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在工业应用中电磁流量计如何实现高精度

点击次数:791  更新时间:2023-08-18

从炼油厂到自动售货机等工业应用要求具有精确的温度、压力 和流量测量,以控制复杂以及简单过程。例如,在食品行业,产品装瓶和装罐的流量精确控制会直接影响利润,因此必须较大程度降低流量测量误差。类似地,封闭运输应用——比如石油工业中油罐和油罐车之间的原油和成品油交换——需要高精度测量。

电磁流量计也能提供无创检测。这些设备可用于酸性、碱性和离子液体——这些液体的电导率范围为 10 S/m至 10–6 S/m,并且可以是干净、肮脏、腐蚀性、侵蚀性或粘性的液体或浆体,但不适用于碳氢化合物或气体流量测量。它们能够针对直径小至大约 0.125 英寸、最大容量为 10 立方英尺的低流速和高流速提供相对较高的系统精度(0.2%),并且哪怕在更低的流速下也能保持读数的可重复性。它们可以测量双向流量,即上游或下游。

电磁流量计采用法拉第电磁感应定律,该定律指出,在磁场中移动的导体将会产生感应电压。液体可看作导体;磁场由流管外的通电线圈产生。感应电压幅度直接与导体的运动速度和导体类型、流管直径以及磁场强度成正比。流过励磁线圈的电流产生受控磁场。专用励磁波形是电磁流量计的一个重要方面,在实际应用中会使用多种类型,包括低频矩形波、电力线频率正弦波、双频波和可编程脉冲宽度。

电磁流量计的励磁电流相比其他流量测量技术而言非常大,其范围为 125 mA至 250 mA,覆盖线路供电式流量计的主要范围。高达 500 mA或 1 A的电流将用于直径更大的管道。图 4所示电路可以产生精密 250 mA传感器线圈励磁。8 ppm/°C基准电压源ADR3412 提供实现电流偏置的 1.2 V设定点。虽然这种传统的电流励磁方法采用基准电压源、放大器和晶体管电路提供良好的低噪声性能,但该方法由于经过功率晶体管的电流和其两端的电压降都很大,因此功率损失极大。该方法需要使用散热器,从而增加了系统成本和尺寸。具有开关模式电源的恒流源正成为更流行的传感器线圈励磁方法。功率更高的系统采用电流检测诊断功能监测随负载、电源、时间和温度变化的电流改变,同时还能检测传感器线圈开路。电极或检测元件同样也是重要的考虑因素。两种主要的测量技术都是容性的,一种是电极安装在管道外面;另一种更常见,即电极插入管道中,并由液体冲刷。

如果两个电极采用相同的材料,并且具有相同的表面状况,那么它们的电位应当相等。然而,事实上,极化电位会像低频交流信号那样缓慢波动,因为流体和电极之间存在物理摩擦或电化学效应。任何失配都将表现为差模噪声。偏置电压与电极电位共同组成共模电压,在第一级放大器输入端产生几百mV至大约1 V的共模电压;因此,电子器件必须具有适当的共模抑制能力。

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