低功耗電池供電電磁流量計研究與設計 二十一

3.2 電磁流量計低頻三值矩形波勵磁設計

本文所設計的電磁流量計采用三值矩形波勵磁方式，采用鋰電池作為勵磁系統的供電單元，避免工頻供電時，由于電源電壓幅值和頻率波動引起的供電電源性干擾的影響。

同時通過模擬開關的周期性控制獲得所需勵磁頻率。采用低頻磁場有利于降低正交干擾和同相干擾。根據三值矩形波的特點，僅發生在波形轉換過程期間，如果轉換過程時間比較短（這段時間存在微分干擾），磁感應強度在大部分時間幅度是穩定的，即使會存在正負兩種極性。因此，采用不同的時序，由矩形波的后沿向前的時間段為流量信號的一個周期。這段時間處于波形處于穩定狀態，因而在這段時間采樣可以把由波形前沿產生的微分干擾切除掉。在一個周期的采樣時間內，電極信號中混入的串模干擾在采樣時間內的正負面積相等，平均值為零，就可以消除信號中的串模干擾。

三值低頻矩形波的理論波形如圖3.3 所示。勵磁信號周期選為160ms，即勵磁頻率為6.25Hz，等效于工頻的八分頻。圖3-4 是勵磁電路的等效電路，是一個恒流源交替切換的RL 電路，當開關依圖3.5 時序切換，即可完成三值波的調制。

實際上，勵磁信號產生電路調制生成三值波時，開關的通斷不是理想狀態的，它具有一定的物理特性，再加上電路中存在電容電感的影響，矩形波勵磁電流由一個穩態向另一個穩態轉化時，激磁線圈里的電流不可能是標準的矩形波，它需要一定時間的積分變化過程。即勵磁電流存在微分干擾，會影響采樣精度。

只要選用性能較好的開關元件及設計合適的電路參數即可得到理想的工作段。在一個周期內，當波形進入到矩形波的平穩階段后，取t1=10ms；t2=90ms 時，再對信號進行采樣，很好地消除了被測信號的微分干擾成分。三值矩形波的跳變高度為I0，傳統矩形波的跳變高度為2I0，因此三值波跳變的幅度比矩形波小，對勵磁電流平均直段的影響也小。

在電磁流量計中，產生傳感器工作磁場的勵磁信號是電流i (t) e ，而電感電壓L U 則是產生微分干擾的根源。顯然，大的電感量其電路的時間常數 就大，電流的上升（下降）時間長，微分干擾也就大。

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