电磁流量计可在工业应用中实现高精度
交流正弦波 |
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自从 1920 年以来就一直在使用。1950 年投入商用。低极化电压、电磁干扰、零点漂移。 |
低频直流矩形波 |
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自从 1975 年以来就一直在使用。频率为电力线频率的低零点漂移、抵抗嘈杂浆液的能力较差。 |
三态低频直流波 |
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自从 1978 年以来就一直在使用。无励磁电流时校准零点。低功耗。占空比为矩形波的1/2。 |
双频波 |
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以更高的频率调制1/8 电力线频率。可以最大程度降低浆液噪声。低零点漂移。快速响应。复杂操作。 |
可编程脉冲宽度 |
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使用微处理器控制励磁脉冲宽度和频率。不受浆液噪声影响。 |
大部分应用采用低频直流矩形波励磁 ⁄25、 ⁄16、 ⁄10、 ⁄8、 ⁄4 或⁄2 电力线频率(50 Hz/60 Hz)的传感器线圈。低频励磁具有恒定的幅度和方向交替变化的电流,实现低频零漂移性能。电流方向采用晶体管或场效应管H电桥进行切换。若SW1 和SW4 导通,而SW2 和SW3 关闭(图 3a),则传感器线圈处于正相位励磁期间;同时,恒定电流进入
图 3. H 电桥控制传感器线圈励磁相位
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。
图 4. 线性调节吸电流
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。图 5 显示同步降压DC-DC调节器 ADP2441 配置为恒流源输出。这项技术可以消除使用线性电流源的功率损失,并可极大地改善 系统性能。
图 5. 开关模式恒定电流励磁电路
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。分流放大器 AD8219 可用来监测 80 V共模电压范围内 60 V/V增益和 0.3%精度的励磁电流。隔离式电流放大器采用隔离式Σ-?调制器 AD7400A 以及轨到轨运算放大器AD8646,如图 6 所示。AD7400 的输出通过四阶低通滤波器处理,以便重构检测输出。
图 6. 隔离式励磁电流监控
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。
传感器电极有多种不同的材料选项,每一种都有独特的属性,包括温度漂移、腐蚀率和电极电位。最佳组合是采用低腐蚀率(每年<0.02 英寸)的高温材>100°C)。表 3 显示部分具有代表性的传感器材料,及其标准电位。
表 3. 传感器材料和电位
材料 |
标准电位(V) |
材料 |
标准电位(V) |
镁 |
–2.34 |
镍 |
–0.25 |
铍 |
–1.70 |
铅 |
–0.126 |
铝 |
–1.67 |
铜 |
+0.345 |
锰 |
–1.05 |
银 |
+0.800 |
锌 |
–0.762 |
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