在工業應用中電磁流量計如何實現高精度

從煉油廠到自動售貨機等工業應用要求具有精確的溫度、壓力 和流量測量，以控制復雜以及簡單過程。例如，在食品行業，產品裝瓶和裝罐的流量精確控制會直接影響利潤，因此必須較大程度降低流量測量誤差。類似地，封閉運輸應用——比如石油工業中油罐和油罐車之間的原油和成品油交換——需要高精度測量。

電磁流量計也能提供無創檢測。這些設備可用于酸性、堿性和離子液體——這些液體的電導率范圍為 10 S/m至 10–6 S/m，并且可以是干凈、骯臟、腐蝕性、侵蝕性或粘性的液體或漿體，但不適用于碳氫化合物或氣體流量測量。它們能夠針對直徑小至大約 0.125 英寸、最大容量為 10 立方英尺的低流速和高流速提供相對較高的系統精度(0.2%)，并且哪怕在更低的流速下也能保持讀數的可重復性。它們可以測量雙向流量，即上游或下游。

電磁流量計采用法拉第電磁感應定律，該定律指出，在磁場中移動的導體將會產生感應電壓。液體可看作導體；磁場由流管外的通電線圈產生。感應電壓幅度直接與導體的運動速度和導體類型、流管直徑以及磁場強度成正比。流過勵磁線圈的電流產生受控磁場。專用勵磁波形是電磁流量計的一個重要方面，在實際應用中會使用多種類型，包括低頻矩形波、電力線頻率正弦波、雙頻波和可編程脈沖寬度。

電磁流量計的勵磁電流相比其他流量測量技術而言非常大，其范圍為 125 mA至 250 mA，覆蓋線路供電式流量計的主要范圍。高達 500 mA或 1 A的電流將用于直徑更大的管道。圖 4所示電路可以產生精密 250 mA傳感器線圈勵磁。8 ppm/°C基準電壓源ADR3412 提供實現電流偏置的 1.2 V設定點。雖然這種傳統的電流勵磁方法采用基準電壓源、放大器和晶體管電路提供良好的低噪聲性能，但該方法由于經過功率晶體管的電流和其兩端的電壓降都很大，因此功率損失極大。該方法需要使用散熱器，從而增加了系統成本和尺寸。具有開關模式電源的恒流源正成為更流行的傳感器線圈勵磁方法。功率更高的系統采用電流檢測診斷功能監測隨負載、電源、時間和溫度變化的電流改變，同時還能檢測傳感器線圈開路。電極或檢測元件同樣也是重要的考慮因素。兩種主要的測量技術都是容性的，一種是電極安裝在管道外面；另一種更常見，即電極插入管道中，并由液體沖刷。

如果兩個電極采用相同的材料，并且具有相同的表面狀況，那么它們的電位應當相等。然而，事實上，極化電位會像低頻交流信號那樣緩慢波動，因為流體和電極之間存在物理摩擦或電化學效應。任何失配都將表現為差模噪聲。偏置電壓與電極電位共同組成共模電壓，在第一級放大器輸入端產生幾百mV至大約1 V的共模電壓；因此，電子器件必須具有適當的共模抑制能力。

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