ADI教你实现高分辨率、低噪声的工业电磁流量计系统!

电磁流量计是20世纪50~60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。如今,流量计应用越来越广泛,不管是在国内还是在国外,它的发展都非常迅速,几乎涵盖了大部分的工业市场,食品行业、医疗行业、钢铁行业、化工行业、制药行业等等都要用到流量计、流量仪表。

电磁流量计的工作原理基于法拉第电磁感应定律。当垂直于磁场方向的导体以速度V做切割磁力线的运动时,导体的两端会产生一定的感应电动势E,通过检测该感应电动势的大小来计算液体流速变化。

典型架构

电磁流量计的特性包括无压力损耗,不受粘度、流体密度、温度、压力和导电率的影响,适合对纸浆、泥浆和污水进行高精度测量。

电磁流量计系统包括电源、励磁、信号调理、模数转换器、处理器、显示器、键盘和逻辑I/O,以及4mA至20mA、HART、RS-485/RS-422/RS-232、PROFIBUS、®Modbus、Foundation等多种通信接口。

工业电磁流量计系统设计考虑因素和主要挑战

为了合理设计电磁流量计系统,设计人员必须考虑许多不同的系统要求,包括精度、带宽和励磁频率等。

  • 电磁流量计传感器的输出范围可能小到只有数十μV,而且通常伴随很大的共模电压。输出阻抗往往高于数兆欧。所以,前端精密运算放大器或仪表放大器要求超高输入阻抗、极低漏电流和出色的共模抑制比(CMRR)。
  • 电磁流量计产品的最大测量范围可高达1500:1,反映流速范围:0.01m/s~15m/s。
  • 测量精度最高可以达到读数的0.2%,这通常需要16至24位的模数转换器。
  • 与不同现场总线的连接,例如HART、PROFIBUS、Modbus、Foundation、RS-485/RS-422/RS-232、无线HART等。
  • 系统电源、中央逻辑单元、通信和I/O之间需要隔离;隔离等级要求从1kV到2.5kV不等。
  • 便携式电磁流量计需要超低功耗MCU、放大器、ADC元件。
  • 高频方波激励可改善泥浆的流动并提高抗扰度,但同时需要考虑零点稳定度。

工业现场温度环境非常复杂,甚至异常恶劣。如需获得较宽的工作温度范围,低温漂系数和低功耗对电磁流量计来说至关重要。ADI公司提供完美的产品系列,包括精密放大器、精密基准电压源、精密模数转换器和Cortex®-M3内核微处理器等。除此之外,浪涌、EFT和ESD等EMC抗扰度也是电磁流量计面临的严峻挑战。ADI元件的高ESD抑制能力能够大大改善产品的可靠性和稳定性。此外,由于电磁流量计内部空间有限,对系统密度也有较高要求,因而必须减小器件尺寸。近来,集成技术的进步使得系统设计人员能够采用尺寸更小、功耗更低、成本更低的解决方案,并且其性能与那些大型系统不相上下。持续的技术进步要求既能不断提高这些解决方案的集成度,同时还要提高其性能和诊断能力。ADI提供面向市场定制的解决方案,有助于简化设计过程。这些解决方案采用业界领先技术,并提供众多设计选项:从采用分立式元件的实施方案到全集成式解决方案,应有尽有。

ADI 整体解决方案

借助ADI的放大器、数据转换、信号处理、通信和电源技术以及专业经验,可以实现高分辨率、低噪声的工业电磁流量计系统。

主信号链

ADI公司最新的EM流量计解决方案功能框图

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