工业电磁流量计未来的要求

电子发烧友网报道（文/李宁远）在工业场景里，对环境数据的采集一直是非常重要的环节。温度、压力、流量等等物理量都需要相应的传感器进行采集，而且这些数据对于精度的要求非常高，测量误差如果偏大会影响整个生产流程。

在一个完整的工业控制系统里，温度、流速和气体浓度等过程变量都通过输入模块被监控起来，这个输入模块一般处于PLC中。收集到的数据信息有PID环路在内部进行处理，PLC直接利用这些信息控制整个流程的稳态过程。

多样的流量计技术路线

流量计的技术路线多种多样，每种都有各自的优势。目前主流的技术路线有电磁、差压、超声和科氏。最常用的是差压流量计，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量，基于容性或基于电桥。从精度来看，差压流量计整体的平均精度在0.5%至2%范围内。差压流量计没有活动零件，能实现的功能比较多而且应用较为成熟，即可以用于液体也能用于气体。

超声流量计精度和差压比较接近，在0.3%到2%精度范围内，精度不算高但超声流量计采用的是无创测量技术，提升可靠性的同时最大程度减少了随时间变化的检测要素影响，能实现不少功能不过无法用于受污染液体。

科氏流量计在精度上是几种技术路线里最高的，能达到0.1%的精度，应用范围可用于几乎全部的液体/气体，而且是独立于压力和温度传感的。不过价格就不太亲民了，平均成本几乎是其他技术流派的10倍。

电磁流量计采用法拉第电磁感应定律能提供无创检测，不产生流量检测所造成的压力损失，节能效果好，所测得的体积流量实际上不受流体密度、温度、压力和电导率变化的明显影响。在成本差不多的情况下能实现高于差压和超声技术精度，达到0.2%至1%的精度范围，虽然电磁流量计并不适用于气体流量测量，但是对于脏污流、腐蚀流的精准测量也是其他技术难以实现的。

流量计技术路线对比

电磁流量计下不同的励磁类型

电磁流量计流过励磁线圈的电流产生受控磁场，励磁波形是电磁流量计的一个重要方面，在实际应用中往往会使用多种励磁类型。较为常见的包括直流电流励磁、交流正弦波、低频直流矩形波、三态低频直流波、双频波和可编程脉冲宽度。

最早出现的是直流电流励磁，自从19世纪年以来就一直在使用，波形为直线，无极化，但存在有涡电流，目前使用得不多。交流正弦波于20世纪20年代开始使用，早期的商业应用常采用这种励磁类型，交流正弦波激化电压低，很容易受到电磁干扰而且零点漂移严重。

低频直流矩形波是较为常见的一类励磁类型，根据具体应用的具体需求可采用不同的电力线频率（50 Hz/60 Hz）线圈。低频励磁因为有恒定的幅度和方向交替变化的电流，所以很好应对零点漂移这类问题，不过抵抗检测液体噪声的能力较差。

三态低频直流波和低频直流矩形波有些类似，特点是功耗低，占空比为矩形波的一半。双频波则以更高的频率调制电力线频率，可以最大程度降低检测液体的噪声，不仅零点漂移很低，还能快速响应，不过调制操作很复杂，在对检测很严苛的应用里才会使用。可编程脉冲使用微处理器控制励磁脉冲宽度和频率，可以完全摆脱检测液体噪声的影响。

不管是那种励磁类型，电磁流量计的励磁电流相比其他流量测量技术都大得多，几乎可以覆盖线路供电式流量计的所有范围。

工业电磁流量计里的高性能器件

一个高性能的电磁流量计系统要考虑的设计要求主要是精度、带宽和励磁频率。电磁流量计输出范围可能很小，并伴随很大的共模电压与输出阻抗。所以为了满足这些要求，前端放大器必须具备较低的噪声、较高的共模抑制能力，以及较低的输入偏置电流。低偏置电流是降低电流噪声和共模电压的关键。

测量精度则和ADC的性能息息相关，以电磁流量计最高的精度0.2%来算，需要起码16位以上的ADC。使用最多的是Σ-∆型ADC，能以较高的分辨率、适当的速度提供出色的噪声性能。目前对速度的要求越来越高，更快采样速率的ADC会更受青睐。

电磁流量计作为广泛使用的检测流量的传感之一，性能的革新非常快，在系统设计上选择更高性能的模拟输入器件/模块，才能满足工业电磁流量计未来的要求。　　

      审核编辑：彭静