低功耗电池供电电磁流量计研究与设计 二十一

3.2 电磁流量计低频三值矩形波励磁设计

本文所设计的电磁流量计采用三值矩形波励磁方式，采用锂电池作为励磁系统的供电单元，避免工频供电时，由于电源电压幅值和频率波动引起的供电电源性干扰的影响。

同时通过模拟开关的周期性控制获得所需励磁频率。采用低频磁场有利于降低正交干扰和同相干扰。根据三值矩形波的特点，仅发生在波形转换过程期间，如果转换过程时间比较短（这段时间存在微分干扰），磁感应强度在大部分时间幅度是稳定的，即使会存在正负两种极性。因此，采用不同的时序，由矩形波的后沿向前的时间段为流量信号的一个周期。这段时间处于波形处于稳定状态，因而在这段时间采样可以把由波形前沿产生的微分干扰切除掉。在一个周期的采样时间内，电极信号中混入的串模干扰在采样时间内的正负面积相等，平均值为零，就可以消除信号中的串模干扰。

三值低频矩形波的理论波形如图3.3 所示。励磁信号周期选为160ms，即励磁频率为6.25Hz，等效于工频的八分频。图3-4 是励磁电路的等效电路，是一个恒流源交替切换的RL 电路，当开关依图3.5 时序切换，即可完成三值波的调制。

实际上，励磁信号产生电路调制生成三值波时，开关的通断不是理想状态的，它具有一定的物理特性，再加上电路中存在电容电感的影响，矩形波励磁电流由一个稳态向另一个稳态转化时，激磁线圈里的电流不可能是标准的矩形波，它需要一定时间的积分变化过程。即励磁电流存在微分干扰，会影响采样精度。

只要选用性能较好的开关元件及设计合适的电路参数即可得到理想的工作段。在一个周期内，当波形进入到矩形波的平稳阶段后，取t1=10ms；t2=90ms 时，再对信号进行采样，很好地消除了被测信号的微分干扰成分。三值矩形波的跳变高度为I0，传统矩形波的跳变高度为2I0，因此三值波跳变的幅度比矩形波小，对励磁电流平均直段的影响也小。

在电磁流量计中，产生传感器工作磁场的励磁信号是电流i (t) e ，而电感电压L U 则是产生微分干扰的根源。显然，大的电感量其电路的时间常数 就大，电流的上升（下降）时间长，微分干扰也就大。

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