電磁流量計(jì)在工業(yè)應(yīng)用中達(dá)到高精度

         從煉油廠到自動(dòng)售貨機(jī)的工業(yè)應(yīng)用需要溫度，壓力和流量的精確測量，以控制復(fù)雜和簡單的過程。例如，在食品工業(yè)中，當(dāng)填充瓶和罐時(shí)的流量的精確控制可以直接影響利潤，因此必須最小化流量測量誤差。類似地，保管轉(zhuǎn)移應(yīng)用，例如在石油工業(yè)中的罐和罐車之間交換原始和精煉石油，需要高精度測量。本文介紹了流量計(jì)技術(shù)的概述，重點(diǎn)是電磁流量計(jì)，這是液體流量測量中最精確的。

         圖1示出了使用流量計(jì)和致動(dòng)器來控制液體流量的基本過程控制系統(tǒng)。在最低水平，通過輸入模塊（通常是可編程邏輯控制器（PLC）的一部分）監(jiān)測諸如溫度，流速和氣體濃度的過程變量。通過比例積分微分（PID）回路在本地處理信息。使用該信息，PLC設(shè)置輸出以在穩(wěn)定狀態(tài)下控制過程。過程數(shù)據(jù)，診斷和其他信息可以傳遞到操作級別，并且命令，參數(shù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以傳遞到傳感器和致動(dòng)器。

         許多不同的技術(shù)用于測量流速，包括壓差，科里奧利，超聲波和電磁。差壓流量計(jì)是最常見的，但它們對系統(tǒng)中的壓力變化敏感。科里奧利流量計(jì)可提供最高精度，高達(dá)0.1％，但它們體積大，價(jià)格昂貴。超聲波流量計(jì)相當(dāng)小，成本低，但精度有限（典型值為0.5％）。超聲波流量計(jì)使用非侵入式測量技術(shù)，可提高可靠性并最小化傳感元件隨時(shí)間的退化，但它們不能用于臟的或污染的液體。

         電磁流量計(jì)還提供無創(chuàng)傳感。它們可與酸性，堿性和電離液體一起使用，電導(dǎo)率范圍為10 S / m至10-6 S / m，以及干凈，骯臟，腐蝕性，腐蝕性或粘性液體和漿料，但不適用于用于烴或氣體流量測量。它們可以在低和高體積流速下實(shí)現(xiàn)相對高的系統(tǒng)精度（0.2％），最小直徑為約0.125英寸，最大體積為約10立方英尺，并且讀數(shù)在甚至更慢的速度下保持可重復(fù)。它們可以測量上游或下游的雙向流量。表1比較了幾種常見的流量計(jì)技術(shù)。

         電磁流量計(jì)使用法拉第電磁感應(yīng)定律，其指出在通過磁場移動(dòng)的導(dǎo)體中感應(yīng)出電壓。液體用作導(dǎo)體;磁場由流管外部的通電線圈產(chǎn)生。感應(yīng)電壓的大小與導(dǎo)體的速度和類型，管的直徑和磁場的強(qiáng)度成正比，如圖2所示。

         數(shù)學(xué)上，我們可以將法拉第定律定義為E = kBLV

         其中V是導(dǎo)電流體的速度，B是磁場強(qiáng)度，L是拾取電極之間的間隔，E是跨電極測量的電壓，k是常數(shù)。 B，L和k是固定的或可以被校準(zhǔn)，所以方程減少到EαV.

         通過螺線管的場線圈的電流產(chǎn)生受控磁場。特定的激勵(lì)波形是電磁流量計(jì)的一個(gè)重要方面，并且使用許多類型，包括低頻矩形波，電源線頻率正弦波，雙頻波和可編程脈沖寬度。表2示出了各種傳感器線圈激勵(lì)波形。

         最初的應(yīng)用使用低頻直流矩形在電力線頻率的1/25，1/16，1/10，1/8，1/4或1/2處激勵(lì)傳感器線圈（50Hz / 60Hz ）。低頻激勵(lì)使用恒定幅度，交流方向電流來實(shí)現(xiàn)低零漂移。電流的方向用晶體管或MOSFET H橋切換。當(dāng)SW1和SW4接通，SW2和SW3斷開時(shí)（圖3a），傳感器線圈在正相激勵(lì);恒定電流進(jìn)入EXC +并退出EXC-。當(dāng)SW1和SW4斷開，SW2和SW3接通時(shí)（圖3b），傳感器線圈在負(fù)相位激勵(lì);并且恒定電流進(jìn)入EXC-并且退出EXC +。

         電磁流量計(jì)的勵(lì)磁電流相對于其他流量技術(shù)而言相當(dāng)大，125 mA至250 mA覆蓋了線路供電流量計(jì)的大多數(shù)量程。高達(dá)500 mA或1 A的電流將用于較大直徑的管道。圖4顯示了一個(gè)可以產(chǎn)生精確的250 mA傳感器線圈勵(lì)磁的電路。 ADR3412 8 ppm /°C參考電壓提供1.2 V設(shè)置點(diǎn)來偏置電流。

         雖然用于使用參考，放大器和晶體管電路的電流激勵(lì)的傳統(tǒng)方法提供具有低噪聲的良好性能，但由于大電流在大電壓上的線性下降，其遭受顯著的功率損耗。因此需要散熱器，這增加了系統(tǒng)成本和面積。具有開關(guān)模式電源的恒流吸收器正變成激發(fā)傳感器線圈的更流行的方式。圖5顯示了配置為提供恒定電流輸出的ADP2441同步降壓型DC-DC穩(wěn)壓器。這種技術(shù)消除了標(biāo)準(zhǔn)電流阱的損耗，大大提高了系統(tǒng)性能。

         高功率系統(tǒng)使用電流檢測診斷功能來監(jiān)測電流隨負(fù)載，電源，時(shí)間和溫度的變化;并且還可以檢測打開的傳感器線圈。 AD8219電流分流放大器可用于在80 V共模范圍內(nèi)以60 V / V增益和0.3％精度監(jiān)視激勵(lì)電流。使用AD7400A隔離Σ-Δ調(diào)制器和AD8646軌至軌運(yùn)算放大器的隔離電流放大器如圖6所示.AD7400輸出通過4階低通濾波器進(jìn)行處理，以重建感測輸出。