矿用防爆电磁流量计的励磁电路设计

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某模拟器具备发射信号的转发功能 ，模拟器的延迟时间是其非常重要的指标，对模拟器的应用起着重要作用 ，其 中模拟器的延迟时间的测试作为模拟器指标测试的重要部分是个难点，本文根据模拟器实际使用的需要，并对模拟器的延迟时间的测试进行具体分析，并提出了具体测试方法 。

2.模拟器延迟时间分析在模拟器 的延 迟时间测试过程中主要采用外同步触发，外同步信号使用微波信号源的内部调制脉冲输出，用示波器测试同步脉冲与转发脉冲 的前沿的时间差值作为模拟器整机延时。测试中直接测出的延时值包含测试系统本身的延时值，既系统固有延时(主要由电缆、检波电路等造成)，所以实际整机延时值应是测试值减去系统固有延时值。整机延时的测试波形时序关系如图l所刁 。

3.测试平台设计与实现测试平台硬件设计如 图2所示，主要包括控制计算机、供电控制台、频谱分析仪、微波计数器、通用计数器、微波信号源、示波器、频率计、衰减器等。

4.模拟器延迟时间测试4.1实际整机延时的测试整机延时测试设备连接如图3所示。图中的检波器为微波计数器内置的检波器。示波器测得的总延迟时间(Total Time Delay)有如下关系式： 7： ) 21 十 式中：～ 模拟器整机延时；- 定向耦合器延时；，- 检波器延时；- 6OdB衰减器的延时；)-信号源至模拟器方向的延时；- 模拟器至定向藕合器的延时；、 7：、 -对应电缆的延时：- 高频接头的延时；， -信号源同步脉冲固有时间差值。

其中， 高频接头的延时 (按微波信号走向)包括：· 接头 1”的延时；· 接头 2”的延时；· 接头 2”的延时(模拟器转发后输出)；· 接头 3”的延时；· 接头 4”的延时；· 接头 5”的延时；· 接头 6”的延时：即： 2 十 为了精确测量模拟器整机延时，除了示 波器必 须精确测 定总延 时Tvul外 ，还 有 、 7 、 7 ，。 、 、 、 t 、7等参数需要知道。即需要知道系统本身的总延迟时间(Intrinsic Total Time Delay)7 。。

4.2系统固有延时的测试测试系统 固有延时值 的方法 同测试模拟器整机延时的方法，只是把模拟器的高频输入信号电缆直接与模拟器转发输出电缆相连，如图4所示。

示波器测得的系统本身的总延迟时间(Intrinsic TotaITime Delay)TirrD有如下关系式：TTD 7 。 z ， (2。，7 十7 十 -7图3中， 高频接头的延时 (按微波信号走向)包括 ：· 接头 2”的延时· 接头 3”的延时· 接头 4”的延时· 接头 5”的延时· 接头 6”的延时即： -7 十 t 5.系统延时测量精度分析由于微波计数器内部检波器电路的特性，输入的微波信号必须达到-定的幅度，实现电路的本质安全 。本质安全电路要求在正常工作和故障状态下都必须是安全的，所产生的电火花均不足以点燃周围环境中的爆炸性混合气体。

4.电磁流量计本安励磁电路电磁流量计传感器励磁 电流 是产 生电火花的危险源，电磁流量计要用于井下，首先得励磁电路达到本质安全要求。

其 电参数主要是 电阻和 电感 ，电阻值为40-60Q (两线圈串联 )，电感量为1O0-300mH，其中电感量是危险源所在。当电流流过电感线圈时，在线圈内部会产生磁场，磁场贮存能量，当电路断开时，储存在线圈中的能量就会以火花的形式释放出来，应此必须吸收或泄放线圈的贮能才能达到本安的要求。

在线 圈两 端并联 绪流支 路，以泄放线圈储存 的磁场 能，降低通 断时的电火 花能量。如图5所示 。

在正常状态，它不影响电路工作，当电路断开时，它与线圈组成泄放 回路，将电压钳位在二极管正向导通压降 (O.7V左右)。

但 是，简单的绪流二极管 只适用于直流 电路，即单向电流情况。为了避免电极极化现象和消除市电噪声干扰 ，电磁流量计需采用低频矩形波励磁，因此励磁信号是周期性双向电流，如图6所示 。

这里，我们采用-种新型的瞬态电压抑制器 (Transient Voltage Suppressor)，简称TVS管。TVS管是在稳压管工艺基础上发展起来的-种新型电子元件，当TVS管两端产生瞬间的高压冲击时，它能以极高的速度(最高达l/1O 秒)骤然降低阻抗为导通状态，吸收电流，泄放能量。它的特点是：响应速度快 (ps级)、钳位精准 (0.IV)、泄放能里强 (几A到几百 ，最重要的-点，它可以实现双向钳位泄放，满足我们双向励磁的要求，不影响电磁流量计正常工作并起到抑制火花作用。如图7所示。

在激磁电流是125mA，线圈电阻为45 Q情况下，线圈工作电压为5.625V，我们选用6.8V双向TVS管P6KE6.8CA做泄放回路，其反应速度快，开关延迟约为lps，钳位精准，有效抑制了能量外泄。

此电路通过了国家安全生产矿用设备检测检验中心防爆站并联、串联、短路、断路等安全实验测试，达到本质安全标准。

5.结束语在本安电路设计中应用电容或电感等贮能器件时，在满足电路正常功能的情况下，提供有效的保护措施，限制能量输出并提供能量泄放 回路，以降低发生短路、断路时的电火花能量，从而达到本质安全。