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簡述在工業應用中智能電磁流量計怎么才能實現高精度
發布時間：2018-06-25 15:27:27 瀏覽量：5701
簡介從煉油廠到主動售貨機等工業運用要求具有準確的溫度、壓力 和流量檢測，以操控雜亂以及簡略進程。例如，在食品行業，產品裝瓶和裝罐的流量準確操控會直接影響贏利，因而有必要最大程度下降流量檢測差錯。類似地，封閉運送運用——比方石油工業中油罐和油罐車之間的原油和成品油交流——需求高精度檢測。本文供給流量計技能概述，要點評論液體流量檢測中精度最高之一的智能電磁流量計。
圖 1 顯現選用流量計和執行器操控液體流速的根本進程操控體系。在最低的水平處，比如溫度、流速和氣體濃度等進程變量經過輸入模塊監控，該模塊一般是可編程邏輯操控器(PLC)的一部分。這些信息由份額-積分-微分(PID)環路在內部處理。PLC運用這些信息來設置輸出，操控穩態進程。進程數據、診 斷和其他信息可向上傳遞至操作層，而指令、參數和校準數據可向下傳遞至傳感器和執行器。
圖 1. 檢測和操控液體流速的根本體系
選用多種不同技能檢測流速，包含差壓、科氏力、超聲和電磁等。最常用的是差壓流量計，但它們對體系中的壓力改動較為靈敏。科氏流量計具有最高的精度(高達 0.1%)，但它們體積較大且本錢昂揚。超聲流量計一般體積較小、本錢較低，但精度有限(典型值為 0.5%)。超聲流量計選用無創檢測技能， 提升可靠性的一起最大程度減少了隨時刻改動的檢測要素的影響，但無法用于臟水或遭到污染的液體。
電磁流量計也能供給無創檢測。這些設備可用于酸性、堿性和離子液體——這些液體的電導率規模為 10 S/m至 10–6 S/m，而且可所以潔凈、齷齪、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檢測。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供給相對較高的體系精度(0.2%)，而且哪怕在更低的流速下也能堅持讀數的可重復性。它們能夠檢測雙向流量，即上游或下流。表 1 比較了幾種常見的流量計技能。
表 1. 工業流量計技能
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電磁 本文引證地址：http://www.eepw.com.cn/article/201702/338255.htm |
差壓 |
超聲 |
科氏 |
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| 檢測技能 |
法拉第電磁感應規律 |
差分：根據容性或根據電橋 |
傳感器互相關、時刻-數字、多普勒 |
差分相位 |
| 均勻精度 |
0.2%–1% |
0.5%–2% |
0.3%–2% |
0.10% |
| 均勻本錢 |
300–1000美元 |
300–1000美元 |
300–1000美元 |
3000–10000美元 |
| 長處 |
無活動零件 |
無活動零件 |
無活動零件 |
多功用，可用于簡直全部液體/氣體 |
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合適腐蝕性液體運用 |
多功用，可用于液體/ 氣體 |
多功用，可適應后向裝置 |
獨立于壓力和溫度 |
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雙向流量檢測 |
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電磁流量計選用法拉第電磁感應規律，該規律指出，在磁場中移動的導體將會發生感應電壓。液體可看作導體；磁場由流管外的通電線圈發生。感應電壓起伏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，如圖 2 所示。
法拉第規律在數學上能夠表明為：E = kBLV
其間，V表明導電流體的運動速度；B表明磁場強度；L表明拾取電極之間的距離；E表明電極兩頭測得的電壓；k為常數。B、L和k可所以固定值，也能夠進行校準，然后等式簡化為：E ∝ V。
圖 2. 電磁流量計
流過勵磁線圈的電流發生受控磁場。專用勵磁波形是電磁流量計的一個重要方面，在實踐運用中會運用多種類型，包含低頻矩形波、電力線頻率正弦波、雙頻波和可編程脈沖寬度。表2 顯現各種傳感器線圈的勵磁波形。
表 2. 傳感器勵磁類型、波形和特性
大部分運用選用低頻直流矩形波勵磁 ?25、 ?16、 ?10、 ?8、 ?4 或?2 電力線頻率(50 Hz/60 Hz)的傳感器線圈。低頻勵磁具有穩定的起伏和方向替換改動的電流，完成低頻零漂移功用。電流方向選用晶體管或場效應管H電橋進行切換。若SW1 和SW4 導通，而SW2 和SW3 封閉(圖 3a)，則傳感器線圈處于正相位勵磁期間；一起，穩定電流進入EXC+并流出EXC– 。若SW1和SW4 封閉，而SW2 和SW3 導通(圖 3b)，則傳感器線圈處于負相位勵磁期間；一起，穩定電流進入EXC–并流出EXC+。
圖 3. H 電橋操控傳感器線圈勵磁相位
電磁流量計的勵磁電流比較其他流量檢測技能而言非常大，其規模為 125 mA至 250 mA，掩蓋線路供電式流量計的首要規模。高達 500 mA或 1 A的電流將用于直徑更大的管道。圖 4所示電路能夠發生精細 250 mA傳感器線圈勵磁。8 ppm/°C基準電壓源ADR3412 供給完成電流偏置的 1.2 V設定點。
圖 4. 線性調理吸電流
盡管這種傳統的電流勵磁辦法選用基準電壓源、放大器和晶體管電路供給杰出的低噪聲功用，但該辦法因為經過功率晶體管的電流和其兩頭的電壓降都很大，因而功率丟失極大。該辦法需求運用散熱器，然后增加了體系本錢和尺度。具有開關形式電源的恒流源正成為更盛行的傳感器線圈勵磁辦法。圖 5 顯現同步降壓DC-DC調理器 ADP2441 配置為恒流源輸出。這項技能能夠消除運用線性電流源的功率丟失，并可極大地改進 體系功用。
圖 5. 開關形式穩定電流勵磁電路
功率更高的體系選用電流檢測確診功用監測隨負載、電源、時刻和溫度改動的電流改動，一起還能檢測傳感器線圈開路。分流放大器 AD8219 可用來監測 80 V共模電壓規模內 60 V/V增益和 0.3%精度的勵磁電流。阻隔式電流放大器選用阻隔式Σ-?調制器 AD7400A 以及軌到軌運算放大器AD8646，如圖 6 所示。AD7400 的輸出經過四階低通濾波器處理，以便重構檢測輸出。