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产品信息
电磁流量计可在工业应用中实现高精度
作者：李可和Colm Slattery
简介
从炼油厂到自动售货机等工业应用要求具有的温度、压力和流量测量，以控制复杂以及简单过程。例如，在食品行业，产品装瓶和装罐的流量控制会直接影响利润，因此必须降低流量测量误差。类似地，封闭运输应用——比如石油工业中油罐和油罐车之间的原油和成品油交换——需要高精度测量。本文提供流量计技术概述，重点讨论液体流量测量中精度之一的电磁流量计。
图1显示采用流量计和执行器控制液体流速的基本过程控制系统。在的水平处，诸如温度、流速和气体浓度等过程变量通过输入模块监控，该模块通常是可编程逻辑控制器(PLC)的一部分。这些信息由比例-积分-微分(PID)环路在内部处理。PLC利用这些信息来设置输出，控制稳态过程。过程数据、诊断和其他信息可向上传递至操作层，而命令、参数和校准数据可向下传递至传感器和执行器。
图1. 测量和控制液体流速的基本系统
采用多种不同技术测量流速，包括差压、科氏力、超声和电磁等。常用的是差压流量计，但它们对系统中的压力变化较为敏感。科氏流量计具有的精度（高达0.1%），但它们体积较大且成本高昂。超声流量计通常体积较小、成本较低，但精度有限（典型值为0.5%）。超声流量计采用无创测量技术，提升可靠性的同时减少了随时间变化的检测要素的影响，但无法用于脏水或遭到污染的液体。
电磁流量计也能提供无创检测。这些设备可用于酸性、碱性和离子液体——这些液体的电导率范围为10 S/m至10–6 S/m，并且可以是干净、肮脏、腐蚀性、侵蚀性或粘性的液体或浆体，但不适用于碳氢化合物或气体流量测量。它们能够针对直径小至大约0.125英寸、容量为10立方英尺的低流速和高流速提供相对较高的系统精度(0.2%)，并且哪怕在更低的流速下也能保持读数的可重复性。它们可以测量双向流量，即上游或下游。表1比较了几种常见的流量计技术。
电磁流量计采用法拉第电磁感应定律，该定律指出，在磁场中移动的导体将会产生感应电压。液体可看作导体；磁场由流管外的通电线圈产生。感应电压幅度直接与导体的运动速度和导体类型、流管直径以及磁场强度成正比，如图2所示。
法拉第定律在数学上可以表示为：E = kBLV
作者：李可和Colm Slattery
简介
从炼油厂到自动售货机等工业应用要求具有的温度、压力和流量测量，以控制复杂以及简单过程。例如，在食品行业，产品装瓶和装罐的流量控制会直接影响利润，因此必须降低流量测量误差。类似地，封闭运输应用——比如石油工业中油罐和油罐车之间的原油和成品油交换——需要高精度测量。本文提供流量计技术概述，重点讨论液体流量测量中精度之一的电磁流量计。
图1显示采用流量计和执行器控制液体流速的基本过程控制系统。在的水平处，诸如温度、流速和气体浓度等过程变量通过输入模块监控，该模块通常是可编程逻辑控制器(PLC)的一部分。这些信息由比例-积分-微分(PID)环路在内部处理。PLC利用这些信息来设置输出，控制稳态过程。过程数据、诊断和其他信息可向上传递至操作层，而命令、参数和校准数据可向下传递至传感器和执行器。
图1. 测量和控制液体流速的基本系统
采用多种不同技术测量流速，包括差压、科氏力、超声和电磁等。常用的是差压流量计，但它们对系统中的压力变化较为敏感。科氏流量计具有的精度（高达0.1%），但它们体积较大且成本高昂。超声流量计通常体积较小、成本较低，但精度有限（典型值为0.5%）。超声流量计采用无创测量技术，提升可靠性的同时减少了随时间变化的检测要素的影响，但无法用于脏水或遭到污染的液体。
电磁流量计也能提供无创检测。这些设备可用于酸性、碱性和离子液体——这些液体的电导率范围为10 S/m至10–6 S/m，并且可以是干净、肮脏、腐蚀性、侵蚀性或粘性的液体或浆体，但不适用于碳氢化合物或气体流量测量。它们能够针对直径小至大约0.125英寸、容量为10立方英尺的低流速和高流速提供相对较高的系统精度(0.2%)，并且哪怕在更低的流速下也能保持读数的可重复性。它们可以测量双向流量，即上游或下游。表1比较了几种常见的流量计技术。
电磁流量计采用法拉第电磁感应定律，该定律指出，在磁场中移动的导体将会产生感应电压。液体可看作导体；磁场由流管外的通电线圈产生。感应电压幅度直接与导体的运动速度和导体类型、流管直径以及磁场强度成正比，如图2所示。
法拉第定律在数学上可以表示为：E = kBLV
其中，V表示导电流体的运动速度；B表示磁场强度；L表示拾取电极之间的间距；E表示电极两端测得的电压；k为常数。B、L和k可以是固定值，也可以进行校准，从而等式简化为：E ∝ V。
表1. 工业流量计技术
电磁
差压
超声
科氏
测量技术
法拉第电磁感应定律
差分：基于容性或基于电桥
传感器互相关、时间-数字、多普勒
差分相位
平均精度
0.2%–1%
0.5%–2%
0.3%–2%
0.1%
平均成本
300–1000美元
300–1000美元
300–1000美元
3000–10000美元
优点
无活动零件
适合腐蚀性液体使用
双向流量测量
无活动零件
多功能，可用于液体/气体
无活动零件
多功能，可适应后向安装
多功能，可用于几乎全部液体/气体
独立于压力和温度
表4. 代表性仪表放大器规格
模型
增益
ZIN
CMR（值，dB），直流至1 kHz，G = 10
1/f噪声(μVP-P)
IBIAS (pA)
电源电压(V)
AD620
1至10,000
109 Ω || 2 pF
100
0.55
500
±2.3至±18
AD8220
1至1000
1013 Ω || 5 pF
100
0.94
10
±2.25至±18
AD8221
1至1000
1011 Ω || 2 pF
110
0.5
200
±2.3至±18
AD8228
10, 100
1011 Ω || 2 pF
100
0.5
400
±2.3至±18
AD8421
1至10,000
3×1010 Ω || 3 pF
114
0.5
100
±2.5至±18