低頻矩形波勵磁電磁流量計勵磁為什么經久耐用
發布日期:2018-04-25 12:46
   電磁流量計作為一種主要的測量儀表,在國內市場增長迅速。由于國內生產廠家以進口關鍵零部件(轉換器)組裝為主,產品關鍵技術由國外大公司控制。所以研究開發國產電磁流量計具有重要意義。 論文分析了電磁流量計基本工作原理,研制開發過程中存在關鍵技術難點和產業化需要解決的問題。在此基礎上提出了合理的解決方案,同時實踐方案,最終實現電磁流量計的設計。
   電磁流量計的設計分析了不同種類的電磁流量計的優缺點,最終選擇低頻矩形波勵磁電磁流量計為研究重點。 論文分為以下幾部分:首先,分析了國內外電磁流量計產品的現狀。其次,分析了電磁流量計的工作原理。得出按權重函數分布規律的傳感器,在流速非中心軸對稱分布時,感應電勢僅與平均流速呈正比,而與流速分布無關的結論,從而從原理上解決電磁流量計了高精度測量的問題。
   第三,分析了電磁流量計設計的主要難點是小信號測量的問題。在實際測量過程當中,感應信號屬于微伏級信號,該信號與大地不隔離,容易引入各種干擾。本章著重分析了影響信號測量的主要干擾構成。第四,根據對流量測量問題分析的,深入研究了設計過程中需要解決的主要問題。如內阻分析與測量;勵磁頻率的選擇;穩定信號基準點與抑制共模干擾;串模干擾與工頻干擾抑制;流量信號傳輸與屏蔽;恒流勵磁與磁場補償;流量測量點的選擇等。最終選擇了合理的解決問題的方法并形成設計方案;最后,根據設計方案施施設計。本章主要介紹了產品設計的系統構成,同時重點闡述了產品設計的關鍵部分、可靠性、電磁兼容性、儀表校準等幾方面的問題。最終設計完成可以用于產業化制造的產品。 論文在分析了電磁流量計原理的基礎上,設計完成了低頻矩形波勵磁電磁流量計,為其他種類的電磁流量計的研究奠定了基礎。設計完成的產品考慮了可靠性等相關產業化所涉及的問題,設計產品具有實際應用價值。

創意無極限,儀表大發明。今天為大家介紹一項國家發明授權專利——電磁流量計的勵磁電路以及電磁流量計。該專利由阿自倍爾株式會社申請,并于2016年11月9日獲得授權公告。
    內容說明
    本發明涉及在各種工序系統中對具有導電性的流體的流量進行測量的電磁流量計的勵磁電路以及具備該勵磁電路的電磁流量計。
    發明背景
    一般地,在對具有導電性的流體的流量進行測量的電磁流量計中,向勵磁線圈供給極性交替切換的勵磁電流,檢測與來自勵磁線圈的產生磁場正交并配置在測量管內的一對電極之間產生的電動勢,將該電極之間產生的電動勢放大后,通過取樣信號處理,對流過測量管內的流體的流量進行測量,所述勵磁線圈被配置成使得磁場產生方向垂直于在測量管內流動的流體的流動方向。
    發明內容
    本發明要解決的問題:在這種現有技術中,由于勵磁線圈L的反電動勢,在開關電路SW61~SW64的接點端子側和勵磁信號SA、SB被輸入的控制端子側之間會產生高電壓差。在勵磁電流Iex的極性切換時,在端子L1、L2之間會產生高反電動勢,電容元件C的充電電壓VC的峰值變得比電源電位VP還要高。例如,在電源電位VP是10V的情況下,有時充電電壓VC會因勵磁線圈L的反電動勢而上升到100V左右。
    在此,對于SW63、SW64,由于被施加高電壓的接點端子一般會變成MOSFET( N溝道)的漏極端子,因此即使不采用高耐壓做法,MOSFET也不會受到損傷。但是,對于SW61、SW62,由于通過電流輸入端子Tin從電容元件C施加了高電壓的接點端子一般會變成MOSFET( P溝道)的源極端子,因此存在產生SW61、SW62的損傷的問題。
 
    圖為第一實施形態所涉及的勵磁電路的結構的電路圖
 
    作為用于回避這種由高電壓導致的SW61~SW64的損傷的一個方法,考慮有進行限制充電電壓VC的峰值等保護對策的方法。然而,根據這種方法,由于充電至電容元件C的電壓被削減,因此存在無法將勵磁線圈L的反電動勢作為勵磁線圈的驅動電力有效地利用的問題。
    此外,作為用于回避這種由高電壓導致的SW61、SW62的損傷的其他方法,也考慮使用由具有充分耐壓性能的MOSFET、即高耐壓MOSFET構成的耐壓開關電路作為這些SW61、SW62,使得即使在施加了勵磁線圈L的反電動勢的情況下也會不產生損傷。作為一例,通常的MOSFET的漏極·源極之間電壓的絕對最大規格( VDS )為20V左右,高耐壓MOSFET的VDS為100V左右或100V以上。
    但是,由于高耐壓MOSFET的導通電阻有增大的傾向,因此由于該導通電阻,勵磁電流Iex被削減,其結果,存在無法利用電源電位VP高效率地驅動勵磁線圈的問題。
    此外,如前所述,成為用構成開關電路的MOSFET進行開/關控制的對象的接點端子側的電壓在從電源電位VP的10V至充電電壓VC的峰值的100V的范圍內大范圍地變動。
    另一方面,高耐壓MOSFET在開/關控制高電壓時,需要與該電壓相符地將高電壓施加于柵極端子。因此,要控制大幅度變動的電壓,也需要切換柵極端子側的電壓,存在控制系統極為復雜化的問題。
    本發明是為解決這樣的問題而做出的,其目的在于提供一種電磁流量計的勵磁電路,能夠回避由高電壓導致的開關電路的損傷,同時有效地利用勵磁線圈L的反電動勢,使勵磁電流的上升快速進行。
    為了達到這種目的,本發明所涉及的勵磁電路是用于電磁流量計的勵磁電路,所述電磁流量計將勵磁電流供給至配置在測量管的外側的勵磁線圈,用配置于該測量管的一對電極對與此相應地在該測量管內的流體中產生的、與該勵磁線圈的磁場正交的電動勢進行檢測,基于該電動勢測量該流體的流量值,所述勵磁電路具有:切換電路,所述切換電路基于由具有勵磁頻率的脈沖信號構成的勵磁信號,對從外部供給的驅動電流的電流輸入端子以及電流輸出端子與所述勵磁線圈的一端以及另一端的連接進行切換,由此,從該驅動電流生成交流的勵磁電流并供給至所述勵磁線圈;和充放電電路,所述充放電電路將由所述勵磁線圈產生的反電動勢向電容元件充電,且基于所述勵磁信號,將從該電容元件放電的放電電流作為所述勵磁電流向所述勵磁線圈的所述一端或所述另一端切換供給。
    所述切換電路具有:第一開關電路,所述第一開關電路的一個接點端子連接于所述電流輸入端子,所述第一開關電路與所述勵磁信號相對應地進行開/關動作;第二開關電路,所述第二開關電路的一個接點端子連接于所述電流輸入端子,所述第二開關電路與所述第一開關電路反相位地進行開/關動作;第一二極管,所述第一二極管的陽極端子連接于所述第一開關電路的另一個接點端子,陰極端子連接于所述勵磁線圈的所述一端;第二二極管,所述第二二極管的陽極端子連接于所述第二開關電路的另一個接點端子,陰極端子連接于所述勵磁線圈的所述另一端;第三開關電路,所述第三開關電路的一個接點端子連接于所述第一二極管的陰極端子以及所述勵磁線圈的所述一端,另一個接點端子連接于所述電流輸出端子,所述第三開關電路與所述第一開關電路反相位地進行開/關動作;以及第四開關電路,所述第四開關電路的一個接點端子連接于所述第二二極管的陰極端子以及所述勵磁線圈的所述另一端,另一個接點端子連接于所述電流輸出端子,所述第四開關電路與所述第一開關電路同相位地進行開/關動作,所述充放電電路具有:二極管電橋,所述二極管電橋對產生于所述勵磁線圈的兩端的反電動勢進行整流并向所述電容元件充電;第一耐壓開關電路,所述第一耐壓開關電路與所述第一開關同相位地對從所述電容元件向所述勵磁線圈的所述一端的所述放電電流的供給進行開/關控制;以及第二耐壓開關電路,所述第二耐壓開關電路與所述第一開關電路反相位地對從所述電容元件向所述勵磁線圈的所述另一端的所述放電電流的供給進行開/關控制。
    根據本發明,通過第一以及第二二極管,能夠防止由來自勵磁線圈的反電動勢產生的高電壓向第一以及第二開關電路的接點端子施加。又,由勵磁線圈產生的反電動勢通過充放電電路的二極管電橋向電容元件充電,電容元件的充電電力通過充放電電路的第一以及第二耐壓開關電路被向勵磁線圈供給。因此,能夠回避由高電壓導致的開關電路的損傷,同時有效利用勵磁線圈的反電動勢,使勵磁電流的上升快速進行。

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