摘要:為了提高勵(lì)磁頻率和減少發(fā)熱，使電磁流量計(jì)能夠更好地用于漿液流量測(cè)量和灌裝流量測(cè)量，并長期穩(wěn)定、可靠地工作，研究了基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁方案，分析其工作原理，計(jì)算各種參數(shù)，研制實(shí)際系統(tǒng)，進(jìn)行測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)更高的勵(lì)磁頻率，產(chǎn)生穩(wěn)定的勵(lì)磁電流，極大地減小了勵(lì)磁系統(tǒng)的功耗，能去除微分干擾對(duì)流量信號(hào)測(cè)量的影響，水流量檢定精度優(yōu)于0.5級(jí)。
引言
電磁流量計(jì)是基于電磁感應(yīng)原理工作的儀表,其中的勵(lì)磁系統(tǒng)為一次儀表中的勵(lì)磁線圈提供所需的勵(lì)磁電流,以形成磁場(chǎng)"。勵(lì)磁系統(tǒng)是該類流量計(jì)的重要組成部分，也是功耗最大的部分口。當(dāng)測(cè)量通常的導(dǎo)電液體時(shí),電磁流量計(jì)往往采用低頻方波勵(lì)磁的方式產(chǎn)生磁場(chǎng),例如,采用2.5Hz或者5Hz的勵(lì)磁頻率,以便輸出信號(hào)有足夠長、穩(wěn)定的時(shí)間段4.,保證較高的測(cè)量精度;當(dāng)測(cè)量漿液流量或者進(jìn)行灌裝測(cè)量時(shí),必須采用高頻勵(lì)磁,例如,12.5Hz和25Hz或者更高頻率，以克服具有11f特性的漿液噪聲影響和加快儀表的響應(yīng)速度。為此,人們研究了2種高頻勵(lì)磁系統(tǒng):一種是基于線性電源工作原理的,即高低壓電源切換的勵(lì)磁系統(tǒng)[5~]);另外一種是基于開關(guān)電源工作原理的，即脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)l8-10]。前一種勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn)是在勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)階段勵(lì)磁電流值不變,這樣磁場(chǎng)就非常穩(wěn)定,保證了測(cè)量精度",但是,恒流控制電路的功耗較大,容易導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)熱，影響使用壽命。后一種勵(lì)磁系統(tǒng)根據(jù)開關(guān)管的開關(guān)頻率是否受勵(lì)磁線圈電抗的影響，分為基于電流幅值控制的勵(lì)磁系統(tǒng)和基于電流誤差控制的勵(lì)磁系統(tǒng)(又稱基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng))�；陔娏鞣悼刂频膭�(lì)磁系統(tǒng)采用遲滯比較器來控制勵(lì)磁電流18.9]。該勵(lì)磁系統(tǒng)依靠遲滯比較器的上下門限將勵(lì)磁電流維持在一個(gè)小范圍內(nèi)波動(dòng),既保持勵(lì)磁電流在穩(wěn)態(tài)過程相對(duì)穩(wěn)定,又使能量主要消耗在勵(lì)磁線圈上,避免電路發(fā)熱。但是,這種勵(lì)磁系統(tǒng)沒有考慮:當(dāng)勵(lì)磁線圈的電抗不同時(shí),勵(lì)磁電流上升的曲線是不同的,這樣勵(lì)磁電流上升至上門限值或者下降至下門限值的時(shí)間.就不同,即當(dāng)勵(lì)磁線圈不同時(shí),勵(lì)磁電流波動(dòng)的頻率就不同;勵(lì)磁電流的波動(dòng)會(huì)引入遠(yuǎn)大于流量信號(hào)的微分干擾,影響流量的測(cè)量,而波動(dòng)的頻率因勵(lì)磁線圈不同而存在差異,需要逐臺(tái)對(duì)電磁流量計(jì)進(jìn)行處理,才能有效地抑制勵(lì)磁電流波動(dòng)的影響,這在實(shí)際生產(chǎn)中很難實(shí)現(xiàn)�；赑WM(pulsewidthmodulation)控制的勵(lì)磁系統(tǒng)的開關(guān)頻率是固定的9.10。勵(lì)磁電流在穩(wěn)態(tài)階段以固定的頻率波動(dòng),不會(huì)隨勵(lì)磁線圈的不同而變化,使我們可以采用相應(yīng)的處理方法來消除勵(lì)磁電流波動(dòng)的影響。.但是,文獻(xiàn)[9,10]沒有披露關(guān)鍵的技術(shù)細(xì)節(jié),也沒有給出深人的分析和具體的計(jì)算。
基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理和穩(wěn)流控制方案,定量計(jì)算其勵(lì).磁頻率、開關(guān)管的開關(guān)頻率、勵(lì)磁系統(tǒng)功耗和勵(lì)磁線圈阻抗,并給出具體的設(shè)計(jì)參數(shù);研制了基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)的電磁流量計(jì),進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
2基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)
2.1工作原理
針對(duì)勵(lì)磁線圈是感性負(fù)載、流過其電流不能突變的特點(diǎn),PWM控制電路控制開關(guān)管將勵(lì)磁電源間斷地施加在勵(lì)磁線圈上,實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流的變化和穩(wěn)定,其工作原理如圖1所示。
取樣電阻與勵(lì)磁線圈串聯(lián),其上的壓降反映流過勵(lì)磁線圈的電流值。PWM控制電路根據(jù)勵(lì)磁電流值輸出控制信號(hào),由驅(qū)動(dòng)電路完成電平轉(zhuǎn)換后導(dǎo)通和關(guān)斷開關(guān)管,以控制勵(lì)磁電流。在勵(lì)磁電流上升時(shí),始終導(dǎo)通開關(guān)管,將勵(lì)磁電壓一直加在勵(lì)磁線圈.上,以加速勵(lì)磁電流的上升;在勵(lì)磁電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)值時(shí),控制開關(guān)管頻繁通斷,將勵(lì)磁電源電壓以固定的頻率加在勵(lì)磁線圈上,維持勵(lì)磁電流的基本穩(wěn)定，即以固定的頻率進(jìn)行很小幅度的波動(dòng)。在勵(lì)磁電流.上升到穩(wěn)態(tài)階段的過程中,加在勵(lì)磁線圈。上的電壓E和勵(lì)磁電流i隨時(shí)間t變化的波形如圖2所示,其中,實(shí)線為加在勵(lì)磁線圈上的電壓變化情況,虛線為勵(lì)磁電流變化情況,Enx表示最大勵(lì)磁電壓,1表示勵(lì)磁電流的穩(wěn)態(tài)平均值。
該勵(lì)磁方式的特點(diǎn)是:在勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)階段,開關(guān)管不停地通斷,使勵(lì)磁電流做小幅度的穩(wěn)定波動(dòng)，將勵(lì)磁電壓盡可能降在勵(lì)磁線圈上,避免勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)熱,同時(shí),勵(lì)磁電流固定的波動(dòng)頻率便于消除其引人的干擾。
2.2勵(lì)磁頻率
基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的勵(lì)磁頻率,以滿足漿液流量測(cè)量和灌裝流量測(cè)量。在勵(lì)磁的開始階段,勵(lì)磁電流在勵(lì)磁電源的作用下快速上升至穩(wěn)態(tài)階段。勵(lì)磁電流i與勵(lì)磁線圈上所加電壓E之間的關(guān)系為:
可見，勵(lì)磁電流值變化量相同,其所需的時(shí)間與勵(lì)磁線圈兩端施加的電壓成反比。所以，基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)可通過提供更高的勵(lì)磁電壓來減小勵(lì)磁電流上升到穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間,實(shí)現(xiàn)更高的勵(lì)磁頻率。勵(lì)磁電流的穩(wěn)態(tài)平均值1。在穩(wěn)態(tài)階段的時(shí)間需至少保持t,以保證電磁流量計(jì)的測(cè)量。勵(lì)磁電流上升的時(shí)間為:
式中tg為勵(lì)磁時(shí)序的死區(qū)時(shí)間。以DN40電磁流量計(jì)為例,基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)中勵(lì)磁電壓為80V,勵(lì)磁電流為240mA,勵(lì)磁線圈電感值為200mH、電阻值為56Q,則勵(lì)磁電流上升時(shí)間t。為650μs。若電磁流量計(jì)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量需要?jiǎng)?lì)磁電流保持2ms的穩(wěn)態(tài)時(shí)間,其勵(lì)磁時(shí)序的死區(qū)時(shí)間為150μs,則該勵(lì)磁系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的最高勵(lì)磁頻率可以達(dá)到約178Hz。如果進(jìn)一步提高勵(lì)磁電源的電壓，.則可以實(shí)現(xiàn)更高的勵(lì)磁頻率,而普通勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁頻率僅為5Hz和6.25Hz。
2.3開關(guān)管的開關(guān)頻率
基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)會(huì)在電磁流量計(jì)測(cè)量時(shí)引人微分干擾,而微分干擾是由勵(lì)磁電流波動(dòng)而造成的周期信號(hào),其頻率與開關(guān)管的開關(guān)頻率相等,便于采用相應(yīng)的方法來抑制甚至消除;電磁流量計(jì)輸出的流量信號(hào)也是周期信號(hào),其頻率與勵(lì)磁頻率相等。因此,可以把開關(guān)管的開關(guān)頻率控制在遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于流量信號(hào)頻率的頻段,并采用硬件低通濾波器對(duì)微分干擾進(jìn)行衰減。
電磁流量計(jì)輸出流量信號(hào)頻段主要在200Hz.以下。為此:設(shè)置硬件低通濾波器的截止頻率為流量信號(hào)頻率的5~10倍,即大約為幾千Hz;設(shè)置開關(guān)管的開關(guān)頻率為硬件低通濾波器截止頻率的10倍左右，即大約為幾十kHz。這樣硬件低通濾波器不僅可以消除輸出信號(hào)中噪聲的干擾，還可以極大地抑制電流波動(dòng)所帶來的微分干擾。
2.4勵(lì)磁功耗分析.
在基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)中,開關(guān)管位于勵(lì)磁電源和勵(lì)磁線圈之間，以維持勵(lì)磁電流的穩(wěn)定,為勵(lì)磁系統(tǒng)中功耗最大的電路單元。開關(guān)管的損耗主要表現(xiàn)為導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗是開關(guān)管在導(dǎo)通狀態(tài)下,開關(guān)管的導(dǎo)通電阻的功率。由于勵(lì)磁電流為數(shù)百mA,開關(guān)管的導(dǎo)通電阻為數(shù)十mI,所以，開關(guān)管的導(dǎo)通損耗非常小。開關(guān)損耗為開關(guān)管從導(dǎo)通(關(guān)斷)轉(zhuǎn)換為關(guān)斷(導(dǎo)通)時(shí)的所有損耗。開關(guān)頻率越高,開關(guān)損耗就越大,所以,開關(guān)管的開關(guān)損耗反映了勵(lì)磁系統(tǒng)的功耗。當(dāng)開關(guān)管接勵(lì)磁線圈時(shí),開關(guān)損耗為[12]:
式中:Idmax為流過開關(guān)管的最大電流;tc為開關(guān)管由關(guān)斷(導(dǎo)通)到導(dǎo)通(關(guān)斷)的轉(zhuǎn)換時(shí)間;f.sw為開關(guān)管的開關(guān)頻率。
以DN40電磁流量計(jì)為例,基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電壓為80V，勵(lì)磁電流為240mA,開關(guān)管的開關(guān)頻率為20kHz,開關(guān)管開關(guān)的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100ns,則開關(guān)管的開關(guān)損耗約為38.4mW。
2.5勵(lì)磁線圈阻抗
合理地設(shè)計(jì)勵(lì)磁線圈的直流電阻值和電感值，有助于減小勵(lì)磁電流的波動(dòng)幅值,使基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。
由式(1)和式(2)可知,當(dāng)勵(lì)磁電壓固定時(shí),勵(lì)磁電流的變化過程取決于勵(lì)磁線圈的電感值和直流電阻值。電感值由勵(lì)磁線圈的匝數(shù)決定。當(dāng)勵(lì)磁線圈通人一--定的電流時(shí),測(cè)量管內(nèi)的磁場(chǎng)與勵(lì)磁線圈.的匝數(shù)成正比。為了保證電磁流量計(jì)正常測(cè)量所需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度,勵(lì)磁線圈的匝數(shù)一般不宜變化,此時(shí),可以通過改變勵(lì)磁線圈的線徑來調(diào)整直流電阻。
忽略開關(guān)管上的壓降,那么,勵(lì)磁線圈兩端的電壓就等于勵(lì)磁電壓:
式中Rmax為勵(lì)磁線圈的直流電阻值的最大值。
勵(lì)磁電流在穩(wěn)態(tài)階段的波形示意圖如圖3所示，其中，勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)階段的Is波動(dòng)周期為Tf，波動(dòng)幅值為Ic，設(shè)允許勵(lì)磁電流最大波動(dòng)幅值為Imax，則Ic＜Imax。近似認(rèn)為在穩(wěn)態(tài)階段勵(lì)磁電流上升的斜率是固定值，等于勵(lì)磁電流在穩(wěn)態(tài)值處的斜率(圖3中a點(diǎn)處的斜率)。由于在勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)階段，在開關(guān)管的一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，勵(lì)磁電流的變化量為0，因此，僅研究勵(lì)磁電流在穩(wěn)態(tài)階段的上升過程。
所以，為了使基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)在設(shè)定的開關(guān)頻率下正常工作，且勵(lì)磁電流值在穩(wěn)態(tài)階段的波動(dòng)幅值小于Imax，勵(lì)磁線圈的直流電阻值需要滿足式(7)和式(13)所決定的范圍。
考慮到勵(lì)磁線圈的直流電阻值受溫度影響較大和電磁流量計(jì)的整機(jī)功耗，勵(lì)磁線圈的直流電阻值一般直接取下限值。以DN40電磁流量計(jì)為例，勵(lì)磁電壓為80V，勵(lì)磁電流在穩(wěn)態(tài)階段的平均值為240mA，開關(guān)管的開關(guān)頻率為20kHz，勵(lì)磁線圈的電感值為0.2H，勵(lì)磁電流在穩(wěn)態(tài)階段的波動(dòng)幅值要小于5mA，勵(lì)磁線圈的直流電阻值的取值范圍為167Ω至333Ω。通過調(diào)整勵(lì)磁線圈的線徑把直流電阻值設(shè)置成167Ω，這樣既可以最大限度地克服溫升帶來的影響，又可以使電磁流量計(jì)的整機(jī)功耗最小。
3PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)研制
3.1系統(tǒng)框圖
研制的基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁電源、能量回饋電路、勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路、檢流電路、邏輯電路、PWM控制電路和勵(lì)磁時(shí)序產(chǎn)生電路組成，如圖4所示。其中，能量回饋電路
在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)回收勵(lì)磁線圈中的能量，并在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)把收集的能量回饋給勵(lì)磁線圈，提高能量利用率;勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路改變勵(lì)磁線圈中電流的方向，實(shí)現(xiàn)方波勵(lì)磁，抑制電極極化，也維持勵(lì)磁電流穩(wěn)定，為勵(lì)磁線圈提供續(xù)流回路;檢流電路獲取流過勵(lì)磁線圈的電流值;邏輯電路為勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路提供控制信號(hào);PWM控制電路維持流過勵(lì)磁線圈的電流值，在電流值上升時(shí)，產(chǎn)生占空比為1的方波，加快勵(lì)磁電流的上升，在電流值達(dá)到穩(wěn)態(tài)值時(shí)產(chǎn)生頻率固定、占空比自可調(diào)的PWM波形，以在勵(lì)磁線圈中產(chǎn)生穩(wěn)定的電流值;勵(lì)磁時(shí)序產(chǎn)生電路用來設(shè)定電磁流量計(jì)的勵(lì)磁頻率。
3.2勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路
勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路主要由H橋開關(guān)電路和H橋驅(qū)動(dòng)電路組成，如圖5所示。H橋開關(guān)電路由4個(gè)NMOS管組成，受H橋驅(qū)動(dòng)電路控制，其中，Q3和Q4為控制勵(lì)磁電流穩(wěn)定的開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)脈沖勵(lì)磁，Q1和Q2用來改變勵(lì)磁電流方向的開關(guān)管;H橋驅(qū)動(dòng)電路主要由電平轉(zhuǎn)換電路和光耦組成，其中，P1和P2是光耦，T1和T2是電平轉(zhuǎn)換電路。CT_1，CT_2，CT_3和CT_4分別是Q1，Q2，Q3和Q4的控制信號(hào);VFB是由單刀雙擲開關(guān)S1輸出的檢流電阻上的電壓信號(hào)。在H橋開關(guān)電路的低端和地之間接入兩個(gè)檢流電阻，這2個(gè)檢流電阻通過開關(guān)進(jìn)行選擇，以保證在勵(lì)磁電流方向切換時(shí)，單刀雙擲開關(guān)輸出的勵(lì)磁電流值總為正，實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁電流的準(zhǔn)確控制。
3.3PWM控制電路
PWM控制電路主要由誤差放大器和PWM電路組成，如圖6所示。誤差放大器對(duì)基準(zhǔn)值和電流值進(jìn)行比較并放大誤差。PWM電路根據(jù)放大后的誤差信號(hào)產(chǎn)生控制開關(guān)管所需要的信號(hào)。PWM控制電路實(shí)時(shí)檢測(cè)勵(lì)磁電流值，并根據(jù)勵(lì)磁電流的大小輸出頻率固定、占空比自可調(diào)的PWM波形，以在勵(lì)磁線圈中產(chǎn)生波動(dòng)較小、穩(wěn)定的電流值。
4性能測(cè)試和檢定實(shí)驗(yàn)
為了考核基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)的性能，將其與國內(nèi)某公司生產(chǎn)的口徑為40mm的電磁流量計(jì)一次儀表相配合，測(cè)試其能夠?qū)崿F(xiàn)的最高勵(lì)磁頻率、勵(lì)磁電流在穩(wěn)態(tài)段的波動(dòng)情況和流量信號(hào)的穩(wěn)定性，對(duì)比不同勵(lì)磁系統(tǒng)的功耗，進(jìn)行水流量檢定實(shí)驗(yàn)。
4.1勵(lì)磁頻率測(cè)試
在80V勵(lì)磁電壓下，做160Hz勵(lì)磁頻率的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。當(dāng)勵(lì)磁電流為240mA時(shí)，約經(jīng)0.8ms就進(jìn)入了穩(wěn)態(tài)。而采用基于高低壓電源切換的勵(lì)磁方式，當(dāng)高壓為80V、維持電流穩(wěn)定的低壓為17V、勵(lì)磁電流為180mA時(shí)，由于電源的切換導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)需要從一個(gè)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)工作狀態(tài)，這個(gè)轉(zhuǎn)移過程所需要的時(shí)間要大于勵(lì)磁電流的上升時(shí)間，因此，勵(lì)磁電流無法進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。
4.2勵(lì)磁電流和PWM控制電路輸出電壓測(cè)試
分別用示波器的普通探頭和電流探頭測(cè)試PWM控制電路輸出的信號(hào)和流過勵(lì)磁線圈的電流值。測(cè)試結(jié)果表明:在勵(lì)磁電流上升時(shí)，PWM控制電路輸出占空比為1的信號(hào);在勵(lì)磁電流進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，發(fā)出頻率固定的脈沖控制信號(hào)。在勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)段，開關(guān)管的頻率約為20kHz。勵(lì)磁電流經(jīng)過截止頻率為2kHz的四階巴特沃斯濾波后，在穩(wěn)態(tài)段的最大波動(dòng)值僅約為3.7mA，比較穩(wěn)定。
4.3基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)功耗測(cè)試
由于勵(lì)磁電源輸入的功率主要由基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)和勵(lì)磁線圈承擔(dān)，所以，只要測(cè)出勵(lì)磁電源的輸入功率和勵(lì)磁線圈的功率，就可以得到基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)的功率。根據(jù)勵(lì)磁電源的輸入電壓和輸入電流可以計(jì)算出輸入功率，根據(jù)勵(lì)磁電流和勵(lì)磁線圈的等效直流電阻可以計(jì)算出勵(lì)磁線圈的功率。基于高低壓電源切換勵(lì)磁系統(tǒng)的功率計(jì)算方法相同。
勵(lì)磁頻率設(shè)為12.5Hz、所配DN40一次儀表的勵(lì)磁線圈直流電阻為56Ω時(shí)，比較基于高低壓電源切換的勵(lì)磁系統(tǒng)與基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)的功耗。基于高低壓電源切換勵(lì)磁系統(tǒng)所用的勵(lì)磁電源的高壓為80V，相應(yīng)的輸入電流為12mA;低壓為24V，相應(yīng)的輸入電流為176.8mA。根據(jù)一個(gè)勵(lì)磁周期內(nèi)高壓和低壓各自工作的時(shí)間，計(jì)算出勵(lì)磁電源輸入功率約為5.20W。流過勵(lì)磁線圈的勵(lì)磁電流為178mA，根據(jù)勵(lì)磁線圈的直流電阻，計(jì)算出勵(lì)磁線圈消耗的功率約為1.77W。因此，得出勵(lì)磁系統(tǒng)承擔(dān)的功率約為3.43W�；赑WM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電壓為76V，輸入電流為66.7mA，勵(lì)磁電流為240mA，所以，勵(lì)磁電源輸入功率約為5.07W，勵(lì)磁線圈消耗的功率約為3.23W，消耗在該勵(lì)磁系統(tǒng)上的功率約為1.84W。
可見，基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電流比基于高低壓電源切換勵(lì)磁系統(tǒng)的大了34.83%，而前者承擔(dān)的功率僅為后者的53.64%。這說明基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)消耗的功率主要集中在一次儀表的勵(lì)磁線圈，所以，可有效地解決勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)熱問題。
4.4水流量檢定實(shí)驗(yàn)
基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的勵(lì)磁頻率，有效地抑制漿液噪聲，但是，能否保證水流量測(cè)量的精度和穩(wěn)定性，需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為此，利用精度等級(jí)為0.2的水流量檢定裝置，采用容積法，對(duì)研制的基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行水流量檢定實(shí)驗(yàn)。水流量檢定的最小流速為0.49m/s，最大流速為7.13m/s，共檢定了12個(gè)流量點(diǎn)，每點(diǎn)重復(fù)檢定3次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:最大測(cè)量誤差小于0.34%，重復(fù)性誤差小于0.04%，精度優(yōu)于0.5級(jí)。
5結(jié)論
(1)設(shè)計(jì)了基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)方案，分析了工作原理，計(jì)算了勵(lì)磁頻率、勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)階段的調(diào)制頻率、勵(lì)磁功耗和阻抗。
(2)研制基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了更高的勵(lì)磁頻率。當(dāng)勵(lì)磁供電電源升高至80V時(shí)，勵(lì)磁電流進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間僅為0.8ms，可以實(shí)現(xiàn)160Hz的勵(lì)磁頻率。勵(lì)磁系統(tǒng)能產(chǎn)生比較穩(wěn)定的勵(lì)磁電流值，在勵(lì)磁電流穩(wěn)定時(shí)，勵(lì)磁電流的波動(dòng)小于5mA。
(3)基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電流更大，而消耗的功率僅為基于高低壓電源切換的53.64%，有效地解決了勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)熱問題。
(4)水流量檢定結(jié)果表明，基于PWM控制的脈沖勵(lì)磁系統(tǒng)的電磁流量計(jì)的測(cè)量精度優(yōu)于0.5級(jí)，這說明研制的勵(lì)磁系統(tǒng)能為電磁流量計(jì)的精度高測(cè)量提供保證。
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