電磁場多級強度切換電路及其切換計算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電磁流量計【技術領域】，具體地說一種電磁場多級強度切換電路，設有電磁線圈，其特征在于所述電磁線圈的電源控制端設有電磁場強度切換單元，其包括DCDC壓控恒流源電路、DCDC開關電源電路和采樣電阻切換電路，通過改變DCDC壓控恒流源的采樣電阻大小來切換DCDC壓控恒流源電路輸出電流，從而實現(xiàn)磁場強度的切換，采樣電阻切換電路中的每個采樣電阻通過控制電磁繼電器來接入采樣電路，本發(fā)明具有高電路效率、降低整體功耗、增強電磁流量計在小流量時的測量精度和穩(wěn)定性等優(yōu)點。
【專利說明】電磁場多級強度切換電路及其切換計算方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電磁流量計【技術領域】，具體地說是一種用于增強電磁流量計在小流量 是的測量精度和穩(wěn)定性的數(shù)字控制電磁場多級強度切換電路及其切換計算方法。

【背景技術】
[0002] 電磁流量檢測技術自誕生到現(xiàn)在，被廣泛應用于醫(yī)療飲用水等流量檢測環(huán)境，因 為電磁流量計是水流切割磁場產生電動勢，隨著流速增大，產生的電動勢越強，但是在小流 量時電動勢感應較弱，因此需要增加勵磁強度以使感應電動勢提高到可檢測范圍。
[0003] 目前，傳統(tǒng)電磁流量計中的電磁線圈輸入電源為恒壓，導致了當線圈內阻不同（不 同口徑的傳感器)，如實現(xiàn)多種磁場強度切換，電源效率很低，會產生大量的損耗。 并且，由于恒定電磁場公式為：Β=μηΙ，式中的μ為真空中的磁導率，η為線圈匝數(shù)， I為電流，由此可以看出，傳感器的電磁線圈匝數(shù)為固定值，液體磁導率也為固定值，磁場強 度只與I電流有關。
[0004] 因此，設計一種輸出磁場可調的電路成為檢測小流量信號的關鍵。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種提高電路效率、降低 整體功耗、增強電磁流量計在小流量時的測量精度和穩(wěn)定性的數(shù)字控制電磁場多級強度切 換電路及其切換計算方法。
[0006] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是： 一種電磁場多級強度切換電路，設有電磁線圈，其特征在于所述電磁線圈的電源控制 端設有電磁場強度切換單元，其包括DCDC壓控恒流源電路、DCDC開關電源電路、電壓跟隨 器和采樣電阻切換電路， 其中， 所述Drac壓控恒流源電路是由晶體管Q5、運放U4、電阻R9、芯片U5、電阻R10和抗干 擾電容C7組成，所述芯片U5為1. 2V的基準電壓芯片，所述芯片U5與濾波電容C7并聯(lián)對輸 出電壓進行濾波，所述芯片U5的+12V通過電阻R10為芯片U5供電，連接到U4的第3腳， 形成基準源，因此U4的第3腳電壓為1. 2V ;運放U4的1、8、5腳懸空，當采樣電阻切換電路 穩(wěn)定時，采樣電阻上的采樣電壓通過電阻R9輸入到運放U4的第2腳，并在第6腳輸出穩(wěn)定 的電壓通過電阻R11控制晶體管Q5的工作狀態(tài)，保證通過電磁繼電器的電流為恒定， 所述ECDC開關電源電路是由ECDC芯片U3、電容E1、二極管D4、電感器L1、電容C4、電 容E2組成，電源Vin通過濾波電容E1將輸入電壓濾波輸入到芯片U3的第1腳，為ECDC芯 片U3供電；U3的第3腳、第5腳分別接地GnD ;二極管D4、電感器L1、電容C4,電容E2組成 整流濾波電路，二極管D4的負極與電感器的第1腳連接到芯片U3的輸出第2腳，電感器L1 的第2腳，電容C4的第1腳，E2的第1腳連接到V C C，將電壓輸出到電磁繼電器電路，二 極管D 4的正極、電容C 4的第二腳和電容E 2的第二腳連接到電源地； 所述采樣電阻切換電路包括η組切換電路，每組切換電路包括繼電器、二極管D η、三極 管Q η和采用電阻R η，使繼電器、二極管D η、三極管Q η和采用電阻R η形成采樣電阻網絡， 以第一組切換電路為例，三極管Q通過連接到第1腳的CON_n控制(前端可以是單片機等數(shù) 字控制電路)，三極管的地第2腳接地，第3腳連接電磁繼電器RELAY η的線圈第2腳相連， 電磁繼電器RELAY η的第1腳連接到電源+5V二極管D1作為保護二極管并聯(lián)到電磁繼電器 REALYn的線圈上，二極管D2的負極與電磁繼電器REALY η線圈的第1腳相連，二極管D2的 正極與二極管D2的負極與電磁繼電器REALY η線圈的第2腳相連，電磁繼電器REALY η的 常開端第4腳與其他組的電磁繼電器REALY η的常開端第4腳相連為恒流源電路和開關電 源電路提供采樣信號。電磁繼電器REALY η的公共端第3腳與采樣電阻R1的第1腳相連， 采樣電阻R1的第2腳接地。當CON_n為大于0. 7V的電壓時(數(shù)字邏輯為1)時，三極管Q1 導通，電磁繼電器REALY η開始工作，電磁繼電器REALY η的第3腳、第4腳閉合，將米樣電 路R1接入采樣電阻網絡。以達到通過控制接入采樣電阻網絡的電阻的個數(shù)，來控制采樣電 阻的大小，并保持穩(wěn)定的作用，實現(xiàn)電磁繼電器產生的磁場強度的切換。
[0007] 本發(fā)明可在DCDC開關電源電路中設有電壓跟隨電路，所述電壓跟隨電路是由芯 片U6B，電阻R12,電阻R13,電容C8組成，當采樣電阻切換電路保持穩(wěn)定時，ΤΡ1電壓穩(wěn)定， 通過電阻R13將米樣電壓輸入到芯片U6B的第5腳，濾波電容C8的第一腳與芯片U6B的第 5腳相連，以保證采樣電壓的穩(wěn)定，電源+ 12V、-12V為芯片的U6B供電，分別連接到運放的 第8腳和第4腳。運放U6B的第6腳和第1腳相連，形成電壓跟隨電路，將采樣電壓1:1通 過第7腳輸出，通過電阻R12輸入到芯片U3的第4腳，為IX：DC芯片U3提供采樣電壓，用以 調節(jié)DCDC芯片U3的輸出，之所以增加電壓跟隨電路是為了提高采樣電阻的采樣精度和采 樣信號的穩(wěn)定性，使電路電流調節(jié)更穩(wěn)定，使線圈產生的磁場更穩(wěn)定， 一種電磁場多級強度切換計算方法，其特征在于具體計算如下： 由于恒定電磁場公式：Β=μη I，（ μ為真空中的磁導率，η為線圈匝數(shù)，I為電流)，傳感 器線圈匝數(shù)為固定，液體磁導率也為固定，因此，磁場強度只與I電流有關，通過改變DCDC 壓控恒流源的采樣電阻大小來切換DCDC壓控恒流源電路輸出電流，從而實現(xiàn)磁場強度的 切換，采樣電阻切換電路中的每個采樣電阻通過控制電磁繼電器來接入采樣電路，采樣電 阻可根據需要選擇相同的值，或者不同的值，當選擇開關數(shù)量或者通路不同時，采樣電阻電 路兩端的電壓為恒定， 即為U5, R10, C7組成的基準源電路輸出的電壓，S卩，Vref ; 因此 當A :R1=R2=......=Rn=R時，在選擇m路繼電器導通，得到的電流為， Iref=Vref/(R/m) 由公式得出，當m越大時輸出電流越大，作用到線圈產生的磁場越大。
[0008] 當B :R1，R2……Rn不相等時，在選擇第m路繼電器導通則得出電流為 Iref=Vref/(Rm) 由公式得出，當Rm越小時，作用到線圈產生的磁場越大， 其中η和m為不小于2的整數(shù)， 當電路不發(fā)生切換時，電路會保持固定一組采樣電阻狀態(tài)，DCDC壓控恒流源會輸出恒 定電流。
[0009] 本發(fā)明由于采用上述結構和方法，具有高電路效率、降低整體功耗、增強電磁流量 計在小流量時的測量精度和穩(wěn)定性等優(yōu)點。
[0010]

【專利附圖】

【附圖說明】 圖1為本發(fā)明的DCDC壓控恒流源電路 圖2為采用電阻切換電路(僅以3種強度磁場切換為例進行說明）。

【具體實施方式】
[0011] 下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明： 如附圖1所示，介紹了一種電磁場多級強度切換電路，其設有電磁線圈，特征在于所述 電磁線圈的電源控制端設有電磁場強度切換單元，其包括DCDC壓控恒流源電路、DCDC開關 電源電路、電壓跟隨器和采樣電阻切換電路， 其中， 所述IX：DC壓控恒流源電路是由晶體管Q5、運放U4、電阻R9、芯片U5、電阻R10和抗干 擾電容C7組成，所述芯片U5為1. 2V的基準電壓芯片，所述芯片U5與濾波電容C7并聯(lián)對輸 出電壓進行濾波，所述芯片U5的+12V通過電阻R10為芯片U5供電，連接到U4的第3腳， 形成基準源，因此U4的第3腳電壓為1. 2V ;運放U4的1、8、5腳懸空，當采樣電阻切換電路 穩(wěn)定時，采樣電阻上的采樣電壓通過電阻R9輸入到運放U4的第2腳，并在第6腳輸出穩(wěn)定 的電壓通過電阻R11控制晶體管Q5的工作狀態(tài)，保證通過電磁繼電器的電流為恒定。
[0012] 所述EOC開關電源電路是由EOC芯片U3、電容E1、二極管D4、電感器L1、電容 C4、電容E2組成，電源Vin通過濾波電容E1將輸入電壓濾波輸入到芯片U3的第1腳，為 D⑶C芯片U3供電；U3的第3腳、第5腳分別接地GnD ;二極管D4、電感器L1、電容C4,電容 E2組成整流濾波電路，二極管D4的負極與電感器的第1腳連接到芯片U3的輸出第2腳，電 感器L1的第2腳，電容C4的第1腳，E2的第1腳連接到V C C，將電壓輸出到電磁繼電器 電路，二極管D 4的正極、電容C 4的第二腳和電容E 2的第二腳連接到電源地；電壓跟隨 器是由芯片U6B，電阻R12,電阻R13,電容C8組成，當采樣電阻切換電路保持穩(wěn)定時，T P 1 的電壓穩(wěn)定，通過電阻R13將米樣電壓輸入到芯片U6B的第5腳，濾波電容C8的第一腳與 芯片U6B的第5腳相連，保證采樣電壓的穩(wěn)定，電源+ 12V、-12V為芯片的U6B供電，分別連 接到運放的第8腳和第4腳。運放U6B的第6腳和第1腳相連，形成電壓跟隨電路，將采樣 電壓1:1的通過第7腳輸出，通過電阻R12輸入到芯片U3的第4腳，為EOC芯片U3提供 采樣電壓，用以調節(jié)DCDC芯片U3的輸出，之所以增加電壓跟隨電路是為了提高采樣電阻的 采樣精度和采樣信號的穩(wěn)定性，使電路電流調節(jié)更穩(wěn)定，使線圈產生的磁場更穩(wěn)定。
[0013] 所述采樣電阻切換電路包括η組切換電路，所述η為大于1的自然數(shù)，每組切換 電路包括繼電器、二極管D η、三極管Q η和采用電阻R η，以使繼電器、二極管D η、三極管Q η和采用電阻R η形成采樣電阻網絡，以第一組切換電路為例，三極管Q通過連接到第1腳 的C0N_1控制(其前端可以是單片機等數(shù)字控制電路)，三極管的地第2腳接地，第3腳連接 電磁繼電器RELAY1的線圈第2腳相連，電磁繼電器RELAY1的第1腳連接到電源+5V二極 管D1作為保護二極管并聯(lián)到電磁繼電器REALY1的線圈上，二極管D2的負極與電磁繼電器 REALY1線圈的第1腳相連，二極管D2的正極與二極管D2的負極與電磁繼電器REALY1線圈 的第2腳相連，電磁繼電器REALY1的常開端第4腳與其他組的電磁繼電器REALYn的常開端 第4腳相連為恒流源電路和開關電源電路提供采樣信號。電磁繼電器REALY1的公共端第 3腳與采樣電阻R1的第1腳相連，采樣電阻R1的第2腳接地。當C0N_1為大于0. 7V的電 壓時(數(shù)字邏輯為1)時，三極管Q1導通，電磁繼電器REALY1開始工作，電磁繼電器REALY1 的第3腳、第4腳閉合，將采樣電路R1接入采樣電阻網絡。以達到通過控制接入采樣電阻 網絡的電阻的個數(shù)，來控制采樣電阻的大小，并保持穩(wěn)定的作用，實現(xiàn)電磁繼電器產生的磁 場強度的切換。
[0014] 如圖2所示(僅以3種強度磁場切換為例進行說明)，U3作為輸出可調的IX：DC芯 片，為恒流源電路提供電壓，F(xiàn)B (4腳）采樣電壓為1.2V，當切換電路保持不切換狀態(tài)，則采 樣電阻網路阻值恒定，U3通過采集采樣電阻上的電壓，來調節(jié)內部開關信號的占空比，從而 調節(jié)輸出OUT (2腳）的電壓，使作用在線圈上的電流恒定，并保持輸出電磁場恒定， 采樣電壓為：

【權利要求】
1. 一種電磁場多級強度切換電路，設有電磁線圈，其特征在于所述電磁線圈的電源控 制端設有電磁場強度切換單元，其包括DCDC壓控恒流源電路、DCDC開關電源電路、電壓跟 隨器和采樣電阻切換電路， 其中， 所述Drac壓控恒流源電路是由晶體管Q5、運放U4、電阻R9、芯片U5、電阻R10和抗干 擾電容C7組成，所述芯片U5為1. 2V的基準電壓芯片，所述芯片U5與濾波電容C7并聯(lián)對輸 出電壓進行濾波，所述芯片U5的+12V通過電阻R10為芯片U5供電，連接到U4的第3腳， 形成基準源，因此運放U4的第3腳電壓為1. 2V ;運放U4的1、8、5腳懸空，當采樣電阻切換 電路穩(wěn)定時，采樣電阻上的采樣電壓通過電阻R9輸入到運放U4的第2腳，并在第6腳輸出 穩(wěn)定的電壓通過電阻R11控制晶體管Q5的工作狀態(tài)，保證通過電磁繼電器的電流為恒定， 所述ECDC開關電源電路是由ECDC芯片U3、電容E1、二極管D4、電感器L1、電容C4、電 容E2組成，電源Vin通過濾波電容E1將輸入電壓濾波輸入到芯片U3的第1腳，為ECDC芯 片U3供電；U3的第3腳、第5腳分別接地GnD ;二極管D4、電感器L1、電容C4,電容E2組成 整流濾波電路，二極管D4的負極與電感器的第1腳連接到芯片U3的輸出第2腳，電感器L1 的第2腳、電容C4的第1腳、E2的第1腳分別連接到V C C，將電壓輸出到電磁繼電器電 路，二極管D 4的正極、電容C 4的第二腳和電容E 2的第二腳連接到電源地； 所述采樣電阻切換電路包括η組切換電路，每組切換電路包括繼電器、二極管D η、三極 管Q η和采用電阻R η，以使繼電器、二極管D η、三極管Q η和采用電阻R η形成采樣電阻網 絡，三極管Q通過連接到第1腳的CON_n控制(前端可以是單片機等數(shù)字控制電路)，三極管 的地第2腳接地，第3腳連接電磁繼電器RELAY η的線圈第2腳相連，電磁繼電器RELAY η 的第1腳連接到電源+5V二極管D1作為保護二極管并聯(lián)到電磁繼電器REALY η的線圈上， 二極管D2的負極與電磁繼電器REALY η線圈的第1腳相連，二極管D2的正極與二極管D2 的負極與電磁繼電器REALY η線圈的第2腳相連，電磁繼電器REALY η的常開端第4腳與 其他組的電磁繼電器REALY η的常開端第4腳相連為恒流源電路和開關電源電路提供采樣 信號。電磁繼電器REALY η的公共端第3腳與采樣電阻R1的第1腳相連，采樣電阻R1的 第2腳接地，當CON_ η為大于0. 7V的電壓時，三極管Q1導通，電磁繼電器REALY η開始工 作，電磁繼電器REALY η的第3腳、第4腳閉合，將采樣電路R1接入采樣電阻網絡。
2. 根據權利要求1所述的一種電磁場多級強度切換電路，其特征在于所述DCDC開關 電源電路中設有電壓跟隨電路，所述電壓跟隨電路是由芯片U6B，電阻R12,電阻R13,電容 C8組成，當采樣電阻切換電路保持穩(wěn)定時，TP1電壓穩(wěn)定，通過電阻R13將采樣電壓輸入到 芯片U6B的第5腳，濾波電容C8的第一腳與芯片U6B的第5腳相連，以保證米樣電壓的穩(wěn) 定，電源+ 12V、-12V為芯片的U6B供電，分別連接到運放的第8腳和第4腳，運放U6B的第 6腳和第1腳相連，形成電壓跟隨電路，將采樣電壓1:1通過第7腳輸出，通過電阻R12輸入 到芯片U3的第4腳，為ECDC芯片U3提供采樣電壓。
3. -種電磁場多級強度切換計算方法，其特征在于具體計算如下： 由于恒定電磁場公式：Β=μη I，μ為真空中的磁導率，η為線圈匝數(shù)，I為電流，傳感器 線圈匝數(shù)為固定，液體磁導率也為固定，因此，磁場強度只與I電流有關，通過改變Drac壓 控恒流源的采樣電阻大小來切換DCDC壓控恒流源電路輸出電流，采樣電阻切換電路中的 每個采樣電阻通過控制電磁繼電器來接入采樣電路，當選擇開關數(shù)量或者通路不同時，采 樣電阻電路兩端的電壓為恒定， 即為U5, R10, C7組成的基準源電路輸出的電壓，S卩，Vref ; 因此 當A :R1=R2=......=Rn=R時，再選擇m路繼電器導通，得到的電流為， Iref=Vref/(R/m) 由公式得出，當m越大時輸出電流越大，作用到線圈產生的磁場越大。 當B :R1，R2……Rn不相等時，在選擇第m路繼電器導通則得出電流為 Iref=Vref/(Rm) 由公式得出，當Rm越小時，作用到線圈產生的磁場越大， 其中η和m為不小于2的整數(shù)， 當電路不發(fā)生切換時，電路會保持固定一組采樣電阻狀態(tài)，DCDC壓控恒流源會輸出恒 定電流。
【文檔編號】G01F1/60GK104048711SQ201410315986
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權日:2014年7月4日
【發(fā)明者】杜家斌, 王永臣, 戚清 申請人:威海市天罡儀表股份有限公司