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電磁場(chǎng)多級(jí)強(qiáng)度切換電路及其切換計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電磁流量計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)一種電磁場(chǎng)多級(jí)強(qiáng)度切換電路，設(shè)有電磁線圈，其特征在于所述電磁線圈的電源控制端設(shè)有電磁場(chǎng)強(qiáng)度切換單元，其包括DCDC壓控恒流源電路、DCDC開(kāi)關(guān)電源電路和采樣電阻切換電路，通過(guò)改變DCDC壓控恒流源的采樣電阻大小來(lái)切換DCDC壓控恒流源電路輸出電流，從而實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度的切換，采樣電阻切換電路中的每個(gè)采樣電阻通過(guò)控制電磁繼電器來(lái)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(qiáng)電磁流量計(jì)在小流量時(shí)的測(cè)量精度和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】電磁場(chǎng)多級(jí)強(qiáng)度切換電路及其切換計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電磁流量計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種用于增強(qiáng)電磁流量計(jì)在小流量 是的測(cè)量精度和穩(wěn)定性的數(shù)字控制電磁場(chǎng)多級(jí)強(qiáng)度切換電路及其切換計(jì)算方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電磁流量檢測(cè)技術(shù)自誕生到現(xiàn)在，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療飲用水等流量檢測(cè)環(huán)境，因 為電磁流量計(jì)是水流切割磁場(chǎng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，隨著流速增大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)越強(qiáng)，但是在小流 量時(shí)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)較弱，因此需要增加勵(lì)磁強(qiáng)度以使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)提高到可檢測(cè)范圍。
[0003] 目前，傳統(tǒng)電磁流量計(jì)中的電磁線圈輸入電源為恒壓，導(dǎo)致了當(dāng)線圈內(nèi)阻不同（不 同口徑的傳感器)，如實(shí)現(xiàn)多種磁場(chǎng)強(qiáng)度切換，電源效率很低，會(huì)產(chǎn)生大量的損耗。 并且，由于恒定電磁場(chǎng)公式為：Β=μηΙ，式中的μ為真空中的磁導(dǎo)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(dǎo)率也為固定值，磁場(chǎng)強(qiáng) 度只與I電流有關(guān)。
[0004] 因此，設(shè)計(jì)一種輸出磁場(chǎng)可調(diào)的電路成為檢測(cè)小流量信號(hào)的關(guān)鍵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種提高電路效率、降低 整體功耗、增強(qiáng)電磁流量計(jì)在小流量時(shí)的測(cè)量精度和穩(wěn)定性的數(shù)字控制電磁場(chǎng)多級(jí)強(qiáng)度切 換電路及其切換計(jì)算方法。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是： 一種電磁場(chǎng)多級(jí)強(qiáng)度切換電路，設(shè)有電磁線圈，其特征在于所述電磁線圈的電源控制 端設(shè)有電磁場(chǎng)強(qiáng)度切換單元，其包括DCDC壓控恒流源電路、DCDC開(kāi)關(guān)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(yùn)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(zhǔn)電壓芯片，所述芯片U5與濾波電容C7并聯(lián)對(duì)輸 出電壓進(jìn)行濾波，所述芯片U5的+12V通過(guò)電阻R10為芯片U5供電，連接到U4的第3腳， 形成基準(zhǔn)源，因此U4的第3腳電壓為1. 2V ;運(yùn)放U4的1、8、5腳懸空，當(dāng)采樣電阻切換電路 穩(wěn)定時(shí)，采樣電阻上的采樣電壓通過(guò)電阻R9輸入到運(yùn)放U4的第2腳，并在第6腳輸出穩(wěn)定 的電壓通過(guò)電阻R11控制晶體管Q5的工作狀態(tài)，保證通過(guò)電磁繼電器的電流為恒定， 所述ECDC開(kāi)關(guān)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(guò)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(fù)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(wǎng)絡(luò)， 以第一組切換電路為例，三極管Q通過(guò)連接到第1腳的CON_n控制(前端可以是單片機(jī)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(hù)二極管并聯(lián)到電磁繼電器 REALYn的線圈上，二極管D2的負(fù)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(fù)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(kāi)端第4腳與其他組的電磁繼電器REALY η的常開(kāi)端第4腳相連為恒流源電路和開(kāi)關(guān)電 源電路提供采樣信號(hào)。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(dāng)CON_n為大于0. 7V的電壓時(shí)(數(shù)字邏輯為1)時(shí)，三極管Q1 導(dǎo)通，電磁繼電器REALY η開(kāi)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(wǎng)絡(luò)。以達(dá)到通過(guò)控制接入采樣電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻的個(gè)數(shù)，來(lái)控制采樣電 阻的大小，并保持穩(wěn)定的作用，實(shí)現(xiàn)電磁繼電器產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的切換。
[0007] 本發(fā)明可在DCDC開(kāi)關(guān)電源電路中設(shè)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(dāng)采樣電阻切換電路保持穩(wěn)定時(shí)，ΤΡ1電壓穩(wěn)定， 通過(guò)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(yùn)放的 第8腳和第4腳。運(yùn)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(guò)第7腳輸出，通過(guò)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(diào)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(hào)的穩(wěn)定性，使電路電流調(diào)節(jié)更穩(wěn)定，使線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)更穩(wěn)定， 一種電磁場(chǎng)多級(jí)強(qiáng)度切換計(jì)算方法，其特征在于具體計(jì)算如下： 由于恒定電磁場(chǎng)公式：Β=μη I，（ μ為真空中的磁導(dǎo)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(dǎo)率也為固定，因此，磁場(chǎng)強(qiáng)度只與I電流有關(guān)，通過(guò)改變DCDC 壓控恒流源的采樣電阻大小來(lái)切換DCDC壓控恒流源電路輸出電流，從而實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度的 切換，采樣電阻切換電路中的每個(gè)采樣電阻通過(guò)控制電磁繼電器來(lái)接入采樣電路，采樣電 阻可根據(jù)需要選擇相同的值，或者不同的值，當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)數(shù)量或者通路不同時(shí)，采樣電阻電 路兩端的電壓為恒定， 即為U5, R10, C7組成的基準(zhǔn)源電路輸出的電壓，S卩，Vref ; 因此 當(dāng)A :R1=R2=......=Rn=R時(shí)，在選擇m路繼電器導(dǎo)通，得到的電流為， Iref=Vref/(R/m) 由公式得出，當(dāng)m越大時(shí)輸出電流越大，作用到線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)越大。
[0008] 當(dāng)B :R1，R2……Rn不相等時(shí)，在選擇第m路繼電器導(dǎo)通則得出電流為 Iref=Vref/(Rm) 由公式得出，當(dāng)Rm越小時(shí)，作用到線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)越大， 其中η和m為不小于2的整數(shù)， 當(dāng)電路不發(fā)生切換時(shí)，電路會(huì)保持固定一組采樣電阻狀態(tài)，DCDC壓控恒流源會(huì)輸出恒 定電流。
[0009] 本發(fā)明由于采用上述結(jié)構(gòu)和方法，具有高電路效率、降低整體功耗、增強(qiáng)電磁流量 計(jì)在小流量時(shí)的測(cè)量精度和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。
[0010]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)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(qiáng)度磁場(chǎng)切換為例進(jìn)行說(shuō)明）。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明： 如附圖1所示，介紹了一種電磁場(chǎng)多級(jí)強(qiáng)度切換電路，其設(shè)有電磁線圈，特征在于所述 電磁線圈的電源控制端設(shè)有電磁場(chǎng)強(qiáng)度切換單元，其包括DCDC壓控恒流源電路、DCDC開(kāi)關(guān) 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(yùn)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(zhǔn)電壓芯片，所述芯片U5與濾波電容C7并聯(lián)對(duì)輸 出電壓進(jìn)行濾波，所述芯片U5的+12V通過(guò)電阻R10為芯片U5供電，連接到U4的第3腳， 形成基準(zhǔn)源，因此U4的第3腳電壓為1. 2V ;運(yùn)放U4的1、8、5腳懸空，當(dāng)采樣電阻切換電路 穩(wěn)定時(shí)，采樣電阻上的采樣電壓通過(guò)電阻R9輸入到運(yùn)放U4的第2腳，并在第6腳輸出穩(wěn)定 的電壓通過(guò)電阻R11控制晶體管Q5的工作狀態(tài)，保證通過(guò)電磁繼電器的電流為恒定。
[0012] 所述EOC開(kāi)關(guān)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(guò)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(fù)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(dāng)采樣電阻切換電路保持穩(wěn)定時(shí)，T P 1 的電壓穩(wěn)定，通過(guò)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(yùn)放的第8腳和第4腳。運(yùn)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(guò)第7腳輸出，通過(guò)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(diào)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(hào)的穩(wěn)定性，使電路電流調(diào)節(jié)更穩(wěn)定，使線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(wǎng)絡(luò)，以第一組切換電路為例，三極管Q通過(guò)連接到第1腳 的C0N_1控制(其前端可以是單片機(jī)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(hù)二極管并聯(lián)到電磁繼電器REALY1的線圈上，二極管D2的負(fù)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(fù)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(kāi)端第4腳與其他組的電磁繼電器REALYn的常開(kāi)端 第4腳相連為恒流源電路和開(kāi)關(guān)電源電路提供采樣信號(hào)。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(dāng)C0N_1為大于0. 7V的電 壓時(shí)(數(shù)字邏輯為1)時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，電磁繼電器REALY1開(kāi)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(wǎng)絡(luò)。以達(dá)到通過(guò)控制接入采樣電阻 網(wǎng)絡(luò)的電阻的個(gè)數(shù)，來(lái)控制采樣電阻的大小，并保持穩(wěn)定的作用，實(shí)現(xiàn)電磁繼電器產(chǎn)生的磁 場(chǎng)強(qiáng)度的切換。
[0014] 如圖2所示(僅以3種強(qiáng)度磁場(chǎng)切換為例進(jìn)行說(shuō)明)，U3作為輸出可調(diào)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(dāng)切換電路保持不切換狀態(tài)，則采 樣電阻網(wǎng)路阻值恒定，U3通過(guò)采集采樣電阻上的電壓，來(lái)調(diào)節(jié)內(nèi)部開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比，從而 調(diào)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(chǎng)恒定， 采樣電壓為：

【權(quán)利要求】
1. 一種電磁場(chǎng)多級(jí)強(qiáng)度切換電路，設(shè)有電磁線圈，其特征在于所述電磁線圈的電源控 制端設(shè)有電磁場(chǎng)強(qiáng)度切換單元，其包括DCDC壓控恒流源電路、DCDC開(kāi)關(guān)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(yùn)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(zhǔn)電壓芯片，所述芯片U5與濾波電容C7并聯(lián)對(duì)輸 出電壓進(jìn)行濾波，所述芯片U5的+12V通過(guò)電阻R10為芯片U5供電，連接到U4的第3腳， 形成基準(zhǔn)源，因此運(yùn)放U4的第3腳電壓為1. 2V ;運(yùn)放U4的1、8、5腳懸空，當(dāng)采樣電阻切換 電路穩(wěn)定時(shí)，采樣電阻上的采樣電壓通過(guò)電阻R9輸入到運(yùn)放U4的第2腳，并在第6腳輸出 穩(wěn)定的電壓通過(guò)電阻R11控制晶體管Q5的工作狀態(tài)，保證通過(guò)電磁繼電器的電流為恒定， 所述ECDC開(kāi)關(guān)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(guò)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(fù)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(wǎng) 絡(luò)，三極管Q通過(guò)連接到第1腳的CON_n控制(前端可以是單片機(jī)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(hù)二極管并聯(lián)到電磁繼電器REALY η的線圈上， 二極管D2的負(fù)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(fù)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(kāi)端第4腳與 其他組的電磁繼電器REALY η的常開(kāi)端第4腳相連為恒流源電路和開(kāi)關(guān)電源電路提供采樣 信號(hào)。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(dāng)CON_ η為大于0. 7V的電壓時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，電磁繼電器REALY η開(kāi)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(wǎng)絡(luò)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁場(chǎng)多級(jí)強(qiáng)度切換電路，其特征在于所述DCDC開(kāi)關(guān) 電源電路中設(shè)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(dāng)采樣電阻切換電路保持穩(wěn)定時(shí)，TP1電壓穩(wěn)定，通過(guò)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(yùn)放的第8腳和第4腳，運(yùn)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(guò)第7腳輸出，通過(guò)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(chǎng)多級(jí)強(qiáng)度切換計(jì)算方法，其特征在于具體計(jì)算如下： 由于恒定電磁場(chǎng)公式：Β=μη I，μ為真空中的磁導(dǎo)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(dǎo)率也為固定，因此，磁場(chǎng)強(qiáng)度只與I電流有關(guān)，通過(guò)改變Drac壓 控恒流源的采樣電阻大小來(lái)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(gè)采樣電阻通過(guò)控制電磁繼電器來(lái)接入采樣電路，當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)數(shù)量或者通路不同時(shí)，采 樣電阻電路兩端的電壓為恒定， 即為U5, R10, C7組成的基準(zhǔn)源電路輸出的電壓，S卩，Vref ; 因此 當(dāng)A :R1=R2=......=Rn=R時(shí)，再選擇m路繼電器導(dǎo)通，得到的電流為， Iref=Vref/(R/m) 由公式得出，當(dāng)m越大時(shí)輸出電流越大，作用到線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)越大。 當(dāng)B :R1，R2……Rn不相等時(shí)，在選擇第m路繼電器導(dǎo)通則得出電流為 Iref=Vref/(Rm) 由公式得出，當(dāng)Rm越小時(shí)，作用到線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)越大， 其中η和m為不小于2的整數(shù)， 當(dāng)電路不發(fā)生切換時(shí)，電路會(huì)保持固定一組采樣電阻狀態(tài)，DCDC壓控恒流源會(huì)輸出恒 定電流。
【文檔編號(hào)】G01F1/60GK104048711SQ201410315986
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】杜家斌, 王永臣, 戚清 申請(qǐng)人:威海市天罡儀表股份有限公司