勵磁電(dian)流值變(bian)化量相(xiang)同,其所(suo)需的時(shi)間與勵(li)磁線圈(quan)兩端施(shi)加的電(dian)壓成反(fan)比。所以(yi)，基于PWM控(kong)制的🚶脈(mo)沖❤️勵磁(ci)系統可(ke)通過提(ti)供更高(gao)的勵磁(ci)電壓來(lai)減小勵(li)磁電流(liu)上升到(dao)穩☁️态值(zhi)的😘時間(jian),實現更(geng)高的勵(li)磁頻率(lü)。勵磁電(dian)流的穩(wen)态平均(jun)值1。在穩(wen)态階段(duan)的時間(jian)需至少(shao)保持t,以(yi)保證電(dian)磁流量(liang)計的測(ce)量。勵磁(ci)電流上(shang)升的時(shi)間爲:

　　式(shi)中tg爲勵(li)磁時序(xu)的死區(qu)時間。以(yi)DN40 電磁流(liu)量計 爲(wei)例,基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁系統(tong)中勵磁(ci)電壓爲(wei)80V,勵磁電(dian)流爲240mA,勵(li)磁線圈(quan)電感值(zhi)爲200mH、電阻(zu)值爲56Q,則(ze)勵磁電(dian)流上升(sheng)時間t。爲(wei)650μs。若電磁(ci)流量計(ji)實現準(zhun)确測量(liang)需要勵(li)磁電流(liu)保持🐉2ms的(de)穩态♉時(shi)間,其勵(li)磁時序(xu)的死區(qu)時間爲(wei)150μs,則該勵(li)磁系統(tong)能實現(xian)的最高(gao)勵磁頻(pin)率可以(yi)🈚達到約(yue)178Hz。如果進(jin)一步提(ti)高勵磁(ci)電源的(de)電壓，.則(ze)可以實(shi)現更高(gao)的勵磁(ci)頻率,而(er)普通勵(li)磁系統(tong)的勵磁(ci)頻率僅(jin)爲5Hz和6.25Hz。
2.3開(kai)關管的(de)開關頻(pin)率
　　基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁系統(tong)會在電(dian)磁流量(liang)計測量(liang)🌈時引人(ren)微分幹(gan)擾,而微(wei)分幹擾(rao)是由勵(li)磁電流(liu)波動🌈而(er)造成的(de)周期信(xin)号,其頻(pin)率與開(kai)關管的(de)開關頻(pin)率相等(deng),便于采(cai)用相應(ying)的🐉方法(fa)來抑制(zhi)甚至消(xiao)除;電磁(ci)流量計(ji)輸出的(de)流量信(xin)号也是(shi)周期信(xin)号,其頻(pin)率與勵(li)磁頻率(lü)相🌈等。因(yin)此,可以(yi)把開關(guan)管的☔開(kai)關頻率(lü)控制在(zai)遠遠高(gao)于流量(liang)信号頻(pin)率的頻(pin)段,并采(cai)用硬件(jian)低通濾(lü)波器對(dui)微分幹(gan)擾🔞進行(hang)衰減。
電(dian)磁流量(liang)計輸出(chu)流量信(xin)号頻段(duan)主要在(zai)200Hz.以下。爲(wei)此:設置(zhi)硬件低(di)通濾波(bo)器的截(jie)止頻率(lü)爲流量(liang)信号頻(pin)率的5~10倍(bei),即大約(yue)爲幾🈲千(qian)Hz;設置開(kai)關管的(de)開關頻(pin)率爲硬(ying)件低通(tong)濾波器(qi)截止頻(pin)率的10倍(bei)左右，即(ji)大約爲(wei)幾十kHz。這(zhe)樣硬件(jian)低通濾(lü)波器不(bu)僅可以(yi)消除🔞輸(shu)出信号(hao)中噪聲(sheng)的幹擾(rao)，還可以(yi)極大地(di)抑制電(dian)💞流波動(dong)所帶👉來(lai)的微分(fen)幹👅擾。
2.4勵(li)磁功耗(hao)分析.
　　在(zai)基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(ci)系統中(zhong),開關管(guan)位于勵(li)磁電源(yuan)和勵磁(ci)線圈之(zhi)間，以維(wei)持勵磁(ci)電流的(de)穩定,爲(wei)勵磁系(xi)統中功(gong)耗最大(da)的電路(lu)單元。開(kai)關管的(de)損耗主(zhu)要表現(xian)爲導✏️通(tong)損耗和(he)開關損(sun)耗。導通(tong)損耗是(shi)開關管(guan)在導通(tong)狀态下(xia),開關管(guan)的導通(tong)電阻的(de)功率。由(you)于勵磁(ci)電流🏃‍♀️爲(wei)數百mA,開(kai)關管的(de)導通電(dian)阻爲數(shu)十mI,所💜以(yi)，開關管(guan)的導通(tong)損耗非(fei)常小🌍。開(kai)關損耗(hao)爲開關(guan)管從導(dao)通(關斷(duan))轉換爲(wei)關斷(導(dao)通)時的(de)所有損(sun)耗。開關(guan)頻率越(yue)高,開關(guan)損耗就(jiu)越大,所(suo)以,開關(guan)管的開(kai)關損耗(hao)反映了(le)勵磁系(xi)統的功(gong)耗。當開(kai)關管接(jie)勵磁線(xian)圈時,開(kai)關損耗(hao)爲[12]:

　　式中(zhong):Idmax爲流過(guo)開關管(guan)的最大(da)電流;tc爲(wei)開關管(guan)由關斷(duan)(導通💔)到(dao)🏃‍♂️導通(關(guan)斷)的轉(zhuan)換時間(jian);f.sw爲開關(guan)管的開(kai)關頻率(lü)。
以DN40電磁(ci)流量計(ji)爲例,基(ji)于PWM控制(zhi)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統的🌐勵(li)磁電壓(ya)爲80V，勵磁(ci)電流爲(wei)240mA,開關管(guan)的開關(guan)頻率爲(wei)20kHz,開關管(guan)開關的(de)轉換時(shi)間爲100ns,則(ze)開關管(guan)的開關(guan)損耗約(yue)爲38.4mW。
2.5勵磁(ci)線圈阻(zu)抗
　　合理(li)地設計(ji)勵磁線(xian)圈的直(zhi)流電阻(zu)值和電(dian)感值，有(you)助于減(jian)小勵磁(ci)電流的(de)波動幅(fu)值,使基(ji)于PWM控制(zhi)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統工作(zuo)在最佳(jia)狀态。
　　由(you)式(1)和式(shi)(2)可知,當(dang)勵磁電(dian)壓固定(ding)時,勵磁(ci)電流的(de)變化過(guo)👣程💰取決(jue)🤟于勵磁(ci)線圈的(de)電感值(zhi)和直流(liu)電阻值(zhi)。電感值(zhi)由勵磁(ci)線圈的(de)匝數決(jue)定。當勵(li)磁線圈(quan)通人一(yi)--定的電(dian)流時,測(ce)量管内(nei)的磁💔場(chang)與勵磁(ci)線圈.的(de)匝數成(cheng)正比🔞。爲(wei)了保證(zheng)電磁流(liu)量計正(zheng)常測量(liang)所需要(yao)的磁場(chang)強度,勵(li)磁線圈(quan)的匝數(shu)一般不(bu)✉️宜變化(hua),此時,可(ke)以通過(guo)改變勵(li)磁線圈(quan)的線🍉徑(jing)來調整(zheng)直流電(dian)阻⭕。
忽略(lue)開關管(guan)上的壓(ya)降,那麽(me),勵磁線(xian)圈兩端(duan)的電壓(ya)就等于(yu)勵磁電(dian)壓:


式中(zhong)Rmax爲勵磁(ci)線圈的(de)直流電(dian)阻值的(de)最大值(zhi)。
　　勵磁電(dian)流在穩(wen)态階段(duan)的波形(xing)示意圖(tu)如圖3所(suo)示，其中(zhong)，勵磁電(dian)流穩态(tai)階段的(de)Is波動周(zhou)期爲Tf，波(bo)動幅值(zhi)爲Ic，設允(yun)許勵♊磁(ci)電流最(zui)大波動(dong)幅值爲(wei)Imax，則Ic＜Imax。近似(si)認爲在(zai)😍穩态階(jie)段勵磁(ci)👉電流上(shang)升的斜(xie)率是固(gu)定值，等(deng)于勵磁(ci)電流在(zai)穩态值(zhi)處的斜(xie)率(圖3中(zhong)a點處的(de)斜率)。由(you)于🔴在勵(li)磁電流(liu)穩态階(jie)段，在開(kai)關管的(de)一個開(kai)關周期(qi)内，勵磁(ci)電流的(de)變化量(liang)爲0，因此(ci)，僅研究(jiu)勵磁電(dian)流在穩(wen)态階段(duan)的上升(sheng)過程。

　　所(suo)以，爲了(le)使基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁系統(tong)在設定(ding)的開關(guan)頻率下(xia)正常工(gong)作，且勵(li)磁電流(liu)值在穩(wen)态階段(duan)的波動(dong)幅值小(xiao)于Imax，勵磁(ci)線圈的(de)直流電(dian)阻值需(xu)要滿足(zu)式(7)和式(shi)(13)所決😄定(ding)的範⛷️圍(wei)。
　　考慮到(dao)勵磁線(xian)圈的直(zhi)流電阻(zu)值受溫(wen)度影響(xiang)較大和(he)電磁流(liu)量計的(de)整機功(gong)耗，勵磁(ci)線圈的(de)直流電(dian)阻值一(yi)🔱般直接(jie)取🌍下限(xian)值。以DN40電(dian)磁流量(liang)計爲例(li)，勵磁電(dian)壓爲80V，勵(li)💔磁電流(liu)在穩态(tai)階段的(de)平均值(zhi)爲240mA，開關(guan)管的開(kai)關頻率(lü)爲20kHz，勵磁(ci)線圈的(de)電感值(zhi)爲0.2H，勵磁(ci)電流在(zai)穩✉️态階(jie)段的波(bo)動幅值(zhi)要小于(yu)5mA，勵磁線(xian)圈的直(zhi)流電阻(zu)值的取(qu)值範圍(wei)爲167Ω至333Ω。通(tong)過調整(zheng)勵磁線(xian)圈的線(xian)徑把直(zhi)流電阻(zu)值設置(zhi)成167Ω，這樣(yang)既可以(yi)最大限(xian)度地克(ke)服💋溫升(sheng)帶來的(de)影響，又(you)可以使(shi)電磁流(liu)量計🌈的(de)整機功(gong)🈲耗最小(xiao)。
3PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁系統(tong)研制
3.1系(xi)統框圖(tu)
　　研制的(de)基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(ci)系統主(zhu)要由勵(li)磁電🌐源(yuan)⛷️、能👌量回(hui)饋電路(lu)、勵磁線(xian)圈驅動(dong)電路、檢(jian)流電路(lu)、邏輯電(dian)路、PWM控制(zhi)電路和(he)勵磁時(shi)序産生(sheng)電路組(zu)成，如圖(tu)4所示。其(qi)中，能量(liang)回饋電(dian)路

　　在開(kai)關管關(guan)斷時回(hui)收勵磁(ci)線圈中(zhong)的能量(liang)，并在開(kai)關管導(dao)通時⚽把(ba)收集的(de)能量回(hui)饋給勵(li)磁線圈(quan)，提高能(neng)量利用(yong)率;勵🈲磁(ci)線圈驅(qu)動電路(lu)改變勵(li)磁線圈(quan)中電流(liu)的方向(xiang)，實❤️現方(fang)波勵磁(ci)，抑🔞制電(dian)極極化(hua)，也維持(chi)勵磁電(dian)流穩定(ding)，爲勵磁(ci)線圈提(ti)♋供續流(liu)回路;檢(jian)流電路(lu)獲取流(liu)過勵磁(ci)線圈的(de)電流值(zhi);邏輯電(dian)路爲勵(li)磁☀️線圈(quan)驅動電(dian)路提供(gong)控制信(xin)号;PWM控制(zhi)電路維(wei)持流過(guo)🔴勵磁線(xian)圈的電(dian)流值，在(zai)電流值(zhi)上升時(shi)，産生占(zhan)空比爲(wei)1的方波(bo)，加快勵(li)磁電流(liu)的上升(sheng)，在電流(liu)值達到(dao)穩态值(zhi)時産生(sheng)頻率固(gu)定、占空(kong)比☎️自可(ke)調的PWM波(bo)形，以在(zai)🐉勵磁線(xian)圈中産(chan)生穩定(ding)的電流(liu)值;勵磁(ci)時序産(chan)生電路(lu)用來設(she)定🏃‍♂️電磁(ci)流量計(ji)的勵磁(ci)頻率。
3.2勵(li)磁線圈(quan)驅動電(dian)路
　　勵磁(ci)線圈驅(qu)動電路(lu)主要由(you)H橋開關(guan)電路和(he)H橋驅動(dong)電路組(zu)成，如圖(tu)5所示。H橋(qiao)開關電(dian)路由4個(ge)NMOS管組成(cheng)，受H橋驅(qu)動⭕電路(lu)控制👌，其(qi)中，Q3和Q4爲(wei)控制勵(li)磁電流(liu)穩定的(de)開關管(guan)，實現脈(mo)沖勵磁(ci)，Q1和🏃‍♂️Q2用來(lai)改🌈變勵(li)磁㊙️電流(liu)方向的(de)開關管(guan);H橋驅動(dong)電路主(zhu)要由電(dian)📐平轉換(huan)電👉路和(he)光耦組(zu)成，其中(zhong)，P1和☁️P2是光(guang)耦，T1和T2是(shi)電平轉(zhuan)換電🆚路(lu)。CT_1，CT_2，CT_3和CT_4分别(bie)是Q1，Q2，Q3和Q4的(de)控制信(xin)号;VFB是由(you)單刀雙(shuang)擲開關(guan)S1輸出的(de)檢流電(dian)阻上的(de)電壓信(xin)号📞。在H橋(qiao)開關電(dian)路的低(di)端和地(di)之間接(jie)入兩個(ge)檢流電(dian)阻，這2個(ge)檢流電(dian)阻通過(guo)開關進(jin)行選擇(ze)，以保🔞證(zheng)在勵磁(ci)電流方(fang)向切換(huan)時，單刀(dao)雙擲開(kai)💚關輸出(chu)的勵磁(ci)電流值(zhi)總爲正(zheng)，實現對(dui)勵磁電(dian)流的準(zhun)确控制(zhi)。

3.3PWM控制電(dian)路
　　PWM控制(zhi)電路主(zhu)要由誤(wu)差放大(da)器和PWM電(dian)路組成(cheng)，如圖6所(suo)示。誤❤️差(cha)放大器(qi)對基準(zhun)值和電(dian)流值進(jin)行比較(jiao)并放🏃‍♀️大(da)誤差。PWM電(dian)路根據(ju)放大後(hou)的誤差(cha)信号産(chan)生控制(zhi)開關管(guan)所需要(yao)的信号(hao)。PWM控制電(dian)路實時(shi)檢測勵(li)磁電流(liu)值，并根(gen)據勵磁(ci)電流🈲的(de)大小輸(shu)出頻率(lü)固定、占(zhan)空比自(zi)可調的(de)PWM波形，以(yi)在勵磁(ci)線圈中(zhong)産生波(bo)動較小(xiao)、穩定的(de)電流值(zhi)。

4性能測(ce)試和檢(jian)定實驗(yan)
　　爲了考(kao)核基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁系統(tong)的性能(neng)，将其與(yu)國内某(mou)公司生(sheng)産的口(kou)徑爲40mm的(de)電磁流(liu)量計一(yi)次儀表(biao)相配合(he)，測試其(qi)能夠🏃🏻‍♂️實(shi)現的最(zui)高勵磁(ci)頻率、勵(li)磁電流(liu)在穩态(tai)段的波(bo)動情況(kuang)和流量(liang)信号的(de)穩定性(xing)，對比不(bu)🤩同勵磁(ci)系統的(de)功耗，進(jin)行水流(liu)量檢定(ding)實🌍驗。
4.1勵(li)磁頻率(lü)測試
　　在(zai)80V勵磁電(dian)壓下，做(zuo)160Hz勵磁頻(pin)率的實(shi)驗測試(shi)。當勵磁(ci)電流爲(wei)240mA時，約經(jing)0.8ms就進入(ru)了穩态(tai)。而采用(yong)基于高(gao)低壓電(dian)源切換(huan)的勵磁(ci)方式，當(dang)高🏃壓爲(wei)80V、維持電(dian)流穩定(ding)的低壓(ya)爲17V、勵磁(ci)電流爲(wei)180mA時，由于(yu)電源☔的(de)切換導(dao)緻勵磁(ci)系統需(xu)要從一(yi)個工作(zuo)狀态轉(zhuan)移到另(ling)一個工(gong)作狀态(tai)⁉️，這個轉(zhuan)移過程(cheng)所需要(yao)的時間(jian)要大于(yu)勵磁電(dian)流的✏️上(shang)升時間(jian)，因此，勵(li)磁電流(liu)無法進(jin)入穩态(tai)。
4.2勵磁電(dian)流和PWM控(kong)制電路(lu)輸出電(dian)壓測試(shi)
　　分别用(yong)示波器(qi)的普通(tong)探頭和(he)電流探(tan)頭測試(shi)PWM控制電(dian)路💛輸出(chu)的信号(hao)和流過(guo)勵磁線(xian)圈的電(dian)流值。測(ce)試結果(guo)表明:在(zai)勵磁電(dian)流上升(sheng)時，PWM控制(zhi)電路輸(shu)出占空(kong)比爲1的(de)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼信号;在(zai)🔞勵磁電(dian)流進入(ru)穩态時(shi)，發出頻(pin)率固定(ding)的脈沖(chong)控制信(xin)号。在勵(li)磁電流(liu)穩态段(duan)，開關管(guan)的✍️頻率(lü)約爲20kHz。勵(li)✉️磁電流(liu)經過截(jie)止頻率(lü)爲2kHz的四(si)階巴特(te)沃斯濾(lü)波後，在(zai)穩态段(duan)的最大(da)波動值(zhi)僅約爲(wei)3.7mA，比較穩(wen)定。
4.3基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁系統(tong)功耗測(ce)試
　　由于(yu)勵磁電(dian)源輸入(ru)的功率(lü)主要由(you)基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(ci)系統和(he)勵磁線(xian)圈承擔(dan)，所以，隻(zhi)要測出(chu)勵磁電(dian)源的輸(shu)入功率(lü)和勵磁(ci)線圈的(de)功率，就(jiu)可以得(de)到基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁系統(tong)的㊙️功率(lü)。根💯據勵(li)磁電源(yuan)的輸入(ru)電壓和(he)輸入電(dian)流可以(yi)計算出(chu)輸入功(gong)率，根據(ju)勵磁電(dian)流和勵(li)磁線圈(quan)的等效(xiao)直流電(dian)阻可以(yi)計✍️算出(chu)勵磁線(xian)圈的功(gong)率。基于(yu)高低壓(ya)電源切(qie)換勵磁(ci)🚶‍♀️系統的(de)功率計(ji)算方法(fa)相同。
勵(li)磁頻率(lü)設爲12.5Hz、所(suo)配DN40一次(ci)儀表的(de)勵磁線(xian)圈直流(liu)電阻爲(wei)56Ω時，比⛷️較(jiao)基于高(gao)低壓電(dian)源切換(huan)的勵磁(ci)系統與(yu)基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(ci)系👅統的(de)功耗。基(ji)于高低(di)壓電🛀🏻源(yuan)切換勵(li)磁系統(tong)所用的(de)勵磁電(dian)源的高(gao)壓爲80V，相(xiang)應的輸(shu)入電流(liu)爲12mA;低壓(ya)爲24V，相應(ying)的🏃🏻輸入(ru)電流爲(wei)176.8mA。根據一(yi)個勵磁(ci)周期🐇内(nei)高壓和(he)低🚶‍♀️壓各(ge)自工作(zuo)的時間(jian)，計算出(chu)勵磁電(dian)源輸入(ru)功率約(yue)爲5.20W。流過(guo)勵磁線(xian)圈的勵(li)磁電流(liu)爲178mA，根據(ju)勵磁線(xian)圈的直(zhi)流電阻(zu)㊙️，計算出(chu)勵磁線(xian)圈消耗(hao)的功率(lü)約爲🔱1.77W。因(yin)此，得出(chu)勵磁系(xi)統承擔(dan)的功率(lü)約爲3.43W。基(ji)于PWM控制(zhi)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統的勵(li)磁電壓(ya)爲76V，輸入(ru)電流爲(wei)66.7mA，勵磁電(dian)流爲240mA，所(suo)以，勵磁(ci)電源輸(shu)入功率(lü)約爲5.07W，勵(li)磁線圈(quan)消耗的(de)功率約(yue)爲3.23W，消耗(hao)在該勵(li)磁系統(tong)上🔞的功(gong)率約爲(wei)1.84W。
　　可見，基(ji)于PWM控制(zhi)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統的勵(li)磁電流(liu)比基于(yu)高🙇‍♀️低壓(ya)♻️電源切(qie)換勵磁(ci)系統的(de)大了34.83%，而(er)前者承(cheng)擔🌏的功(gong)率僅爲(wei)後💞者的(de)53.64%。這說明(ming)基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(ci)系統消(xiao)🔞耗的功(gong)率主要(yao)🥵集中在(zai)一次儀(yi)表的勵(li)磁線圈(quan)，所以，可(ke)有效地(di)解決勵(li)磁系統(tong)的發熱(re)💋問題。
4.4水(shui)流量檢(jian)定實驗(yan)
　　基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(ci)系統可(ke)以實現(xian)更高的(de)勵磁頻(pin)率🔱，有效(xiao)地🏃🏻‍♂️抑制(zhi)漿液噪(zao)聲，但是(shi)，能否保(bao)證水流(liu)量測量(liang)的精度(du)和🔱穩定(ding)性，需🚶要(yao)實驗驗(yan)證。爲此(ci)，利用精(jing)🙇🏻度等級(ji)爲0.2的水(shui)流量檢(jian)定裝置(zhi)，采用容(rong)積法，對(dui)研制的(de)基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(ci)系統🌈進(jin)行水流(liu)量檢定(ding)實驗。水(shui)流量檢(jian)定的最(zui)小流速(su)爲0.49m/s，最大(da)流速爲(wei)7.13m/s，共檢定(ding)了12個流(liu)量點，每(mei)點重複(fu)檢定3次(ci)。實驗結(jie)果表明(ming):最大測(ce)量誤差(cha)小于0.34%，重(zhong)複性誤(wu)差小于(yu)0.04%，精度優(you)于0.5級。
5結(jie)論
(1)設計(ji)了基于(yu)PWM控制的(de)脈沖勵(li)磁系統(tong)方案，分(fen)析了工(gong)作原理(li)💞，計算了(le)勵磁頻(pin)率、勵磁(ci)電流穩(wen)态階段(duan)的調制(zhi)頻率、勵(li)磁功耗(hao)和🔴阻抗(kang)。
(2)研制基(ji)于PWM控制(zhi)的脈沖(chong)勵磁系(xi)統，實現(xian)了更高(gao)的勵🌏磁(ci)頻率。當(dang)勵磁供(gong)電電源(yuan)升高至(zhi)80V時，勵磁(ci)電流進(jin)入穩态(tai)的時💜間(jian)僅🐉爲0.8ms，可(ke)以實現(xian)160Hz的勵磁(ci)頻率。勵(li)磁系統(tong)能産生(sheng)♌比較穩(wen)🈲定的勵(li)磁電流(liu)值，在勵(li)磁電流(liu)穩定💔時(shi)，勵磁電(dian)流的波(bo)動小于(yu)5mA。
(3)基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(ci)系統的(de)勵磁電(dian)流更大(da)，而消耗(hao)的功率(lü)💰僅爲基(ji)于高低(di)壓電源(yuan)切換的(de)53.64%，有效地(di)解決了(le)勵磁系(xi)統的發(fa)熱問題(ti)。
(4)水流量(liang)檢定結(jie)果表明(ming)，基于PWM控(kong)制的脈(mo)沖勵磁(ci)系統的(de)電🐆磁流(liu)量計的(de)測量精(jing)度優于(yu)0.5級，這說(shuo)明研制(zhi)的勵磁(ci)系統💚能(neng)爲電磁(ci)流量計(ji)的精度(du)高測量(liang)提供保(bao)證。

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