电磁流量计可在工业使用中完成高精度

简介

从炼油厂到主动售货机等工业运用要求具有准确的温度、压力 和流量丈量，以操控杂乱以及简略进程。例如，在食品行业，产品装瓶和装罐的流量准确操控会直接影响赢利，因而有必要最大程度下降流量丈量误差。类似地，封闭运送运用——比方石油工业中油罐和油罐车之间的原油和成品油交流——需求高精度丈量。本文供给流量计技能概述，要点评论液体流量丈量中精度最高之一的电磁流量计。

图 1 显现选用流量计和执行器操控液体流速的根本进程操控体系。在最低的水平处，比如温度、流速和气体浓度等进程变量经过输入模块监控，该模块一般是可编程逻辑操控器(PLC)的一部分。这些信息由份额-积分-微分(PID)环路在内部处理。PLC运用这些信息来设置输出，操控稳态进程。进程数据、诊 断和其他信息可向上传递至操作层，而指令、参数和校准数据可向下传递至传感器和执行器。

图 1. 丈量和操控液体流速的根本体系

选用多种不同技能丈量流速，包含差压、科氏力、超声和电磁等。最常用的是差压流量计，但它们对体系中的压力改动较为灵敏。科氏流量计具有最高的精度(高达 0.1%)，但它们体积较大且本钱昂扬。超声流量计一般体积较小、本钱较低，但精度有限(典型值为 0.5%)。超声流量计选用无创丈量技能， 提高可靠性的一起最大程度减少了随时刻改动的检测要素的影响，但无法用于脏水或遭到污染的液体。

电磁流量计也能供给无创检测。这些设备可用于酸性、碱性和离子液体——这些液体的电导率规模为 10 S/m至 10–6 S/m，而且可所以洁净、龌龊、腐蚀性、侵蚀性或粘性的液体或浆体，但不适用于碳氢化合物或气体流量丈量。它们能够针对直径小至大约 0.125 英寸、最大容量为 10 立方英尺的低流速和高流速供给相对较高的体系精度(0.2%)，而且哪怕在更低的流速下也能坚持读数的可重复性。它们能够丈量双向流量，即上游或下流。表 1 比较了几种常见的流量计技能。

表 1. 工业流量计技能

电磁流量计选用法拉第电磁感应规律，该规律指出，在磁场中移动的导体将会发生感应电压。液体可看作导体；磁场由流管外的通电线圈发生。感应电压起伏直接与导体的运动速度和导体类型、流管直径以及磁场强度成正比，如图 2 所示。

法拉第规律在数学上能够表明为：E = kBLV

其间，V表明导电流体的运动速度；B表明磁场强度；L表明拾取电极之间的距离；E表明电极两头测得的电压；k为常数。B、L和k可所以固定值，也能够进行校准，然后等式简化为：E ∝ V。

图 2. 电磁流量计

流过励磁线圈的电流发生受控磁场。专用励磁波形是电磁流量计的一个重要方面，在实践运用中会运用多种类型，包含低频矩形波、电力线频率正弦波、双频波和可编程脉冲宽度。表2 显现各种传感器线圈的励磁波形。

表 2. 传感器励磁类型、波形和特性

大部分运用选用低频直流矩形波励磁 ⁄25、 ⁄16、 ⁄10、 ⁄8、 ⁄4 或⁄2 电力线频率(50 Hz/60 Hz)的传感器线圈。低频励磁具有稳定的起伏和方向替换改动的电流，完成低频零漂移功用。电流方向选用晶体管或场效应管H电桥进行切换。若SW1 和SW4 导通，而SW2 和SW3 封闭(图 3a)，则传感器线圈处于正相位励磁期间；一起，稳定电流进入EXC+并流出EXC– 。若SW1和SW4 封闭，而SW2 和SW3 导通(图 3b)，则传感器线圈处于负相位励磁期间；一起，稳定电流进入EXC–并流出EXC+。

图 3. H 电桥操控传感器线圈励磁相位

电磁流量计的励磁电流比较其他流量丈量技能而言非常大，其规模为 125 mA至 250 mA，掩盖线路供电式流量计的首要规模。高达 500 mA或 1 A的电流将用于直径更大的管道。图 4所示电路能够发生精细 250 mA传感器线圈励磁。8 ppm/°C基准电压源ADR3412 供给完成电流偏置的 1.2 V设定点。

图 4. 线性调理吸电流

尽管这种传统的电流励磁办法选用基准电压源、放大器和晶体管电路供给杰出的低噪声功用，但该办法因为经过功率晶体管的电流和其两头的电压降都很大，因而功率丢失极大。该办法需求运用散热器，然后增加了体系本钱和尺度。具有开关形式电源的恒流源正成为更盛行的传感器线圈励磁办法。图 5 显现同步降压DC-DC调理器 ADP2441 装备为恒流源输出。这项技能能够消除运用线性电流源的功率丢失，并可极大地改进 体系功用。

图 5. 开关形式稳定电流励磁电路

功率更高的体系选用电流检测确诊功用监测随负载、电源、时刻和温度改动的电流改动，一起还能检测传感器线圈开路。分流放大器 AD8219 可用来监测 80 V共模电压规模内 60 V/V增益和 0.3%精度的励磁电流。阻隔式电流放大器选用阻隔式Σ-∆调制器 AD7400A 以及轨到轨运算放大器AD8646，如图 6 所示。AD7400 的输出经过四阶低通滤波器处理，以便重构检测输出。