摘要(yào):爲了提高(gāo)勵磁(cí)頻(pín)率和減(jiǎn)少發熱，使(shǐ)電磁流量(liàng)計 能夠更(gèng)好地用(yòng)于漿液流量測量和灌(guàn)裝流(liú)量測量，并(bìng)長期(qī)穩定、可靠(kào)地工作，研(yán)究了(le)基于pwm控制的脈(mò)沖勵(lì)磁(cí)方案，分(fèn)析其工作原理(lǐ)，計算各種參數(shù)，研制實際系統(tǒng)，進行(háng)測試(shì)和實(shí)驗。結(jié)果表明，該(gāi)系統能實(shí)現更(gèng)高的勵磁(cí)頻(pín)率(lǜ)，産生穩定(dìng)的勵(lì)磁電(diàn)流(liú)，極大地減小(xiǎo)了勵磁系統的功耗(hào)，能去(qù)除微分幹擾對(duì)流量(liàng)信号測量(liàng)的影(yǐng)響，水(shuǐ)流量(liàng)檢定精度優于(yú)0.5級。
引言
　　電磁流(liú)量計是基于電(diàn)磁感應原(yuán)理工(gōng)作的(de)儀表(biǎo),其中(zhōng)的勵磁系統爲一次儀(yí)表中的(de)勵磁線圈(quān)提供(gòng)所需(xū)的(de)勵(lì)磁電流,以形(xíng)成(chéng)磁場"。勵磁(cí)系統是該(gāi)類流量計的重要組成(chéng)部分，也(yě)是功耗最(zuì)大的部分(fèn)口。當測量通常(cháng)的導電液體時(shí),電磁流量(liàng)計往往采(cǎi)用低(dī)頻方波勵磁的(de)方式産生磁場,例如,采用2.5hz或者(zhě)5hz的勵磁頻(pín)率,以(yǐ)便輸出信号有(yǒu)足夠(gòu)長、穩定的(de)時間段4.,保證較(jiào)高的(de)測量精度(dù);當(dāng)測量漿液流(liú)量或者進行灌(guàn)裝測量(liàng)時(shí),必須采用(yòng)高(gāo)頻勵磁(cí),例如,12.5hz和25hz或者更(gèng)高(gāo)頻率，以(yǐ)克服(fú)具有(yǒu)11f特性的漿(jiāng)液噪聲影(yǐng)響和加快(kuài)儀表(biǎo)的響應速度。爲此,人(rén)們研究(jiū)了2種高(gāo)頻勵磁系(xì)統:一(yī)種是基(jī)于線性(xìng)電源(yuán)工作(zuò)原理的,即(jí)高(gāo)低壓電(diàn)源切換的(de)勵磁(cí)系統(tǒng)[5~]);另外一(yī)種(zhǒng)是基于開關電(diàn)源工(gōng)作原理的(de)，即脈沖勵(lì)磁系(xì)統(tǒng)l8-10]。前一種勵磁(cí)系統的特點是(shì)在勵(lì)磁電(diàn)流穩(wěn)态階(jiē)段勵磁電(diàn)流值不變,這樣(yàng)磁(cí)場(chǎng)就非常穩(wěn)定,保(bǎo)證了測量(liàng)精度(dù)",但是(shì),恒流控制電(diàn)路的功(gōng)耗較(jiào)大,容易導緻勵磁系統發(fā)熱，影響使用(yòng)壽命。後一種勵磁系統根據(jù)開關(guān)管的開(kāi)關頻率(lǜ)是否受勵(lì)磁線(xiàn)圈電抗的影響(xiǎng)，分爲(wèi)基于(yú)電流幅值(zhí)控制的勵(lì)磁系(xì)統(tǒng)和基于(yú)電流誤差控制(zhì)的勵磁系(xì)統(又(yòu)稱基(jī)于(yú)pwm控制的(de)脈沖勵(lì)磁(cí)系統(tǒng))。基于(yú)電流幅值(zhí)控(kòng)制的勵(lì)磁系(xì)統采用遲滞比(bǐ)較器來控(kòng)制勵磁電(diàn)流18.9]。該勵磁系統(tǒng)依(yī)靠遲滞比較器的上下(xià)門限将勵(lì)磁電(diàn)流維持(chí)在一個(gè)小範圍内波動(dòng),既保持勵磁電(diàn)流在穩态(tài)過程(chéng)相對(duì)穩定,又(yòu)使(shǐ)能量主要消耗(hào)在勵(lì)磁線(xiàn)圈上(shàng),避免電路發熱(rè)。但(dàn)是,這(zhè)種勵磁(cí)系統沒有(yǒu)考慮(lǜ):當勵磁線圈的(de)電抗不(bú)同(tóng)時,勵(lì)磁電(diàn)流(liú)上升的(de)曲線是不同的(de),這樣(yàng)勵磁(cí)電(diàn)流(liú)上升至上(shàng)門限值或者下降至(zhì)下門限值的時間.就(jiù)不同,即當(dāng)勵磁線圈不(bú)同時,勵磁電流波動的(de)頻率就不(bú)同;勵(lì)磁電流的(de)波動會引(yǐn)入遠大于(yú)流量信号的微分幹(gàn)擾,影(yǐng)響流量的測量,而波(bō)動的(de)頻率(lǜ)因勵(lì)磁線圈不(bú)同而存(cún)在(zài)差異(yì),需要逐台(tái)對電(diàn)磁流量(liàng)計進行處理(lǐ),才能有效(xiào)地(dì)抑制勵磁電(diàn)流波動(dòng)的影響,這在實際生産(chǎn)中很難(nán)實現。基(jī)于pwm(pulsewidthmodulation)控制的勵磁(cí)系統(tǒng)的(de)開(kāi)關頻(pín)率是(shì)固定的(de)9.10。勵(lì)磁電(diàn)流在(zài)穩态階段以固定的頻率(lǜ)波動,不會(huì)随勵磁線(xiàn)圈的(de)不同而變化,使(shǐ)我們(men)可以(yǐ)采用相應(yīng)的處理方(fāng)法來(lái)消除勵磁電(diàn)流波動(dòng)的影(yǐng)響。.但是,文(wén)獻[9,10]沒有披(pī)露關(guān)鍵的(de)技術細節,也沒(méi)有給出深人的(de)分(fèn)析和具體的(de)計算(suàn)。
　　基于pwm控制的脈沖勵(lì)磁系(xì)統的工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)和穩流控制方案,定量計算其(qí)勵.磁頻率、開關(guān)管的開關頻率(lǜ)、勵磁系(xì)統功耗(hào)和勵磁線圈阻(zǔ)抗,并給(gěi)出具體(tǐ)的設計參(cān)數;研(yán)制了基于(yú)pwm控制(zhì)的脈(mò)沖勵磁系(xì)統的電磁流量(liàng)計,進行(háng)了實驗(yàn)驗證(zhèng)。
2基(jī)于(yú)pwm控制的脈(mò)沖勵(lì)磁系(xì)統
2.1工(gōng)作原理
　　針(zhēn)對勵(lì)磁線圈是(shì)感性負載(zǎi)、流過(guò)其電流不能(néng)突(tū)變的特點,pwm控制(zhì)電路控(kòng)制(zhì)開關(guān)管将勵磁電源(yuán)間斷(duàn)地(dì)施加在(zài)勵磁線圈上,實現勵(lì)磁(cí)電流的(de)變化和(hé)穩定,其(qí)工作原(yuán)理如圖(tú)1所(suǒ)示。

　　取樣電阻(zǔ)與勵(lì)磁線(xiàn)圈串(chuàn)聯,其(qí)上的(de)壓降反映流過(guò)勵磁(cí)線圈的電(diàn)流值(zhí)。pwm控制(zhì)電路(lù)根據(jù)勵磁電(diàn)流(liú)值(zhí)輸出控(kòng)制信(xìn)号,由(yóu)驅動電路完成(chéng)電平轉換後導(dǎo)通(tōng)和關斷(duàn)開關管,以控制勵磁(cí)電流。在勵(lì)磁電(diàn)流上升時,始終(zhōng)導通開關管,将(jiāng)勵磁(cí)電壓一直(zhí)加在勵磁(cí)線圈(quān).上,以加速勵磁(cí)電流(liú)的上升;在勵磁電(diàn)流(liú)達到(dào)穩态值時(shí),控制開關管(guǎn)頻繁通斷,将勵磁(cí)電源電壓(yā)以(yǐ)固定的頻率加在勵磁(cí)線(xiàn)圈(quān)上,維持勵(lì)磁電流的(de)基(jī)本(běn)穩定(dìng)，即以固定(dìng)的頻率進(jìn)行很(hěn)小幅(fú)度(dù)的波動。在勵磁電流.上(shàng)升到(dào)穩态(tài)階段的過程中,加在(zài)勵磁線圈。上的(de)電壓e和勵磁電(diàn)流i随時間(jiān)t變化(huà)的波形如圖2所示,其中,實線爲(wèi)加在勵磁線圈(quān)上的(de)電壓變化(huà)情況,虛(xū)線爲勵(lì)磁電(diàn)流變化情(qíng)況,enx表示最(zuì)大勵(lì)磁電(diàn)壓,1表示勵(lì)磁電(diàn)流的(de)穩态平均(jun1)值(zhí)。

　　該勵磁(cí)方式的特(tè)點(diǎn)是:在勵(lì)磁電流穩(wěn)态階(jiē)段,開關管不停地(dì)通(tōng)斷,使(shǐ)勵(lì)磁電流(liú)做小幅度的穩定(dìng)波動，将勵磁(cí)電壓盡可(kě)能降在勵磁線圈上,避免(miǎn)勵磁(cí)系統發熱(rè),同時,勵磁電流固定(dìng)的(de)波(bō)動頻率便于消(xiāo)除其引人(rén)的幹擾。
2.2勵(lì)磁頻率
　　基于pwm控(kòng)制的脈沖勵磁(cí)系統可以(yǐ)實現更高的勵磁頻(pín)率,以(yǐ)滿(mǎn)足漿液流(liú)量測量和灌(guàn)裝流(liú)量(liàng)測量。在勵磁的開(kāi)始階(jiē)段,勵磁電流在(zài)勵磁電源的作(zuò)用下快速上升(shēng)至穩态階(jiē)段。勵(lì)磁電流i與(yǔ)勵磁(cí)線圈(quān)上所加電壓e之間的關系(xì)爲:

　　可見(jiàn)，勵磁電(diàn)流值變化(huà)量相同,其所(suǒ)需的時(shí)間與勵(lì)磁線圈(quān)兩端施加(jiā)的電壓成(chéng)反比。所以(yǐ)，基于pwm控制的脈(mò)沖勵磁系(xì)統可通過(guò)提供更高(gāo)的勵(lì)磁(cí)電壓來(lái)減(jiǎn)小勵磁(cí)電流(liú)上升到穩态值的時間,實現更(gèng)高的勵磁頻率(lǜ)。勵磁(cí)電流的穩态平(píng)均值(zhí)1。在穩(wěn)态階(jiē)段的時間(jiān)需至少保(bǎo)持t,以保證電磁流量(liàng)計的測量(liàng)。勵磁(cí)電流上升的時(shí)間爲:

　　式中tg爲勵磁時序的死區(qū)時間。以dn40 電磁流(liú)量計(jì) 爲例(lì),基于(yú)pwm控制的脈沖勵(lì)磁系(xì)統中勵磁(cí)電壓爲80v,勵磁電流爲(wèi)240ma,勵磁(cí)線圈(quān)電感(gǎn)值爲(wèi)200mh、電阻(zǔ)值爲(wèi)56q,則勵磁電(diàn)流上升(shēng)時間t。爲650μs。若電(diàn)磁流量計(jì)實現準(zhǔn)确測量(liàng)需要勵磁電流(liú)保持2ms的穩(wěn)态時間,其勵磁時序(xù)的死區時(shí)間爲(wèi)150μs,則該勵磁系統能實(shí)現的(de)最高(gāo)勵磁(cí)頻率可以(yǐ)達到約178hz。如果(guǒ)進一步提高勵磁(cí)電源的電(diàn)壓，.則(zé)可以實現更高(gāo)的(de)勵磁頻(pín)率,而(ér)普通(tōng)勵磁系統(tǒng)的勵磁頻率僅(jǐn)爲5hz和6.25hz。
2.3開關管的(de)開關頻率
　　基于pwm控(kòng)制的脈沖勵(lì)磁系統會(huì)在電(diàn)磁流量(liàng)計測量(liàng)時引人(rén)微分幹擾,而(ér)微分幹擾(rǎo)是由(yóu)勵磁(cí)電流(liú)波動而(ér)造成的(de)周期信号,其頻(pín)率與(yǔ)開(kāi)關管的開關(guān)頻率相等(děng),便于采(cǎi)用相應(yīng)的方(fāng)法來(lái)抑(yì)制(zhì)甚至(zhì)消除(chú);電磁(cí)流量計(jì)輸(shū)出的(de)流量(liàng)信号(hào)也是(shì)周期信号,其頻率與勵磁頻率(lǜ)相等。因(yīn)此(cǐ),可以(yǐ)把開關管的開(kāi)關頻(pín)率(lǜ)控制在(zài)遠遠高(gāo)于流量(liàng)信号(hào)頻(pín)率的頻(pín)段,并采用硬件(jiàn)低通濾波器對微分(fèn)幹擾進行(háng)衰減。
電磁(cí)流量(liàng)計輸出(chū)流量(liàng)信号頻段主(zhǔ)要在(zài)200hz.以下。爲此:設置(zhì)硬件低通濾波器的截止頻率(lǜ)爲流量信号頻(pín)率的5~10倍,即(jí)大約(yuē)爲幾(jǐ)千hz;設置開關管的開關頻(pín)率爲硬件低通濾波器截止頻率的10倍左右，即大約爲幾十khz。這(zhè)樣硬件低通濾波器不僅可以(yǐ)消除(chú)輸(shū)出信号(hào)中噪聲的(de)幹擾(rǎo)，還可以(yǐ)極(jí)大地(dì)抑制(zhì)電流(liú)波動(dòng)所(suǒ)帶來(lái)的(de)微分(fèn)幹擾(rǎo)。
2.4勵磁功耗(hào)分析.
　　在基(jī)于pwm控制的脈沖勵磁(cí)系統(tǒng)中(zhōng),開關管(guǎn)位于(yú)勵磁電源(yuán)和勵磁線(xiàn)圈之(zhī)間，以維持(chí)勵磁電流的(de)穩(wěn)定,爲(wèi)勵磁(cí)系統中功耗最(zuì)大的(de)電路(lù)單元(yuán)。開關管的(de)損耗主要表現(xiàn)爲導通(tōng)損耗和開關(guān)損耗。導通(tōng)損耗是開關管(guǎn)在導通狀(zhuàng)态下(xià),開關管的導通(tōng)電阻的(de)功(gōng)率。由于勵(lì)磁電流爲(wèi)數百ma,開關(guān)管的(de)導通電阻爲數(shù)十mi,所以，開(kāi)關管(guǎn)的導(dǎo)通損耗非(fēi)常小。開關損耗(hào)爲(wèi)開(kāi)關管從導(dǎo)通(關斷)轉換(huàn)爲(wèi)關斷(duàn)(導(dǎo)通(tōng))時的(de)所有損耗。開關(guān)頻率越(yuè)高(gāo),開關(guān)損耗就越(yuè)大,所(suǒ)以,開(kāi)關管的開關損耗反(fǎn)映了(le)勵磁系統的功(gōng)耗。當開(kāi)關管接勵磁線圈時,開(kāi)關損(sǔn)耗爲(wèi)[12]:

　　式中:idmax爲流(liú)過開關管(guǎn)的最大電流;tc爲(wèi)開關(guān)管由關斷(duàn)(導通)到導通(關斷)的(de)轉換(huàn)時間(jiān);f.sw爲開關管(guǎn)的開(kāi)關頻(pín)率(lǜ)。
以dn40電磁(cí)流量(liàng)計爲例,基于(yú)pwm控制的(de)脈沖(chòng)勵磁(cí)系統(tǒng)的勵(lì)磁電壓爲80v，勵磁電流爲(wèi)240ma,開關管的開(kāi)關(guān)頻率爲(wèi)20khz,開關管(guǎn)開(kāi)關的轉換時間爲(wèi)100ns,則開關管的(de)開關損耗約爲38.4mw。
2.5勵磁線圈(quān)阻抗
　　合理(lǐ)地設計勵磁線(xiàn)圈的直流(liú)電阻(zǔ)值和電感值，有(yǒu)助于減小勵磁電流(liú)的波動幅(fú)值,使(shǐ)基于(yú)pwm控制(zhì)的脈沖勵(lì)磁系(xì)統工(gōng)作在(zài)最佳(jiā)狀态(tài)。
　　由(yóu)式(1)和式(2)可知(zhī),當勵磁電(diàn)壓固定(dìng)時(shí),勵磁(cí)電流的變(biàn)化過程取決于(yú)勵磁(cí)線圈的(de)電(diàn)感值和直(zhí)流電阻值。電(diàn)感值由勵磁(cí)線圈的匝(zā)數(shù)決定。當勵磁(cí)線圈(quān)通人一(yī)--定的電(diàn)流時,測量管内(nèi)的磁(cí)場與(yǔ)勵磁(cí)線圈.的(de)匝數成(chéng)正比。爲了保證(zhèng)電磁流(liú)量(liàng)計正(zhèng)常測(cè)量所需要(yào)的(de)磁場強度,勵磁線圈的匝數(shù)一般不宜變化(huà),此時,可(kě)以通過(guò)改變勵磁線圈(quān)的線徑來調整(zhěng)直流電阻。
忽略(luè)開關(guān)管上的壓(yā)降,那麽,勵磁線(xiàn)圈兩(liǎng)端的電壓(yā)就等(děng)于勵磁電壓:


式中rmax爲勵(lì)磁(cí)線圈的直(zhí)流電(diàn)阻值的(de)最大值(zhí)。
　　勵磁電流在穩态階段的(de)波形(xíng)示意圖(tú)如圖3所(suǒ)示，其中(zhōng)，勵磁電(diàn)流穩态階段的(de)is波動(dòng)周(zhōu)期(qī)爲tf，波(bō)動(dòng)幅值爲ic，設允(yǔn)許勵(lì)磁電(diàn)流最(zuì)大波動幅(fú)值爲imax，則ic＜imax。近似認爲在(zài)穩态階(jiē)段(duàn)勵磁(cí)電流上升的斜(xié)率是(shì)固定(dìng)值，等(děng)于勵磁電流在(zài)穩态值處(chù)的斜(xié)率(圖(tú)3中a點處的(de)斜率)。由于(yú)在勵(lì)磁電(diàn)流穩(wěn)态階(jiē)段，在開關管的(de)一個(gè)開(kāi)關周期(qī)内，勵磁電(diàn)流的變化量爲0，因此(cǐ)，僅研究勵磁電(diàn)流在穩态階段的上升(shēng)過(guò)程。

　　所(suǒ)以，爲(wèi)了使基于(yú)pwm控制(zhì)的脈(mò)沖勵(lì)磁系(xì)統(tǒng)在設定(dìng)的開關頻(pín)率下(xià)正常(cháng)工作，且勵磁電(diàn)流值在穩态階段的波動(dòng)幅值小于(yú)imax，勵磁(cí)線圈(quān)的直(zhí)流電(diàn)阻值需要(yào)滿足式(7)和(hé)式(shì)(13)所決定的範圍。
　　考慮到(dào)勵磁線(xiàn)圈的直(zhí)流電阻值(zhí)受溫度影響較大和(hé)電磁(cí)流量計的(de)整機功耗(hào)，勵磁(cí)線圈的(de)直(zhí)流電(diàn)阻值一般直接(jiē)取下限值(zhí)。以dn40電磁流(liú)量計爲例(lì)，勵磁電壓(yā)爲80v，勵(lì)磁電流在(zài)穩(wěn)态(tài)階段的平(píng)均值爲240ma，開(kāi)關管(guǎn)的開(kāi)關頻率(lǜ)爲(wèi)20khz，勵磁線圈的電(diàn)感值(zhí)爲0.2h，勵(lì)磁電流在穩态(tài)階段(duàn)的波(bō)動幅值要(yào)小于5ma，勵磁線圈的直流電阻值(zhí)的取(qǔ)值範(fàn)圍(wéi)爲(wèi)167Ω至333Ω。通(tōng)過調整勵磁線圈的(de)線徑把直(zhí)流電(diàn)阻(zǔ)值設置成(chéng)167Ω，這(zhè)樣既可以(yǐ)最大限度(dù)地克服溫升帶(dài)來的(de)影響，又(yòu)可以使(shǐ)電磁流量計的(de)整機功耗(hào)最小(xiǎo)。
3pwm控制(zhì)的脈沖勵(lì)磁系統研(yán)制
3.1系(xì)統框圖
　　研制的(de)基于(yú)pwm控制的脈沖勵磁系統主(zhǔ)要由勵磁電(diàn)源(yuán)、能量回饋電路(lù)、勵磁線圈驅動(dòng)電路(lù)、檢流電路(lù)、邏輯電路、pwm控制(zhì)電路和勵磁時(shí)序産生電路組(zǔ)成，如(rú)圖4所(suǒ)示。其中，能(néng)量回(huí)饋電(diàn)路

　　在開關管關(guān)斷時回收勵磁(cí)線圈中(zhōng)的能量(liàng)，并在開(kāi)關管導通時把收集的(de)能量(liàng)回饋(kuì)給勵(lì)磁線圈，提高能(néng)量利用率(lǜ);勵磁(cí)線圈(quān)驅動電路(lù)改變勵(lì)磁線圈中電流的方向(xiàng)，實現方波勵磁，抑制電極極化(huà)，也維持勵磁電流穩(wěn)定，爲勵磁(cí)線圈(quān)提(tí)供續流(liú)回路;檢流電路(lù)獲取流(liú)過勵磁(cí)線圈(quān)的電流值;邏輯電路(lù)爲勵(lì)磁線圈驅動電(diàn)路提供控(kòng)制(zhì)信号;pwm控(kòng)制電(diàn)路維(wéi)持流過勵磁線圈的(de)電流(liú)值，在(zài)電流值上(shàng)升時(shí)，産生占空比爲(wèi)1的方波，加快勵(lì)磁電流(liú)的上升(shēng)，在電流值達到(dào)穩(wěn)态(tài)值時産生(shēng)頻率固(gù)定、占空比自可調的pwm波(bō)形，以在(zài)勵(lì)磁線圈中産生穩定(dìng)的(de)電流值;勵磁(cí)時序産(chǎn)生電(diàn)路用來設定(dìng)電磁(cí)流量(liàng)計的勵磁(cí)頻率。
3.2勵(lì)磁線圈(quān)驅動電路
　　勵磁(cí)線圈驅動(dòng)電路(lù)主要由h橋開關(guān)電路和(hé)h橋(qiáo)驅動電路組(zǔ)成，如圖(tú)5所示(shì)。h橋(qiáo)開關電(diàn)路由4個nmos管(guǎn)組成，受h橋(qiáo)驅動電路控制(zhì)，其(qí)中，q3和q4爲(wèi)控制勵磁(cí)電流(liú)穩定(dìng)的(de)開關管(guǎn)，實現脈沖勵磁，q1和q2用(yòng)來改(gǎi)變勵(lì)磁電流方向的開關(guān)管;h橋驅動(dòng)電路主(zhǔ)要(yào)由電(diàn)平轉換電路和光耦(ǒu)組成(chéng)，其中，p1和p2是光耦，t1和t2是(shì)電平轉換電路(lù)。ct_1，ct_2，ct_3和ct_4分别是q1，q2，q3和q4的(de)控制(zhì)信(xìn)号;vfb是由(yóu)單刀(dāo)雙擲開關(guān)s1輸出(chū)的(de)檢(jiǎn)流電(diàn)阻上(shàng)的(de)電(diàn)壓信(xìn)号。在h橋開關電(diàn)路的低(dī)端和(hé)地之間(jiān)接入(rù)兩個(gè)檢流電(diàn)阻，這2個(gè)檢流電(diàn)阻(zǔ)通過(guò)開關進行選擇(zé)，以保證(zhèng)在勵磁(cí)電流(liú)方向切換(huàn)時，單刀(dāo)雙擲開關輸(shū)出的勵磁(cí)電流值總(zǒng)爲正(zhèng)，實現對勵(lì)磁電(diàn)流的準确控制。

3.3pwm控制(zhì)電路
　　pwm控制(zhì)電路(lù)主要由誤(wù)差放(fàng)大器和pwm電(diàn)路組成(chéng)，如圖6所示。誤(wù)差放大器(qì)對基(jī)準值和電(diàn)流值(zhí)進行比較(jiào)并放(fàng)大誤差。pwm電路根據(jù)放大(dà)後(hòu)的誤差信号産生控制開關管(guǎn)所需(xū)要的信号(hào)。pwm控制電路實時(shí)檢測(cè)勵磁(cí)電(diàn)流值，并根據勵磁(cí)電流的大小輸出頻(pín)率固定、占(zhàn)空(kōng)比自可調的(de)pwm波形(xíng)，以在勵(lì)磁(cí)線圈中産(chǎn)生波動較(jiào)小、穩定的(de)電流值。

4性能測試和(hé)檢定實驗(yàn)
　　爲了考核(hé)基于(yú)pwm控制的脈(mò)沖勵(lì)磁系統(tǒng)的性能(néng)，将其(qí)與(yǔ)國内某(mǒu)公司生産(chǎn)的口(kǒu)徑爲40mm的電(diàn)磁流量計一次(cì)儀表相配合(hé)，測試其(qí)能夠(gòu)實現的最高勵磁頻率、勵(lì)磁電(diàn)流在穩态(tài)段的(de)波(bō)動(dòng)情況(kuàng)和流量信(xìn)号的(de)穩定(dìng)性，對比不同(tóng)勵磁系(xì)統的(de)功耗(hào)，進行水流(liú)量檢定實驗。
4.1勵磁頻率(lǜ)測試
　　在(zài)80v勵磁電壓下，做(zuò)160hz勵磁(cí)頻率的實(shí)驗測試。當(dāng)勵磁電流爲(wèi)240ma時(shí)，約經(jīng)0.8ms就進(jìn)入了穩态(tài)。而采(cǎi)用基于高(gāo)低壓電源切換(huàn)的勵(lì)磁方式，當高壓(yā)爲(wèi)80v、維(wéi)持電(diàn)流穩定的低壓(yā)爲17v、勵磁電流爲(wèi)180ma時，由于(yú)電(diàn)源的(de)切換導緻勵(lì)磁(cí)系統(tǒng)需(xū)要從一(yī)個工(gōng)作狀态轉(zhuǎn)移到另一個工(gōng)作狀态，這個轉(zhuǎn)移過程(chéng)所需要(yào)的時間要大于(yú)勵磁電流的上(shàng)升時間，因(yīn)此，勵(lì)磁電流無法進(jìn)入穩态。
4.2勵(lì)磁電(diàn)流和pwm控制(zhì)電路(lù)輸出電(diàn)壓(yā)測試
　　分别(bié)用示波器的普通探頭和(hé)電流探(tàn)頭測(cè)試(shì)pwm控制電路輸出的信号(hào)和流過(guò)勵磁線圈(quān)的電(diàn)流(liú)值。測試結果(guǒ)表明:在勵(lì)磁電流上升(shēng)時，pwm控制(zhì)電路輸出(chū)占空比爲1的信号;在(zài)勵磁電流(liú)進入(rù)穩态時，發出頻(pín)率固定(dìng)的(de)脈沖(chòng)控制信号。在勵磁電(diàn)流穩(wěn)态段，開關管的頻率(lǜ)約爲20khz。勵磁電流經過截止頻率(lǜ)爲2khz的四階(jiē)巴特沃斯濾波後，在(zài)穩态段的(de)最大(dà)波動值僅約爲(wèi)3.7ma，比較穩定。
4.3基于pwm控制的脈沖勵磁系統功(gōng)耗測試(shì)
　　由于勵(lì)磁電(diàn)源輸入的功(gōng)率(lǜ)主要(yào)由基于pwm控制的脈沖勵磁系統和勵磁線(xiàn)圈承擔，所(suǒ)以，隻(zhī)要測(cè)出勵磁電源的輸入功率和勵(lì)磁(cí)線圈的(de)功率(lǜ)，就可以得(dé)到基于pwm控制的(de)脈沖(chòng)勵磁系統(tǒng)的功(gōng)率。根(gēn)據勵(lì)磁電源(yuán)的(de)輸入(rù)電壓和輸(shū)入電流可(kě)以計算出(chū)輸入功率，根據(jù)勵磁電流(liú)和勵磁線圈的等效(xiào)直流(liú)電阻(zǔ)可以(yǐ)計(jì)算出(chū)勵磁線(xiàn)圈的(de)功率(lǜ)。基于(yú)高低(dī)壓電(diàn)源切(qiē)換勵磁(cí)系(xì)統的功率(lǜ)計算(suàn)方法(fǎ)相同。
勵磁(cí)頻率(lǜ)設爲12.5hz、所(suǒ)配dn40一次(cì)儀表的(de)勵磁線(xiàn)圈直流(liú)電阻爲(wèi)56Ω時，比(bǐ)較基(jī)于高(gāo)低壓電源切換(huàn)的勵磁系統與(yǔ)基于(yú)pwm控制的脈(mò)沖勵磁系(xì)統的(de)功耗(hào)。基于高低壓(yā)電(diàn)源切(qiē)換勵(lì)磁系統所用的(de)勵磁(cí)電源的高(gāo)壓爲80v，相(xiàng)應(yīng)的輸(shū)入電(diàn)流爲12ma;低壓(yā)爲24v，相應(yīng)的輸入(rù)電流爲176.8ma。根據(jù)一(yī)個勵(lì)磁(cí)周(zhōu)期内(nèi)高壓和低壓各(gè)自工(gōng)作的時間(jiān)，計算出勵磁電源輸(shū)入功率約(yuē)爲5.20w。流過勵磁線(xiàn)圈的勵磁電流(liú)爲178ma，根據勵(lì)磁線(xiàn)圈的直流(liú)電阻(zǔ)，計算出(chū)勵(lì)磁線(xiàn)圈消耗的功率(lǜ)約爲1.77w。因(yīn)此，得出(chū)勵磁(cí)系統承擔(dān)的功(gōng)率約爲3.43w。基(jī)于pwm控制的脈沖(chòng)勵磁(cí)系(xì)統(tǒng)的勵磁電壓(yā)爲76v，輸入(rù)電流(liú)爲(wèi)66.7ma，勵(lì)磁電流爲(wèi)240ma，所以，勵磁(cí)電源輸入(rù)功率(lǜ)約爲5.07w，勵磁(cí)線圈(quān)消耗的(de)功率約爲3.23w，消(xiāo)耗(hào)在該勵(lì)磁系統上的功率約(yuē)爲1.84w。
　　可見(jiàn)，基于pwm控制的(de)脈沖勵磁系(xì)統的勵(lì)磁電(diàn)流比基于(yú)高低壓(yā)電源切(qiē)換勵磁(cí)系統的(de)大了(le)34.83%，而前者承(chéng)擔的功(gōng)率僅爲後者(zhě)的53.64%。這說明(míng)基(jī)于pwm控制的脈(mò)沖勵磁系統消耗的功(gōng)率(lǜ)主要(yào)集中在(zài)一(yī)次儀(yí)表的勵磁(cí)線圈(quān)，所以，可有效地(dì)解決勵磁(cí)系統的發熱問(wèn)題。
4.4水(shuǐ)流量(liàng)檢(jiǎn)定實驗(yàn)
　　基于(yú)pwm控制的脈(mò)沖(chòng)勵磁系(xì)統可以實(shí)現(xiàn)更高(gāo)的勵磁頻(pín)率，有效(xiào)地抑制(zhì)漿液噪聲，但是，能否保(bǎo)證水(shuǐ)流量測量(liàng)的精度和穩定性，需要(yào)實驗驗(yàn)證。爲此(cǐ)，利用精(jīng)度等(děng)級爲0.2的水流(liú)量(liàng)檢(jiǎn)定(dìng)裝置(zhì)，采用容積法，對(duì)研制(zhì)的基于pwm控(kòng)制的脈(mò)沖勵磁系統(tǒng)進行水流(liú)量檢(jiǎn)定實驗。水(shuǐ)流量檢(jiǎn)定的(de)最(zuì)小流速爲0.49m/s，最大(dà)流速(sù)爲(wèi)7.13m/s，共(gòng)檢定(dìng)了12個(gè)流量(liàng)點，每(měi)點重複檢定3次。實驗結果表(biǎo)明(míng):最大(dà)測量(liàng)誤差小于0.34%，重(zhòng)複性誤差小(xiǎo)于0.04%，精度優于0.5級(jí)。
5結論
(1)設計(jì)了基于pwm控(kòng)制(zhì)的脈沖(chòng)勵磁系統(tǒng)方案，分析了工(gōng)作原理，計算了勵磁頻率、勵磁(cí)電流穩(wěn)态階段(duàn)的調制頻率、勵(lì)磁功(gōng)耗和阻抗(kàng)。
(2)研制(zhì)基(jī)于pwm控制的脈沖勵磁系(xì)統，實現了更高的勵(lì)磁(cí)頻(pín)率。當勵磁供(gòng)電電源(yuán)升高(gāo)至80v時，勵磁(cí)電流進入穩态(tài)的時間(jiān)僅爲0.8ms，可(kě)以實現160hz的(de)勵磁頻率(lǜ)。勵(lì)磁系統(tǒng)能産生比較穩(wěn)定(dìng)的勵磁電流(liú)值，在(zài)勵磁(cí)電(diàn)流(liú)穩定時，勵磁電流的波(bō)動小于5ma。
(3)基于pwm控制(zhì)的脈(mò)沖勵(lì)磁(cí)系(xì)統的(de)勵磁(cí)電流(liú)更(gèng)大(dà)，而消耗的功率(lǜ)僅爲(wèi)基于高低(dī)壓電(diàn)源(yuán)切(qiē)換的53.64%，有效地解決了(le)勵磁系統的發熱問(wèn)題。
(4)水流量(liàng)檢定結果(guǒ)表明(míng)，基于(yú)pwm控制的脈(mò)沖勵磁系統的電磁(cí)流量(liàng)計的(de)測量精度優于(yú)0.5級，這說(shuō)明研制的勵(lì)磁系(xì)統能爲電(diàn)磁流(liú)量計(jì)的精度高(gāo)測量提供保證(zhèng)。

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