在工業(yè)應(yīng)用中電磁流量計(jì)如何實(shí)現(xiàn)高精度
從煉油廠到自動售貨機(jī)等工業(yè)應(yīng)用要求具有精確的溫度、壓力 和流量測量,以控制復(fù)雜以及簡單過程。例如,在食品行業(yè),產(chǎn)品裝瓶和裝罐的流量精確控制會直接影響利潤,因此必須較大程度降低流量測量誤差。類似地,封閉運(yùn)輸應(yīng)用——比如石油工業(yè)中油罐和油罐車之間的原油和成品油交換——需要高精度測量。
電磁流量計(jì)也能提供無創(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)率范圍為 10 S/m至 10–6 S/m,并且可以是干凈、骯臟、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流量測量。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提供相對較高的系統(tǒng)精度(0.2%),并且哪怕在更低的流速下也能保持讀數(shù)的可重復(fù)性。它們可以測量雙向流量,即上游或下游。
電磁流量計(jì)采用法拉第電磁感應(yīng)定律,該定律指出,在磁場中移動的導(dǎo)體將會產(chǎn)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產(chǎn)生。感應(yīng)電壓幅度直接與導(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。流過勵磁線圈的電流產(chǎn)生受控磁場。專用勵磁波形是電磁流量計(jì)的一個重要方面,在實(shí)際應(yīng)用中會使用多種類型,包括低頻矩形波、電力線頻率正弦波、雙頻波和可編程脈沖寬度。
電磁流量計(jì)的勵磁電流相比其他流量測量技術(shù)而言非常大,其范圍為 125 mA至 250 mA,覆蓋線路供電式流量計(jì)的主要范圍。高達(dá) 500 mA或 1 A的電流將用于直徑更大的管道。圖 4所示電路可以產(chǎn)生精密 250 mA傳感器線圈勵磁。8 ppm/°C基準(zhǔn)電壓源ADR3412 提供實(shí)現(xiàn)電流偏置的 1.2 V設(shè)定點(diǎn)。雖然這種傳統(tǒng)的電流勵磁方法采用基準(zhǔn)電壓源、放大器和晶體管電路提供良好的低噪聲性能,但該方法由于經(jīng)過功率晶體管的電流和其兩端的電壓降都很大,因此功率損失極大。該方法需要使用散熱器,從而增加了系統(tǒng)成本和尺寸。具有開關(guān)模式電源的恒流源正成為更流行的傳感器線圈勵磁方法。功率更高的系統(tǒng)采用電流檢測診斷功能監(jiān)測隨負(fù)載、電源、時(shí)間和溫度變化的電流改變,同時(shí)還能檢測傳感器線圈開路。電極或檢測元件同樣也是重要的考慮因素。兩種主要的測量技術(shù)都是容性的,一種是電極安裝在管道外面;另一種更常見,即電極插入管道中,并由液體沖刷。
如果兩個電極采用相同的材料,并且具有相同的表面狀況,那么它們的電位應(yīng)當(dāng)相等。然而,事實(shí)上,極化電位會像低頻交流信號那樣緩慢波動,因?yàn)榱黧w和電極之間存在物理摩擦或電化學(xué)效應(yīng)。任何失配都將表現(xiàn)為差模噪聲。偏置電壓與電極電位共同組成共模電壓,在第一級放大器輸入端產(chǎn)生幾百mV至大約1 V的共模電壓;因此,電子器件必須具有適當(dāng)?shù)墓材R种颇芰Α?/span>
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