发布时间：2024-02-28 19:29:35 发布者：杏彩体育网页版

技术的发展而兴起的新型流量测量仪表，由于其无阻流件等特点，在测量领域得到普遍应用。持续的技术进步要求逐步的提升解决方案的集成度，技术型授权代理商Excelpoint世健的

电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。根据法拉第定律，当导电流体流经传感器的磁场时，电极之间就会产生与体积流量成正比的电动势，其方向与流向和磁场垂直。电动势幅度可表示为：E = kBDv

其中，V表示导电流体的运动速度；B表示磁场强度；D 为测量管的内径；E表示电极两端测得的电压；k为常数。B、D和k均为固定值，也能够直接进行校准，从而等式简化为：E ∝ V。

- 在250mA励磁电流激励下，传感器灵敏度通常是150~200微伏每（米/秒）

- 常见流速测量范围0.01米/秒~15米/秒，1500:1信号动态范围

图2为DN50管径、316不锈钢电极在常温水管道上产生的输出信号，使用了恒流源激励，信号中包含有280mV共模电压和100mV的噪声。紫色曲线对应正电极，红色曲线对应负电极，粉色曲线是将正负电极相减的数学计算通道，最终的流量信息需要从该曲线中计算得到。能够正常的看到较低的电平信号淹没在较大的共模电压之中，需要高性能的模拟前端进行数据的提取，这也是电磁流量计设计的关键所在。

传统的处理方法为模拟式，前端采用高输入阻抗的前级放大器应对漏电流，后级电路经过多阶模拟带通滤波器和采样保持，最终送入ADC进行转换。该方法经过了积分电路和多级滤波，滤除掉了高频信号，降低了ADC信号分析的难度，但同时也使得大部分传感器信息在该阶段丢失，无法监控除流量外的其他属性参数，如空管检测、液体中气泡、污物等；另外由于经过积分和多级滤波，大幅度的降低了系统的响应速度，在流速快速变化过程中将产生比较大的测量误差，不足以满足像高速灌装等对快速、精确流量监控的需求。

采用过采样方法则可大大简化模拟前端设计，模拟带通滤波器和采样保持电路也不再需要。采用AD8220+AD7172的解决方案，可大幅度的提升流量计的测量响应速度，同时保留更多的传感器信息，在经过软件处理后将提供更多的流量属性参数。

随着被测液体在管道中的流动，液体电解质与电极摩擦产生电势，这就是所说的极化。如果两个电极完全一致，电极上的电势彼此相等，可以相互抵消。但在实际中极化不可能完全抵消，电压通常在数百毫伏到2伏之间，前置放大器成为了抑制极化产生的共模电压的关键。

100dB共模抑制比可将0.3V共模衰减到3μV，作为直流失调出现在放大器输出端，通过校准予以消除。与此同时，共模电压会受到液体质量、温度等其他因素影响，随时间而变化，校准效果也将受一定的影响。因此共模抑制比越高，对校准后的影响就会越少，流量稳定性也越好。AD8220放大器在DC到5kHz范围内具有非常出色的共模抑制比，如下表所示。

仪表放大器放大倍数在流量计应用中多为10倍，对于AD8220 B级，直流到60Hz共模抑制比为110dB，5kHz以下为90dB，能够很好地将共模电压和噪声抑制到微伏水平。

电磁流量传感器的输出阻抗通常在GΩ级。放大器的高输入阻抗可防止传感器输出过载，避免信号幅度减小；同时输入偏置电流也应当足够低，这样当它流经传感器时，不会成为一个显著的误差源。AD8220的最大输入偏置电流为10 pA，输入阻抗为104GΩ，特别适合于电磁流量计传感器的应用。表3列出了不同输入阻抗对10 GΩ 高输出阻抗传感器的影响。

过采样方法由于在仪表放大器的后级去掉了滤波器及增益级，信号幅值非常微弱，仅有一小部分的ADC输入范围能够正常的使用，就需要从这些有限的数据点获得足够多的模数转换样本，从而在处理过程中消除意外毛刺。同时由于励磁方向的切换，大部分时间信号未达到稳定状态，可供ADC采集流速样本的时间在励磁周期的最后10%期间，这就要求ADC有更高的数据采集速率。

过采样架构一般要求ADC 数据速率大于20 kSPS，而且越快越好。由于不存在模拟带通滤波器，ADC的输入端可以直接看到传感器的原始输出，这样使得通过ADC信号分析传感器工作状态成为了可能。如传统的外加硬件电路和程序，进行传感器空管定时检测功能，使用该电路后可实时进行空管的状态分析，提高了产品的瞬时响应能力。

AD7172-2提供低输入噪声和高采样速度的完美组合，特别适合于电磁流量计应用。采用2.5 V外部基准电压源时，AD7172-2的典型噪声低至0.47μV p-p。这在某种程度上预示着，最终流量结果的刷新速率能够达到50 SPS，而不要增加外部放大级。图4显示了采用AD7172-2 的过采样前端电路的噪声曲线的过采样架构折合到输入端噪声