摘要:爲了(le)提高勵磁(ci)頻率和減(jiǎn)少發熱，使(shǐ)電磁流量(liàng)計 能夠更(gèng)好地用于(yú)漿液流量(liàng)測量和灌(guàn)裝流量測(ce)量，并❗長🔱期(qi)穩定、可靠(kao)地工作，研(yán)究了基于(yú)PWM控制的脈(mo)沖勵磁方(fang)案💚，分析其(qí)工作原理(li)，計算各種(zhong)參數，研制(zhì)實際系統(tong)，進行測試(shì)和實驗。結(jié)果表明，該(gāi)系統能實(shí)現✌️更高的(de)勵磁頻率(lǜ)，産生穩定(dìng)的⭐勵磁電(diàn)流，極大地(dì)減小了勵(lì)磁系🛀統的(de)功耗，能去(qu)除微分幹(gàn)擾對流量(liang)信号測量(liàng)的影‼️響，水(shuǐ)流量檢定(dìng)精度優于(yú)0.5級。
引言
　　電(dian)磁流量計(ji)是基于電(dian)磁感應原(yuan)理工作的(de)儀表,其中(zhōng)的勵磁系(xi)統爲一次(cì)儀表中的(de)勵磁線圈(quan)提供所需(xu)的勵磁電(diàn)流💰,以形成(cheng)磁場"。勵磁(ci)系統是該(gāi)類流量計(ji)的重要組(zu)成部分，也(ye)是功耗最(zui)大的部分(fèn)口。當測量(liang)通常的📧導(dao)電液體🙇🏻時(shi),電磁流量(liàng)計往往采(cai)用低頻方(fang)波勵磁的(de)方式産生(shēng)磁場,例如(rú),采用2.5Hz或者(zhe)5Hz的勵磁頻(pin)率,以便輸(shū)出信号有(you)足夠長🍓、穩(wěn)定的時間(jian)段4.,保證較(jiao)高的測量(liàng)精度;當測(cè)量漿液流(liu)量或者進(jìn)行灌裝🐆測(cè)量時,必須(xu)采用高頻(pín)勵磁,例如(ru),12.5Hz和25Hz或者❗更(geng)高頻率，以(yi)克服具有(yǒu)11f特性的漿(jiāng)液噪聲影(yǐng)響和加快(kuai)儀表的響(xiang)應速度。爲(wèi)此,人們研(yan)究了2種高(gāo)頻勵磁系(xi)統:一種是(shì)基于線性(xing)⚽電源工作(zuo)原理的,即(ji)高低壓電(dian)源切換的(de)勵磁系統(tǒng)[5~]);另外一種(zhong)是基于😄開(kai)關電源工(gōng)作原理💔的(de)，即脈沖📧勵(lì)磁系統l8-10]。前(qian)一種勵磁(ci)☎️系統的特(te)點是在勵(li)磁電流穩(wen)态👌階段勵(li)磁電流值(zhi)不變,這樣(yàng)磁場就🆚非(fēi)常穩定,保(bǎo)證了測量(liàng)精度",但是(shì),恒流控制(zhi)電路的功(gōng)耗較大,容(róng)易導緻勵(lì)磁系統發(fā)熱，影響使(shi)用壽命。後(hou)一種勵磁(cí)系統根據(ju)開💯關管💰的(de)開關頻率(lü)是否受勵(li)磁線圈電(diàn)抗的影響(xiang)，分爲基于(yú)電流幅值(zhí)控🐉制的勵(lì)磁系統🏃‍♂️和(hé)基于電流(liu)誤差控制(zhi)的勵磁系(xì)統(又稱基(ji)于PWM控制的(de)脈沖勵👄磁(ci)系統)。基于(yu)電流幅值(zhí)控制的🎯勵(li)磁系統采(cai)用遲滞比(bi)較器來🍉控(kong)制勵磁電(diàn)流18.9]。該勵磁(ci)系統依靠(kao)遲滞比較(jiào)器的上下(xià)門限将🏒勵(li)磁電流🔴維(wéi)持📱在一個(gè)小範圍内(nèi)波動,既保(bao)持勵磁電(dian)流在穩💰态(tài)過程相對(duì)穩定,又使(shǐ)能量主要(yào)消耗在勵(lì)磁線圈上(shàng),避免電🏃🏻‍♂️路(lu)發熱。但是(shì),這種勵磁(ci)系統沒有(yǒu)考慮:當勵(lì)磁線圈的(de)🐇電抗不同(tóng)㊙️時,勵磁電(diàn)流上升的(de)曲線是不(bú)同的,這樣(yang)勵磁電流(liu)上☎️升至上(shàng)門限值或(huò)者下降至(zhi)下門限值(zhí)的時間.就(jiu)不同,即📐當(dang)勵磁線🌂圈(quan)不同時💚,勵(lì)磁電流波(bo)動的頻率(lǜ)就不同;勵(lì)磁電流的(de)波動會🚶‍♀️引(yǐn)入遠大于(yú)流量信号(hao)的微分幹(gan)擾,影響流(liu)量的測💋量(liàng),而波動的(de)頻率因勵(lì)磁✉️線圈不(bú)同而存在(zài)差☁️異,需要(yao)逐台對電(diàn)磁流量‼️計(ji)進行處理(lǐ),才能有效(xiào)地抑制勵(li)磁電流波(bō)動的影響(xiang),這在實際(jì)生産中很(hen)難實現。基(jī)于PWM(pulsewidthmodulation)控制的(de)勵磁系統(tǒng)的開關頻(pín)率是固定(ding)的9.10。勵磁電(diàn)流在穩态(tài)階段以固(gu)定的頻率(lǜ)💛波㊙️動,不會(hui)随勵磁線(xian)圈的不同(tóng)而變化,使(shi)我們可以(yǐ)采用相✌️應(yīng)的處理🛀🏻方(fāng)法來消除(chú)勵磁電流(liú)波動的影(ying)響。.但是🍉,文(wén)獻[9,10]沒有披(pi)露關鍵的(de)技術細節(jie),也沒有給(gei)出深人的(de)🔴分析和✌️具(ju)體🙇🏻的計算(suan)。
　　基于PWM控制(zhì)的脈沖勵(lì)磁系統的(de)工作原理(lǐ)和穩流控(kòng)制方案,定(dìng)🎯量計算其(qí)勵.磁頻率(lǜ)、開關管的(de)開關頻率(lǜ)、勵磁❤️系統(tong)功耗和勵(lì)磁線圈阻(zu)抗,并給出(chu)具體的設(shè)計參數;研(yan)制了基于(yú)PWM控制的脈(mò)沖勵磁系(xì)統的電磁(cí)🤟流量計,進(jìn)行了實驗(yàn)驗證。
2基于(yu)PWM控制的脈(mò)沖勵磁系(xì)統
2.1工作原(yuan)理
　　針對勵(li)磁線圈是(shì)感性負載(zai)、流過其電(dian)流不能突(tū)變的特點(dian),PWM控制🤩電路(lu)控制開關(guān)管将勵磁(ci)電源間斷(duàn)地施加在(zài)勵磁線圈(quān)上,實現勵(li)磁電流的(de)變化和穩(wěn)定㊙️,其工作(zuò)原理如圖(tu)1所示。

　　取樣(yang)電阻與勵(li)磁線圈串(chuan)聯,其上的(de)壓降反映(yìng)流過勵磁(ci)線圈的🔞電(diàn)流值。PWM控制(zhì)電路根據(ju)勵磁電流(liu)值輸出控(kòng)制信号,由(you)驅動電路(lù)完成電平(ping)轉換後導(dao)通和關斷(duan)開關管,以(yi)控制勵磁(cí)電流。在勵(li)磁🏃🏻‍♂️電流上(shàng)升時,始終(zhōng)導通開關(guan)管,将勵磁(ci)電壓一直(zhí)加在勵磁(ci)線圈✨.上,以(yi)加速勵磁(ci)電流的上(shàng)升;在勵磁(ci)電流達到(dao)穩态值時(shí),控制開關(guan)♌管頻繁通(tong)斷,将勵磁(cí)電源電壓(ya)🏒以固定的(de)頻率加在(zai)勵磁線圈(quan)👣上,維持勵(lì)磁電流的(de)基本穩定(ding)，即以固定(ding)的頻💃率進(jin)行很小幅(fú)度的波動(dòng)。在勵磁電(dian)流.上升到(dao)穩态階段(duan)的過程中(zhōng),加在勵磁(ci)💋線圈⭐。上的(de)電壓E和勵(li)磁電流i随(suí)時間t變化(hua)的波🙇‍♀️形如(rú)圖2所示,其(qi)中,實線爲(wèi)加在勵磁(cí)線圈上的(de)電壓變化(hua)情況,虛線(xiàn)😄爲勵磁電(dian)流變化情(qing)㊙️況,Enx表🥰示最(zuì)大勵磁電(diàn)壓,1表示勵(li)磁電流的(de)穩态平均(jun)值。

　　該勵磁(ci)方式的特(tè)點是:在勵(lì)磁電流穩(wen)态階段,開(kai)關管不停(tíng)地通斷,使(shǐ)勵磁電流(liu)做小幅度(dù)的穩定波(bō)動，将勵磁(cí)電壓盡🧑🏾‍🤝‍🧑🏼可(ke)能降在勵(lì)磁線圈上(shàng),避免勵磁(cí)系統發熱(re),同時,勵👉磁(cí)電流固定(ding)的波動頻(pin)率便于消(xiāo)除📞其引人(ren)的💃🏻幹擾。
2.2勵(lì)磁頻率
　　基(ji)于PWM控制的(de)脈沖勵磁(cí)系統可以(yǐ)實現更高(gāo)的勵磁頻(pín)率,以滿足(zú)漿液流量(liàng)測量和灌(guan)裝流量測(ce)量。在勵磁(cí)的開始階(jie)段🈚,勵磁電(dian)流☁️在勵磁(ci)電源的作(zuo)用下快速(sù)上升💃🏻至穩(wěn)态階段。勵(li)磁電流♍i與(yǔ)勵磁線圈(quān)上所加電(dian)壓E之間的(de)關系爲:

　　可(ke)見，勵磁電(diàn)流值變化(hua)量相同,其(qi)所需的時(shi)間與勵磁(cí)線圈兩端(duān)施加的電(dian)壓成反比(bǐ)。所以，基于(yú)PWM控制的脈(mo)沖勵磁系(xì)統💋可通過(guò)提📞供更高(gao)的勵磁電(dian)壓來減小(xiǎo)勵磁電流(liu)上😍升到穩(wěn)🌍态值的時(shí)間,實現更(geng)高的勵磁(ci)頻率。勵磁(ci)電流的穩(wěn)态平均值(zhí)1。在穩态階(jie)段的時✌️間(jian)需至少保(bao)⭐持t,以保證(zhèng)電磁流量(liang)計的測量(liang)。勵磁電🏒流(liu)上升的時(shí)間爲:

　　式中(zhong)tg爲勵磁時(shi)序的死區(qu)時間。以DN40 電(dian)磁流量計(jì) 爲例,基于(yú)PWM控制的脈(mò)沖勵磁系(xi)統中勵磁(ci)電壓爲80V,勵(lì)磁電流🚶爲(wèi)240mA,勵磁線圈(quan)電感值爲(wèi)200mH、電阻值爲(wei)56Q,則勵磁電(dian)流上升時(shí)👨‍❤️‍👨間t。爲650μs。若電(dian)磁流量計(jì)實現準确(què)測量需要(yao)👉勵磁電流(liu)保持2ms的穩(wen)态時間,其(qí)勵磁時序(xu)的死區時(shi)間爲150μs,則該(gai)✉️勵磁系統(tong)能實現的(de)🌈最高勵磁(ci)頻率可以(yǐ)達到約178Hz。如(ru)果進一步(bù)提高🔞勵磁(cí)電源的電(diàn)壓，.則可以(yi)😍實現更高(gāo)的勵磁頻(pin)率,而普通(tōng)⭐勵磁系統(tǒng)的勵磁頻(pín)率僅爲5Hz和(he)6.25Hz。
2.3開關管的(de)開關頻率(lü)
　　基于PWM控制(zhi)的脈沖勵(li)磁系統會(huì)在電磁流(liu)量計測量(liang)時✔️引人🔱微(wei)分幹擾,而(ér)微分幹擾(rǎo)是由勵磁(ci)電流波動(dòng)而造成的(de)周期信号(hao),其頻率與(yu)開關管的(de)開關頻率(lǜ)相等,便于(yu)采用相應(yīng)的👈方法來(lái)抑制甚至(zhi)消除;電磁(cí)流量計輸(shū)出的流量(liàng)👉信号也是(shi)周期信号(hao),其頻率與(yǔ)勵磁頻率(lü)相等。因此(cǐ),可以把開(kai)關管的開(kāi)關頻率控(kòng)㊙️制在遠遠(yuan)高于流量(liang)信号頻率(lü)的頻段,并(bìng)采用硬件(jian)低通濾波(bō)器對微分(fen)幹擾😄進行(hang)衰減。
電磁(cí)流量計輸(shu)出流量信(xin)号頻段主(zhu)要在200Hz.以下(xia)。爲此:設置(zhi)♊硬件低通(tōng)濾波器的(de)截止頻率(lǜ)爲流量信(xìn)号頻🛀率的(de)🌈5~10倍,即大約(yue)爲幾千Hz;設(shè)㊙️置開關管(guan)的開關頻(pin)率爲硬件(jian)低通濾波(bō)器截止頻(pín)率的10倍左(zuǒ)右，即大約(yuē)爲幾十kHz。這(zhe)樣硬件低(dī)通濾波器(qi)不僅可以(yi)消除輸出(chu)信号中噪(zao)聲的幹擾(rǎo)，還可以極(ji)大地抑制(zhi)電流波動(dong)所帶㊙️來的(de)微分幹擾(rao)。
2.4勵磁功耗(hao)分析.
　　在基(ji)于PWM控制的(de)脈沖勵磁(ci)系統中,開(kāi)關管位于(yu)勵磁電源(yuán)和勵磁線(xian)圈之間，以(yǐ)維持勵磁(cí)電流的穩(wěn)定,爲勵磁(ci)🏒系統中功(gong)耗最大的(de)電路單元(yuán)。開關管的(de)損耗主要(yào)表現爲導(dao)通損耗和(hé)開關損耗(hào)。導通損耗(hào)是開🧑🏾‍🤝‍🧑🏼關管(guǎn)在導🙇🏻通狀(zhuàng)态下🧡,開關(guan)管的導通(tong)電阻🐕的功(gong)率。由👄于勵(li)磁電流爲(wèi)數百mA,開關(guān)👨‍❤️‍👨管的導通(tong)電🌐阻爲數(shu)十mI,所以，開(kāi)關管的導(dao)通損耗非(fei)常小。開關(guān)損耗爲開(kāi)關管從導(dao)通(關斷)轉(zhuan)換爲關斷(duàn)(導通)時的(de)所有損耗(hào)。開關頻率(lǜ)越高,開關(guān)損耗就越(yue)大,所以,開(kāi)關管🐪的開(kai)關損耗反(fǎn)映了勵磁(cí)系統的功(gōng)耗。當開關(guan)管接勵磁(cí)線圈時,開(kāi)關損耗爲(wei)[12]:

　　式中:Idmax爲流(liú)過開關管(guan)的最大電(diàn)流;tc爲開關(guān)管由關斷(duàn)(導🔞通⭕)到導(dǎo)🤞通(關斷)的(de)轉換時間(jiān);f.sw爲開關管(guan)的開關頻(pin)率。
以DN40電磁(cí)流量計爲(wèi)例,基于PWM控(kòng)制的脈沖(chong)勵磁系統(tǒng)的勵磁電(diàn)壓爲80V，勵磁(cí)電流爲240mA,開(kai)關管的開(kai)關頻率爲(wèi)20kHz,開關管開(kāi)關☂️的轉換(huàn)時間爲100ns,則(zé)開關管的(de)開關損耗(hao)約爲38.4mW。
2.5勵磁(ci)線圈阻抗(kàng)
　　合理地設(she)計勵磁線(xian)圈的直流(liú)電阻值和(hé)電感值，有(yǒu)助于減小(xiao)勵磁電流(liú)的波動幅(fu)值,使基于(yú)PWM控制的脈(mò)沖勵磁系(xi)統工作在(zai)🛀🏻最佳🍓狀态(tai)。
　　由式(1)和式(shi)(2)可知,當勵(lì)磁電壓固(gu)定時,勵磁(ci)電流的變(biàn)化過程🙇‍♀️取(qu)決于勵磁(cí)線圈的電(dian)感值和直(zhi)流電阻值(zhi)。電感值由(yóu)勵磁線圈(quan)的匝💁數決(jué)定。當勵磁(cí)線圈通人(rén)一--定的電(dian)流時,測量(liang)管🤩内的磁(cí)場與勵磁(ci)線圈.的匝(zā)數成正比(bǐ)。爲了保證(zheng)電磁流量(liàng)計正常測(cè)量所需要(yao)的磁場強(qiang)度,勵磁線(xiàn)圈的匝數(shu)一般不宜(yí)變化,此時(shí),可以通過(guò)改變勵磁(cí)線圈的線(xiàn)徑來調整(zheng)直流電阻(zu)。
忽略開關(guān)管上的壓(yā)降,那麽,勵(lì)磁線圈兩(liǎng)端的電壓(yā)🌍就等📞于勵(lì)磁電壓:


式(shì)中Rmax爲勵磁(cí)線圈的直(zhí)流電阻值(zhi)的最大值(zhi)。
　　勵磁電流(liú)在穩态階(jiē)段的波形(xing)示意圖如(rú)圖3所示，其(qí)中，勵磁電(diàn)流穩态階(jiē)段的Is波動(dòng)周期爲Tf，波(bo)動幅值爲(wèi)Ic，設允許勵(li)磁電流最(zuì)大波💛動幅(fú)值爲Imax，則Ic＜Imax。近(jìn)似認爲在(zài)穩态階段(duan)勵磁電流(liú)上升的斜(xié)率是固定(dìng)值，等于勵(li)磁電流在(zai)穩态值處(chu)的斜率(圖(tú)3中a點處的(de)⛷️斜率)。由于(yú)在勵磁電(dian)流穩态階(jie)段，在開關(guān)管的一👣個(gè)開關周期(qi)🐪内，勵磁電(diàn)流的變化(huà)量爲0，因此(ci)⁉️，僅研究勵(lì)磁電流在(zai)穩态階段(duàn)的上升🐕過(guo)程。

　　所以，爲(wei)了使基于(yú)PWM控制的脈(mo)沖勵磁系(xì)統在設定(dìng)的💋開💁關🐅頻(pin)率下正常(cháng)工作，且勵(li)磁電流值(zhí)在穩态階(jie)段的波動(dong)幅值小于(yú)Imax，勵磁線圈(quan)的直流電(diàn)阻值需要(yào)滿足式(7)和(he)式(13)所決定(dìng)的範圍。
　　考(kǎo)慮到勵磁(ci)線圈的直(zhi)流電阻值(zhi)受溫度影(ying)響較大和(hé)電磁流量(liang)計的整機(jī)功耗，勵磁(cí)線圈的直(zhi)流電阻值(zhi)一般直接(jie)取下限值(zhi)。以👌DN40電磁流(liú)量計爲例(li)，勵磁電壓(ya)爲80V，勵磁電(dian)流💃🏻在穩态(tài)🏃🏻‍♂️階段的平(ping)均值爲240mA，開(kāi)關管的🙇‍♀️開(kai)關頻率🚶爲(wei)20kHz，勵磁線圈(quān)的電感🔴值(zhí)爲0.2H，勵磁電(diàn)流在穩🚶‍♀️态(tài)階段的波(bō)動幅值要(yao)小于5mA，勵磁(ci)線圈的直(zhi)流電阻值(zhi)的取值範(fàn)圍爲167Ω至333Ω。通(tōng)過調整勵(li)磁線圈的(de)線徑把直(zhí)流電阻值(zhi)設置成167Ω，這(zhè)樣既可以(yǐ)最大限度(dù)地克服溫(wēn)升帶來的(de)影響，又可(kě)以使電磁(cí)流量🚶計的(de)整機功耗(hào)最小。
3PWM控制(zhì)的脈沖勵(li)磁系統研(yán)制
3.1系統框(kuàng)圖
　　研制的(de)基于PWM控制(zhì)的脈沖勵(li)磁系統主(zhǔ)要由勵磁(ci)電源、能量(liàng)回饋電路(lu)、勵磁線圈(quan)驅動電路(lù)、檢流電路(lù)、邏輯電路(lu)、PWM控制電路(lu)和勵磁時(shí)序産生電(dian)路組成，如(ru)圖4所示。其(qí)中，能量回(hui)饋電路

　　在(zai)開關管關(guan)斷時回收(shōu)勵磁線圈(quān)中的能量(liang)，并在開💜關(guān)㊙️管導通時(shi)把收集的(de)能量回饋(kui)給勵磁線(xiàn)圈，提高👨‍❤️‍👨能(neng)量利用率(lü);勵磁線💁圈(quān)驅☎️動電路(lu)改變勵磁(ci)線圈中電(diàn)流的方向(xiàng)，實現方波(bo)勵磁，抑💃制(zhì)電極極化(huà)，也維持勵(lì)磁電流穩(wěn)定，爲勵🤞磁(ci)線圈提🔴供(gòng)續流回路(lu);檢流電路(lù)獲取流過(guo)🈲勵磁線圈(quan)的👌電流值(zhí);邏輯電路(lù)爲勵磁線(xiàn)圈驅動電(dian)路提供控(kong)制信号;PWM控(kong)制電路維(wei)持流過🛀🏻勵(lì)磁線圈的(de)電流值，在(zai)電流值上(shang)升時，産生(sheng)占空比爲(wèi)1的方波，加(jiā)快勵磁☁️電(diàn)流的上升(shēng)，在電♌流♻️值(zhí)達到穩态(tai)值時産生(sheng)頻率固定(ding)、占空比自(zi)可調的PWM波(bo)形，以在✔️勵(lì)磁線圈中(zhong)産生穩定(dìng)的電流值(zhí);勵磁時序(xu)産生電⚽路(lù)用來設定(dìng)電磁流量(liang)計的勵磁(ci)頻率。
3.2勵磁(cí)線圈驅動(dòng)電路
　　勵磁(ci)線圈驅動(dòng)電路主要(yào)由H橋開關(guan)電路和H橋(qiao)驅動電🐆路(lù)❓組成，如圖(tu)5所示。H橋開(kāi)關電路由(you)4個NMOS管組成(cheng)，受H橋驅動(dòng)電路控制(zhi)，其中，Q3和Q4爲(wèi)❄️控制勵磁(ci)電流穩定(ding)的開關管(guǎn)，實現脈沖(chong)🐉勵磁，Q1和Q2用(yòng)來改🏃‍♂️變勵(lì)磁⭐電流方(fang)向的開關(guān)管;H橋驅動(dong)電路主要(yào)由電平轉(zhuan)換電路和(hé)光耦組成(cheng)，其中，P1和P2是(shi)光耦，T1和T2是(shi)電平轉換(huan)電路。CT_1，CT_2，CT_3和CT_4分(fen)别是Q1，Q2，Q3和Q4的(de)控制信号(hao);VFB是由單刀(dao)雙擲開關(guān)S1輸出的檢(jian)流電阻上(shàng)的電壓信(xin)号。在H橋開(kāi)關電路的(de)低端和地(di)之間接入(ru)兩個檢流(liu)電阻📱，這2個(ge)檢流電阻(zǔ)通過開關(guan)進行選擇(zé)，以保🈲證在(zai)勵磁電流(liú)方向切換(huàn)時，單刀雙(shuāng)擲開關輸(shu)出的勵磁(ci)電🌈流值總(zǒng)爲正，實現(xian)對勵磁電(dian)流的準确(què)控制。

3.3PWM控制(zhi)電路
　　PWM控制(zhì)電路主要(yao)由誤差放(fàng)大器和PWM電(dian)路組成，如(rú)圖6所🔆示。誤(wu)差🈲放大❤️器(qi)對基準值(zhí)和電流值(zhí)進行比較(jiao)并放大誤(wù)差。PWM電路根(gen)據放🈚大後(hou)的誤差信(xìn)号産生控(kòng)制開關管(guan)所需要的(de)信号。PWM控🍓制(zhi)電路♻️實時(shí)檢測勵磁(ci)電流值，并(bing)根據勵磁(ci)電流的大(da)小輸出頻(pin)率固定、占(zhan)空比❤️自可(kě)調的PWM波形(xíng)，以在勵磁(ci)線圈中産(chǎn)生❄️波動較(jiao)小、穩定的(de)電流值。

4性(xìng)能測試和(hé)檢定實驗(yan)
　　爲了考核(he)基于PWM控制(zhi)的脈沖勵(lì)磁系統的(de)性能，将其(qi)與國内某(mǒu)公司生産(chǎn)的口徑爲(wèi)40mm的電磁流(liú)量計一次(ci)儀表相配(pei)👄合，測試其(qi)能夠實現(xian)的最高勵(li)磁頻率、勵(lì)🐆磁電流在(zai)穩态段的(de)波動情況(kuàng)和流量信(xìn)号的穩定(dìng)性，對比不(bú)👨‍❤️‍👨同勵磁系(xì)統的功耗(hào)，進行水流(liu)♊量檢定實(shi)驗。
4.1勵磁頻(pin)率測試
　　在(zai)80V勵磁電壓(yā)下，做160Hz勵磁(cí)頻率的實(shi)驗測試。當(dang)勵磁電流(liú)爲240mA時，約經(jīng)0.8ms就進入了(le)穩态。而采(cai)用基于高(gao)低壓電源(yuán)切換的勵(lì)磁🔴方式，當(dang)高壓爲80V、維(wéi)持電流穩(wen)定的低壓(yā)爲17V、勵磁電(dian)流爲180mA時，由(you)于電源💰的(de)切換☔導緻(zhì)勵磁系統(tong)需要從一(yī)個工作狀(zhuàng)态轉移到(dao)另一個工(gong)作狀态，這(zhe)個轉移過(guò)程所需要(yao)的時間要(yao)大于勵磁(ci)電流的上(shang)升時間，因(yīn)此🐪，勵磁電(dian)流無法💯進(jìn)入穩态。
4.2勵(li)磁電流和(he)PWM控制電路(lu)輸出電壓(ya)測試
　　分别(bié)用示波器(qì)的普通探(tàn)頭和電流(liu)探頭測試(shi)PWM控制電路(lu)輸出的信(xin)号和流過(guò)勵磁線圈(quan)的電流值(zhí)。測試結果(guo)表明:在勵(li)磁電流上(shàng)升時，PWM控制(zhi)電路輸出(chū)占空比爲(wei)1的✊信号;在(zai)💃🏻勵磁電流(liú)進入穩态(tai)時，發出頻(pin)率固定的(de)脈沖控制(zhì)信号。在勵(lì)磁電流穩(wěn)态段，開關(guan)管的💘頻率(lǜ)約爲20kHz。勵磁(ci)電流經過(guò)截止頻率(lǜ)爲2kHz的四階(jiē)巴特沃斯(sī)濾波後，在(zài)穩态段的(de)最大波動(dong)值僅約爲(wèi)3.7mA，比較穩定(dìng)。
4.3基于PWM控制(zhi)的脈沖勵(li)磁系統功(gōng)耗測試
　　由(yóu)于勵磁電(dian)源輸入的(de)功率主要(yào)由基于PWM控(kòng)制的脈沖(chòng)勵🐅磁系🌈統(tong)和勵磁線(xiàn)圈承擔，所(suo)以，隻要測(ce)出勵磁電(dian)源的輸入(ru)功率和勵(lì)磁線圈的(de)功率，就可(ke)以得到基(ji)于PWM控制的(de)脈沖勵磁(cí)系統的功(gōng)率。根據勵(lì)磁電源的(de)輸入電壓(yā)和輸入電(diàn)流可以計(ji)算出輸入(ru)功率，根㊙️據(jù)勵磁電流(liu)和勵磁線(xiàn)圈♈的等效(xiào)直流電阻(zǔ)可以計算(suàn)出勵磁線(xiàn)圈的功率(lü)。基于高低(dī)壓電源切(qie)換🐕勵磁㊙️系(xi)統的功🤞率(lǜ)計算方法(fǎ)相同。
勵磁(ci)頻率設爲(wèi)12.5Hz、所配DN40一次(ci)儀表的勵(li)磁線圈直(zhi)流電阻爲(wèi)56Ω時🌂，比♍較基(ji)于高低壓(ya)電源切換(huàn)的勵磁系(xì)統與基于(yú)PWM控制的脈(mò)沖勵磁系(xì)統的功耗(hao)。基于高低(di)壓電源切(qiē)換勵磁系(xi)⁉️統所用的(de)勵磁電源(yuan)的高壓爲(wei)80V，相應🌈的輸(shū)入電流爲(wèi)12mA;低壓爲24V，相(xiang)應的輸入(ru)電流🏃爲176.8mA。根(gēn)據一🔞個勵(lì)磁周期内(nei)高壓和低(di)👣壓各自工(gōng)作的時間(jian)，計算出勵(li)磁電源輸(shū)入功率約(yue)爲5.20W。流♋過勵(li)磁線圈的(de)🏃勵磁電流(liú)爲178mA，根據勵(li)磁線圈的(de)直流電阻(zǔ)，計算出勵(lì)磁線圈消(xiao)耗的功率(lǜ)約爲1.77W。因此(cǐ)，得出勵磁(ci)系💜統承擔(dan)的功率約(yuē)爲3.43W。基于PWM控(kòng)制的脈沖(chòng)勵磁系統(tǒng)的勵磁電(dian)壓爲76V，輸入(rù)電流爲66.7mA，勵(lì)磁電流爲(wei)240mA，所以，勵磁(ci)電源輸入(ru)功率⭐約爲(wei)5.07W，勵磁線圈(quān)消耗的功(gong)率約爲3.23W，消(xiāo)耗在該勵(lì)磁系😍統上(shàng)的功率約(yue)爲1.84W。
　　可見，基(ji)于PWM控制的(de)脈沖勵磁(cí)系統的勵(lì)磁電流比(bi)基于高低(dī)⁉️壓♉電源切(qiē)換勵磁系(xì)統的大了(le)34.83%，而前者承(cheng)擔的功率(lü)僅💰爲後者(zhě)的53.64%。這說明(míng)基于PWM控制(zhi)的脈沖勵(lì)磁系統消(xiao)耗的功率(lǜ)主要集中(zhong)在一次儀(yi)表的勵磁(ci)線圈，所以(yi)，可‼️有效地(di)解決勵磁(cí)系統的發(fa)熱問題。
4.4水(shuǐ)流量檢定(dìng)實驗
　　基于(yú)PWM控制的脈(mo)沖勵磁系(xì)統可以實(shí)現更高的(de)勵磁頻率(lǜ)，有效地🤟抑(yì)制漿液噪(zao)聲，但是，能(néng)否保證水(shui)流量測量(liàng)👉的精📐度和(hé)穩定性，需(xu)❤️要實驗驗(yàn)證。爲此，利(lì)用精度等(děng)級爲0.2的水(shuǐ)流量檢定(ding)裝置，采用(yong)容積法，對(dui)研制的基(jī)于PWM控制的(de)脈沖勵磁(cí)系統進行(hang)水流量檢(jian)定實🐪驗。水(shuǐ)流量檢定(ding)的最小流(liu)🔴速爲0.49m/s，最大(dà)流速爲7.13m/s，共(gòng)檢定了12個(gè)流量點，每(měi)點重複檢(jiǎn)定3次。實驗(yàn)結果表明(míng):最大測量(liang)誤差小于(yú)0.34%，重複性誤(wù)🈲差小于0.04%，精(jīng)度優于0.5級(jí)。
5結論
(1)設計(jì)了基于PWM控(kong)制的脈沖(chong)勵磁系統(tong)方案，分析(xī)了工作原(yuán)理，計算了(le)勵磁頻率(lü)、勵磁電流(liu)穩态階段(duàn)的調制頻(pin)🌈率、勵磁功(gōng)耗和♌阻抗(kang)。
(2)研制基于(yu)PWM控制的脈(mo)沖勵磁系(xì)統，實現了(le)更高的勵(lì)🌈磁頻率♈。當(dang)🚶勵磁供電(diàn)電源升高(gao)至80V時，勵磁(cí)電流進入(rù)㊙️穩态的時(shi)❌間僅爲0.8ms，可(ke)以實現160Hz的(de)勵磁頻率(lǜ)。勵磁系統(tong)🆚能産生比(bǐ)較穩定的(de)勵磁電流(liú)值，在勵磁(ci)電流穩定(ding)時，勵磁電(dian)流的波動(dong)小于5mA。
(3)基于(yu)PWM控制的脈(mo)沖勵磁系(xi)統的勵磁(cí)電流更大(dà)，而消耗的(de)功率僅⁉️爲(wei)基于高低(dī)壓電源切(qiē)換的53.64%，有效(xiào)地解決了(le)勵磁系統(tong)的發熱問(wen)題。
(4)水流量(liang)檢定結果(guǒ)表明，基于(yú)PWM控制的脈(mo)沖勵磁系(xì)統的電磁(ci)流量💰計的(de)測量精度(dù)優于0.5級，這(zhe)說明研制(zhi)的✉️勵磁🌈系(xi)統能爲電(dian)磁流量計(jì)的精度高(gao)測量提供(gòng)保證。

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