電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）在工業(yè)場(chǎng)景里，對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集一直是非常重要的環(huán)節(jié)。溫度、壓力、流量等等物理量都需要相應(yīng)的傳感器進(jìn)行采集，而且這些數(shù)據(jù)對(duì)于精度的要求非常高，測(cè)量誤差如果偏大會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)流程。

在一個(gè)完整的工業(yè)控制系統(tǒng)里，溫度、流速和氣體濃度等過(guò)程變量都通過(guò)輸入模塊被監(jiān)控起來(lái)，這個(gè)輸入模塊一般處于PLC中。收集到的數(shù)據(jù)信息有PID環(huán)路在內(nèi)部進(jìn)行處理，PLC直接利用這些信息控制整個(gè)流程的穩(wěn)態(tài)過(guò)程。

多樣的流量計(jì)技術(shù)路線

流量計(jì)的技術(shù)路線多種多樣，每種都有各自的優(yōu)勢(shì)。目前主流的技術(shù)路線有電磁、差壓、超聲和科氏。最常用的是差壓流量計(jì)，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量，基于容性或基于電橋。從精度來(lái)看，差壓流量計(jì)整體的平均精度在0.5%至2%范圍內(nèi)。差壓流量計(jì)沒(méi)有活動(dòng)零件，能實(shí)現(xiàn)的功能比較多而且應(yīng)用較為成熟，即可以用于液體也能用于氣體。

超聲流量計(jì)精度和差壓比較接近，在0.3%到2%精度范圍內(nèi)，精度不算高但超聲流量計(jì)采用的是無(wú)創(chuàng)測(cè)量技術(shù)，提升可靠性的同時(shí)最大程度減少了隨時(shí)間變化的檢測(cè)要素影響，能實(shí)現(xiàn)不少功能不過(guò)無(wú)法用于受污染液體。

科氏流量計(jì)在精度上是幾種技術(shù)路線里最高的，能達(dá)到0.1%的精度，應(yīng)用范圍可用于幾乎全部的液體/氣體，而且是獨(dú)立于壓力和溫度傳感的。不過(guò)價(jià)格就不太親民了，平均成本幾乎是其他技術(shù)流派的10倍。

電磁流量計(jì)采用法拉第電磁感應(yīng)定律能提供無(wú)創(chuàng)檢測(cè)，不產(chǎn)生流量檢測(cè)所造成的壓力損失，節(jié)能效果好，所測(cè)得的體積流量實(shí)際上不受流體密度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的明顯影響。在成本差不多的情況下能實(shí)現(xiàn)高于差壓和超聲技術(shù)精度，達(dá)到0.2%至1%的精度范圍，雖然電磁流量計(jì)并不適用于氣體流量測(cè)量，但是對(duì)于臟污流、腐蝕流的精準(zhǔn)測(cè)量也是其他技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。

流量計(jì)技術(shù)路線對(duì)比

電磁流量計(jì)下不同的勵(lì)磁類型

電磁流量計(jì)流過(guò)勵(lì)磁線圈的電流產(chǎn)生受控磁場(chǎng)，勵(lì)磁波形是電磁流量計(jì)的一個(gè)重要方面，在實(shí)際應(yīng)用中往往會(huì)使用多種勵(lì)磁類型。較為常見(jiàn)的包括直流電流勵(lì)磁、交流正弦波、低頻直流矩形波、三態(tài)低頻直流波、雙頻波和可編程脈沖寬度。

最早出現(xiàn)的是直流電流勵(lì)磁，自從19世紀(jì)年以來(lái)就一直在使用，波形為直線，無(wú)極化，但存在有渦電流，目前使用得不多。交流正弦波于20世紀(jì)20年代開(kāi)始使用，早期的商業(yè)應(yīng)用常采用這種勵(lì)磁類型，交流正弦波激化電壓低，很容易受到電磁干擾而且零點(diǎn)漂移嚴(yán)重。

低頻直流矩形波是較為常見(jiàn)的一類勵(lì)磁類型，根據(jù)具體應(yīng)用的具體需求可采用不同的電力線頻率（50 Hz/60 Hz）線圈。低頻勵(lì)磁因?yàn)橛泻愣ǖ姆群头较蚪惶孀兓碾娏?，所以很好?yīng)對(duì)零點(diǎn)漂移這類問(wèn)題，不過(guò)抵抗檢測(cè)液體噪聲的能力較差。

三態(tài)低頻直流波和低頻直流矩形波有些類似，特點(diǎn)是功耗低，占空比為矩形波的一半。雙頻波則以更高的頻率調(diào)制電力線頻率，可以最大程度降低檢測(cè)液體的噪聲，不僅零點(diǎn)漂移很低，還能快速響應(yīng)，不過(guò)調(diào)制操作很復(fù)雜，在對(duì)檢測(cè)很嚴(yán)苛的應(yīng)用里才會(huì)使用?？删幊堂}沖使用微處理器控制勵(lì)磁脈沖寬度和頻率，可以完全擺脫檢測(cè)液體噪聲的影響。

不管是那種勵(lì)磁類型，電磁流量計(jì)的勵(lì)磁電流相比其他流量測(cè)量技術(shù)都大得多，幾乎可以覆蓋線路供電式流量計(jì)的所有范圍。

工業(yè)電磁流量計(jì)里的高性能器件

一個(gè)高性能的電磁流量計(jì)系統(tǒng)要考慮的設(shè)計(jì)要求主要是精度、帶寬和勵(lì)磁頻率。電磁流量計(jì)輸出范圍可能很小，并伴隨很大的共模電壓與輸出阻抗。所以為了滿足這些要求，前端放大器必須具備較低的噪聲、較高的共模抑制能力，以及較低的輸入偏置電流。低偏置電流是降低電流噪聲和共模電壓的關(guān)鍵。

測(cè)量精度則和ADC的性能息息相關(guān)，以電磁流量計(jì)最高的精度0.2%來(lái)算，需要起碼16位以上的ADC。使用最多的是Σ-?型ADC，能以較高的分辨率、適當(dāng)?shù)乃俣忍峁┏錾脑肼曅阅?。目前?duì)速度的要求越來(lái)越高，更快采樣速率的ADC會(huì)更受青睞。

電磁流量計(jì)作為廣泛使用的檢測(cè)流量的傳感之一，性能的革新非?？欤谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)上選擇更高性能的模擬輸入器件/模塊，才能滿足工業(yè)電磁流量計(jì)未來(lái)的要求?！　?/p>