电磁流量计可在工业应用中实现高精度

铂

铂是高质量电极材料的一个极佳示例，它的腐蚀率低于每年0.002 英寸，并且可在高达 120°C的环境温度下工作。然而铂具有相对较高的 1.2 V电极电位，并且会产生需要在传感器输出端进行抑制的共模电压(CMV)。不锈钢电极的CMV仅为几百mV，因而可以更为轻松地抑制共模电压。在非腐蚀性 流体 中，不锈钢材料的使用更为广泛。

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。图7显示差分系统的单电极电位，该系统#316不锈钢电极的偏置为0.28 V_DC，噪声为0.1 V_P-P；电极安装在直径为50 mm的水管上。

图 7. 偏置为 0.28 V_DC b、共模噪声为 0.1 V_P-P 系统中的电极电位

典型流速范围为 0.01 m/s至 15 m/s——即动态范围为 1500:1。典型线路供电电磁流量计的灵敏度为 150 µV/(m/s)至 200 µV/(m/s)。因此，双向流速为 0.01 m/s时，150 µV/(m/s)传感器将提供 3 µV_P-P 输出。对于 2:1 的信噪比而言，折合到输入端的总噪声不应超过 1.5 µV_P-P。在直流到低频范围内，流速的变化十分缓慢，因此 0.1 Hz至 10 Hz噪声带宽非常重要。此外，传感器输出电阻可以非常高。为了满足这些要求，前端放大器必须具备较低的噪声、较高的共模抑制能力，以及较低的输入偏置电流。

传感器的共模输出电压由前端放大器的共模抑制进行衰减。若CMR为 120 dB，则 0.28 V_DC 偏置被抑制到 0.28 µV_DC。该失调 可以通过对信号进行交流耦合而校准或消除。交流分量会在放 大器输出端产生噪声，降低最低可检测水平。若CMR为 120 dB，则 0.1 V_P-P 被抑制到 0.1 µV_P-P。

传感器输出电阻在几十Ω至 10⁷ Ω之间变化，具体取决于电极类型和流体导电率。为了最大程度降低损失，前端放大器的输入阻抗必须远大于传感器的输出电阻。需要用到一个具有高输入电阻的JFET或CMOS输入级。前端放大器的低偏置电流和低失调电流是最大程度降低电流噪声和共模电压的关键参数。表 4 显示数个推荐前端放大器的规格。

表 4. 代表性仪表放大器规格