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簡述在工業(yè)應(yīng)用中智能電磁流量計怎么才能實現(xiàn)高精度
發(fā)布時間：2018-06-25 15:27:27 瀏覽量：5925
簡介從煉油廠到主動售貨機(jī)等工業(yè)運(yùn)用要求具有準(zhǔn)確的溫度、壓力 和流量檢測，以操控雜亂以及簡略進(jìn)程。例如，在食品行業(yè)，產(chǎn)品裝瓶和裝罐的流量準(zhǔn)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(yùn)送運(yùn)用——比方石油工業(yè)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(xiàn)選用流量計和執(zhí)行器操控液體流速的根本進(jìn)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(jìn)程變量經(jīng)過輸入模塊監(jiān)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(huán)路在內(nèi)部處理。PLC運(yùn)用這些信息來設(shè)置輸出，操控穩(wěn)態(tài)進(jìn)程。進(jìn)程數(shù)據(jù)、診 斷和其他信息可向上傳遞至操作層，而指令、參數(shù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可向下傳遞至傳感器和執(zhí)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(dá) 0.1%)，但它們體積較大且本錢昂揚(yáng)。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(chuàng)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(chuàng)檢測。這些設(shè)備可用于酸性、堿性和離子液體——這些液體的電導(dǎo)率規(guī)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?xì)浠衔锘驓怏w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(shù)的可重復(fù)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(yè)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(yīng)規(guī)律 |
差分：根據(jù)容性或根據(jù)電橋 |
傳感器互相關(guān)、時刻-數(shù)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(yùn)用 |
多功用，可用于液體/ 氣體 |
多功用，可適應(yīng)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(yīng)規(guī)律，該規(guī)律指出，在磁場中移動的導(dǎo)體將會發(fā)生感應(yīng)電壓。液體可看作導(dǎo)體；磁場由流管外的通電線圈發(fā)生。感應(yīng)電壓起伏直接與導(dǎo)體的運(yùn)動速度和導(dǎo)體類型、流管直徑以及磁場強(qiáng)度成正比，如圖 2 所示。
法拉第規(guī)律在數(shù)學(xué)上能夠表明為：E = kBLV
其間，V表明導(dǎo)電流體的運(yùn)動速度；B表明磁場強(qiáng)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(shù)。B、L和k可所以固定值，也能夠進(jìn)行校準(zhǔn)，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(fā)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(yùn)用中會運(yùn)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(xiàn)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(yùn)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(wěn)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(yīng)管H電橋進(jìn)行切換。若SW1 和SW4 導(dǎo)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(wěn)定電流進(jìn)入EXC+并流出EXC– 。若SW1和SW4 封閉，而SW2 和SW3 導(dǎo)通(圖 3b)，則傳感器線圈處于負(fù)相位勵磁期間；一起，穩(wěn)定電流進(jìn)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(guī)模為 125 mA至 250 mA，掩蓋線路供電式流量計的首要規(guī)模。高達(dá) 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(fā)生精細(xì) 250 mA傳感器線圈勵磁。8 ppm/°C基準(zhǔn)電壓源ADR3412 供給完成電流偏置的 1.2 V設(shè)定點。
圖 4. 線性調(diào)理吸電流
盡管這種傳統(tǒng)的電流勵磁辦法選用基準(zhǔn)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(jīng)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(yùn)用散熱器，然后增加了體系本錢和尺度。具有開關(guān)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(xiàn)同步降壓DC-DC調(diào)理器 ADP2441 配置為恒流源輸出。這項技能能夠消除運(yùn)用線性電流源的功率丟失，并可極大地改進(jìn) 體系功用。
圖 5. 開關(guān)形式穩(wěn)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(jiān)測隨負(fù)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(jiān)測 80 V共模電壓規(guī)模內(nèi) 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(diào)制器 AD7400A 以及軌到軌運(yùn)算放大器AD8646，如圖 6 所示。AD7400 的輸出經(jīng)過四階低通濾波器處理，以便重構(gòu)檢測輸出。
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