電磁流量計作為一種主要的測量儀表,在國內(nèi)市場增長迅速。由于國內(nèi)生產(chǎn)廠家以進口關(guān)鍵零部件(轉(zhuǎn)換器)組裝為主,產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)由國外大公司控制。所以研究開發(fā)國產(chǎn)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(fā)過程中存在關(guān)鍵技術(shù)難點和產(chǎn)業(yè)化需要解決的問題。在此基礎(chǔ)上提出了合理的解決方案,同時實踐方案,最終實現(xiàn)電磁流量計的設(shè)計。
電磁流量計的設(shè)計分析了不同種類的電磁流量計的優(yōu)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(nèi)外電磁流量計產(chǎn)品的現(xiàn)狀。其次,分析了電磁流量計的工作原理。得出按權(quán)重函數(shù)分布規(guī)律的傳感器,在流速非中心軸對稱分布時,感應(yīng)電勢僅與平均流速呈正比,而與流速分布無關(guān)的結(jié)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(shè)計的主要難點是小信號測量的問題。在實際測量過程當(dāng)中,感應(yīng)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(gòu)成。第四,根據(jù)對流量測量問題分析的,深入研究了設(shè)計過程中需要解決的主要問題。如內(nèi)阻分析與測量;勵磁頻率的選擇;穩(wěn)定信號基準(zhǔn)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(shè)計方案;最后,根據(jù)設(shè)計方案施施設(shè)計。本章主要介紹了產(chǎn)品設(shè)計的系統(tǒng)構(gòu)成,同時重點闡述了產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵部分、可靠性、電磁兼容性、儀表校準(zhǔn)等幾方面的問題。最終設(shè)計完成可以用于產(chǎn)業(yè)化制造的產(chǎn)品。 論文在分析了電磁流量計原理的基礎(chǔ)上,設(shè)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(chǔ)。設(shè)計完成的產(chǎn)品考慮了可靠性等相關(guān)產(chǎn)業(yè)化所涉及的問題,設(shè)計產(chǎn)品具有實際應(yīng)用價值。
創(chuàng)意無極限，儀表大發(fā)明。今天為大家介紹一項國家發(fā)明——電磁流量計的勵磁電路以及電磁流量計。該由阿自倍爾株式會社申請，并于2016年11月9日獲得公告。
內(nèi)容說明
本發(fā)明涉及在各種工序系統(tǒng)中對具有導(dǎo)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(fā)明背景
一般地，在對具有導(dǎo)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(chǎn)生磁場正交并配置在測量管內(nèi)的一對電極之間產(chǎn)生的電動勢，將該電極之間產(chǎn)生的電動勢放大后，通過取樣信號處理，對流過測量管內(nèi)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(chǎn)生方向垂直于在測量管內(nèi)流動的流體的流動方向。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題：在這種現(xiàn)有技術(shù)中，由于勵磁線圈L的反電動勢，在開關(guān)電路SW61～SW64的接點端子側(cè)和勵磁信號SA、SB被輸入的控制端子側(cè)之間會產(chǎn)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(chǎn)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)的源子，因此存在產(chǎn)生SW61、SW62的損傷的問題。
圖為實施形態(tài)所涉及的勵磁電路的結(jié)構(gòu)的電路圖
作為用于回避這種由高電壓導(dǎo)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(jù)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(qū)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(dǎo)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(gòu)成的耐壓開關(guān)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(chǎn)生損傷。作為一例，通常的MOSFET的漏極·源極之間電壓的規(guī)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(dǎo)通電阻有增大的傾向，因此由于該導(dǎo)通電阻，勵磁電流Iex被削減，其結(jié)果，存在無法利用電源電位VP高效率地驅(qū)動勵磁線圈的問題。
此外，如前所述，成為用構(gòu)成開關(guān)電路的MOSFET進行開/關(guān)控制的對象的接點端子側(cè)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(nèi)大范圍地變動。
另一方面，高耐壓MOSFET在開/關(guān)控制高電壓時，需要與該電壓相符地將高電壓施加于柵子。因此，要控制大幅度變動的電壓，也需要切換柵子側(cè)的電壓，存在控制系統(tǒng)極為復(fù)雜化的問題。
本發(fā)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(dǎo)致的開關(guān)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(fā)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(cè)的勵磁線圈，用配置于該測量管的一對電極對與此相應(yīng)地在該測量管內(nèi)的流體中產(chǎn)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(gòu)成的勵磁信號，對從外部供給的驅(qū)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(qū)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(chǎn)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：開關(guān)電路，所述開關(guān)電路的一個接點端子連接于所述電流輸入端子，所述開關(guān)電路與所述勵磁信號相對應(yīng)地進行開/關(guān)動作；第二開關(guān)電路，所述第二開關(guān)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(guān)電路與所述開關(guān)電路反相位地進行開/關(guān)動作；二極管，所述二極管的陽子連接于所述開關(guān)電路的另一個接點端子，陰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子連接于所述第二開關(guān)電路的另一個接點端子，陰子連接于所述勵磁線圈的所述另一端；第三開關(guān)電路，所述第三開關(guān)電路的一個接點端子連接于所述二極管的陰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(guān)電路與所述開關(guān)電路反相位地進行開/關(guān)動作；以及第四開關(guān)電路，所述第四開關(guān)電路的一個接點端子連接于所述第二二極管的陰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(guān)電路與所述開關(guān)電路同相位地進行開/關(guān)動作，所述充放電電路具有：二極管電橋，所述二極管電橋?qū)Ξa(chǎn)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；耐壓開關(guān)電路，所述耐壓開關(guān)電路與所述開關(guān)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(guān)控制；以及第二耐壓開關(guān)電路，所述第二耐壓開關(guān)電路與所述開關(guān)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(guān)控制。
根據(jù)本發(fā)明，通過以及第二二極管，能夠防止由來自勵磁線圈的反電動勢產(chǎn)生的高電壓向以及第二開關(guān)電路的接點端子施加。又，由勵磁線圈產(chǎn)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以及第二耐壓開關(guān)電路被向勵磁線圈供給。因此，能夠回避由高電壓導(dǎo)致的開關(guān)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。
