电磁流量计在工业应用中达到高精度

         从炼油厂到自动售货机的工业应用需要温度，压力和流量的精确测量，以控制复杂和简单的过程。例如，在食品工业中，当填充瓶和罐时的流量的精确控制可以直接影响利润，因此必须**小化流量测量误差。类似地，保管转移应用，例如在石油工业中的罐和罐车之间交换原始和精炼石油，需要高精度测量。本文介绍了流量计技术的概述，重点是电磁流量计，这是液体流量测量中**精确的。

         图1示出了使用流量计和致动器来控制液体流量的基本过程控制系统。在**低水平，通过输入模块（通常是可编程逻辑控制器（PLC）的一部分）监测诸如温度，流速和气体浓度的过程变量。通过比例积分微分（PID）回路在本地处理信息。使用该信息，PLC设置输出以在稳定状态下控制过程。过程数据，诊断和其他信息可以传递到操作级别，并且命令，参数和校准数据可以传递到传感器和致动器。

         许多不同的技术用于测量流速，包括压差，科里奥利，超声波和电磁。差压流量计是**常见的，但它们对系统中的压力变化敏感。科里奥利流量计可提供**高精度，高达0.1％，但它们体积大，价格昂贵。超声波流量计相当小，成本低，但精度有限（典型值为0.5％）。超声波流量计使用非侵入式测量技术，可提高可靠性并**小化传感元件随时间的退化，但它们不能用于脏的或污染的液体。

         电磁流量计还提供无创传感。它们可与酸性，碱性和电离液体一起使用，电导率范围为10 S / m至10-6 S / m，以及干净，肮脏，腐蚀性，腐蚀性或粘性液体和浆料，但不适用于用于烃或气体流量测量。它们可以在低和高体积流速下实现相对高的系统精度（0.2％），**小直径为约0.125英寸，**大体积为约10立方英尺，并且读数在甚至更慢的速度下保持可重复。它们可以测量上游或下游的双向流量。表1比较了几种常见的流量计技术。

         电磁流量计使用法拉第电磁感应定律，其指出在通过磁场移动的导体中感应出电压。液体用作导体;磁场由流管外部的通电线圈产生。感应电压的大小与导体的速度和类型，管的直径和磁场的强度成正比，如图2所示。

         数学上，我们可以将法拉第定律定义为E = kBLV

         其中V是导电流体的速度，B是磁场强度，L是拾取电极之间的间隔，E是跨电极测量的电压，k是常数。 B，L和k是固定的或可以被校准，所以方程减少到EαV.

         通过螺线管的场线圈的电流产生受控磁场。特定的激励波形是电磁流量计的一个重要方面，并且使用许多类型，包括低频矩形波，电源线频率正弦波，双频波和可编程脉冲宽度。表2示出了各种传感器线圈激励波形。

         **初的应用使用低频直流矩形在电力线频率的1/25，1/16，1/10，1/8，1/4或1/2处激励传感器线圈（50Hz / 60Hz ）。低频激励使用恒定幅度，交流方向电流来实现低零漂移。电流的方向用晶体管或MOSFET H桥切换。当SW1和SW4接通，SW2和SW3断开时（图3a），传感器线圈在正相激励;恒定电流进入EXC +并退出EXC-。当SW1和SW4断开，SW2和SW3接通时（图3b），传感器线圈在负相位激励;并且恒定电流进入EXC-并且退出EXC +。

         电磁流量计的励磁电流相对于其他流量技术而言相当大，125 mA至250 mA覆盖了线路供电流量计的大多数量程。高达500 mA或1 A的电流将用于较大直径的管道。图4显示了一个可以产生精确的250 mA传感器线圈励磁的电路。 ADR3412 8 ppm /°C参考电压提供1.2 V设置点来偏置电流。

         虽然用于使用参考，放大器和晶体管电路的电流激励的传统方法提供具有低噪声的良好性能，但由于大电流在大电压上的线性下降，其遭受显着的功率损耗。因此需要散热器，这增加了系统成本和面积。具有开关模式电源的恒流吸收器正变成激发传感器线圈的更流行的方式。图5显示了配置为提供恒定电流输出的ADP2441同步降压型DC-DC稳压器。这种技术消除了标准电流阱的损耗，大大提高了系统性能。

         高功率系统使用电流检测诊断功能来监测电流随负载，电源，时间和温度的变化;并且还可以检测打开的传感器线圈。 AD8219电流分流放大器可用于在80 V共模范围内以60 V / V增益和0.3％精度监视激励电流。使用AD7400A隔离Σ-Δ调制器和AD8646轨至轨运算放大器的隔离电流放大器如图6所示.AD7400输出通过4阶低通滤波器进行处理，以重建感测输出。