Принцип работы электромагнитного расходомера

Принцип работы электромагнитного расходомера Анемометр

Федеральное
государственное автономное образовательное
учреждение

Кафедра
Механики многофазных систем

Домашнее
задание №1 по дисциплине «Экспериментальные
методы исследований»

Выполнила:
студентка 2 курса Айткужинова З.Ф.

Содержание
  1. Электромагнитные расходомеры Физические основы метода измерения
  2. Принцип работы электромагнитного расходомера
  3. Ультразвуковые расходомеры
  4. Принцип действия
  5. Электромагнитные расходомеры с постоянным магнитным полем
  6. Электромагнитные расходомеры с переменным магнитным полем
  7. Электромагнитный расходомер
  8. ПРИНЦИП ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАСХОДОМЕРА
  9. КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАСХОДОМЕРА
  10. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
  11. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РАСХОДОМЕРОВ
  12. АНАЛОГОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ
  13. АНАЛОГОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ ПРПН/Р ДО 90°С
  14. ИМПУЛЬСНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ РСМ-05
  15. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР СЧЕТЧИК IP68
  16. ПИЩЕВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ ТЭСМАРТ-РП
  17. РАСХОДОМЕРЫ ДЛЯ АГРЕССИВНЫХ СРЕД
  18. ЭТАЛОННЫЕ РАСХОДОМЕРЫ
  19. Конструктивные соображения и решения
  20. Где расходомеры используются в промышленности сегодня?
  21. Почему технология электромагнитной индукции хорошо подходит для измерения расхода жидкости?
  22. Как работает технология?
  23. Каков диапазон выходного сигнала датчика?
  24. Что такое традиционный подход к измерению датчика?
  25. Каковы тенденции на рынке, которые влияют на изменения в архитектуре электромагнитного расходомера?
  26. Как выглядит новая архитектура?
  27. Что важно для аналогового интерфейса и как это влияет на дизайн?
  28. Как выбрать АЦП и что здесь важно?
  29. Как мы можем быстрее реагировать на потребности отрасли для повышения эффективности?
  30. Будет ли In-Amp быть способным напрямую управлять АЦП и как я могу быть уверен в этом?
  31. Как создается магнитное поле?
  32. Важна ли силовая диссипация?

Электромагнитные расходомеры Физические основы метода измерения

Принцип работы электромагнитного расходомера

Электромагнитный
расходомер – это прибор для измерения
расхода различных жидкостей. Он способен
работать с агрессивными и неоднородными
средами. Главное, чтобы измеряемая
жидкость проводила ток, поэтому такого
типа датчики не могут вести учет
углеводородов, дистиллированной воды
и многих неводных растворов.

Рисунок
1. Принципиальная схема электромагнитного
расходомера:

1
– трубопровод; 2 – полюса магнита; 3 –
электроды для съема ЭДС;

Наиболее
часто применяют такие электромагнитные
расходомеры, у которых измеряется
электродвижущая сила (ЭДС), индуктируемая
в жидкости, при пересечении ею магнитного
поля. Для этого между полюсами магнита
или электромагнита устанавливают
участок трубопровода, который изготовлен
из немагнитного материала и внутри
покрыт неэлектропроводной изоляцией,
вводятся два электрода в направлении,
перпендикулярном как к направлению
движения жидкости, так и к направлению
силовых линий магнитного поля. Это
известный закон электромагнитной
индукции — закон Фарадея. Разность
потенциалов на электродах определяется
следующим образом:

где
В – магнитная индукция; l – расстояние
между концами электродов, равное
внутреннему диаметру трубопровода; v –
средняя скорость; Q0 – объёмный расход
жидкости.

Из
формулы видно, что измеряемая разность
потенциалов Е прямо пропорциональна
объёмному расходу жидкости Q0.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Электромагнитный
расходомер состоит из трубы с комплектом
соленоидов, закрепленных на внешней
поверхности трубы. Соленоиды используются
для создания магнитного поля, необходимого
для получения напряжения. В трубе также
находятся два металлических столбика
или электрода. Электродами заканчивается
электрическая цепь между проводящей
электрический ток средой и устройством,
с помощью которого снимаются показания
интенсивности возбужденного напряжения.
Во избежание потери напряжения, труба
электромагнитного расходомера покрыта
диэлектрическим (непроводящим
электрический ток) материалом.

По
мере того, как среда, способная проводить
электрический ток, движется через
электромагнитный расходомер, она
проходит сквозь магнитное поле, и в
среде возбуждается напряжение. Проводящая
электрический ток среда является тем
проводником, который необходим для
получения напряжения.

Движение
среды-проводника через магнитное поле
является тем относительным движением,
которое необходимо для возбуждения
напряжения. Это напряжение индуцируется
в среде-проводнике и подается на
электроды. По проводам, подсоединенным
к электродам напряжение подается на
устройство, которое измеряет интенсивность
напряжения. Чем больше скорость или
относительное движение среды-проводника,
проходящей через электромагнитный
расходомер, тем выше напряжение. Поэтому
измерение величины этого напряжения
является одним из способов измерения
скорости движения среды. А затем величина,
полученная в результате измерения
скорости потока может быть преобразована
в параметр расхода потока.

Принцип
действия расходомеров данного типа
основан на
том, что при протекании по трубопроводу
электропро­водящей
жидкости в ней под действием внешнего
магнит­ного
поля индуцируется эдс, значение которой
позволяет оценивать
расход протекающей по трубопроводу
среды.

Схема
электромагнитного расходомера
показана на рис.
8.5. Труба 1
трубопрово­да
из немагнитного материа­ла
помещается между полю­сами
постоянного магнита 2
перпендикулярно
силовым ли­ниям
магнитного поля

При
проникании no
трубопроводу электрической жидкости
ионы под действием
постоянного магнитного поля перемещаются
к измерительным электродам, создавая
эдс, пропорциональ­ную
скорости протекания жидкости.

Определение
эдс осуществляется по основному
урав­нению
электромагнитной индукции

где В

магнитная индукция в зазоре между
полюсами магнита,
Вб;
l—
расстояние между электродами, м; vср—
средняя
скорость истечения жидкости, м/с.

Расход
вещества определяется по формуле
Q=FE/(Bl)

основным преимуществам электромагнитных
расхо­домеров
следует отнести их практическую
безынерционность,
что позволяет использовать приборы при
регистра­ции
быстропротекающих процессом и в системах
автома­тического
регулирования. На результат измерения
не вли­яет
наличие взвешенных частиц и жидкости
и пузырьков воздуха
в газе. Показания прибора не зависят
от физиче­ских
свойств протекающих но трубопроводу
веществ (плот­ности,
вязкости) и от характера течения потока
(ламинар­ный,
турбулентный). Подбор необходимых
материалов обеспечивает
возможность измерения расхода при
протекании химически активных и
абразивных сред. Так как между
расходом вещества и индуцируемой эдс
существует линейная
зависимость, градуировка шкалы вторичного
прибора равномерна.

Основным
недостатком электромагнитных расходоме­ров
с постоянным магнитным полем является
образование на
электродах гальванической эдс и эдс
поляризации, что существенно
влияет на результаты измерения.

Значительно
меньше сказываются указанные недостат­ки
в приборах с электромагнитами, питаемыми
током пе­ременной
частоты, причем ослабление эффекта
поляриза­ции
достигается увеличением частоты
переменного маг­нитного
поля.

На
точность измерений с помощью
электромагнитных расходомеров,
питаемых током переменной частоты,
влия­ют
электрические помехи, возникающие от
паразитных на­водок
внешних цепей, емкостных и индукционных
помех от переменного
тока питания и магнитных полей
преобразователя.
Частично эти помехи устраняются при
экраниро­вании
прибора.

Электромагнитные
расходомеры имеют класс точности 1,5
или 2,5 и измеряют в широком диапазоне
(от 3-10~9
до 3
м3/с)
расход жидкостей и газов с удельной
электропро­водностью от 10~3
до 10 См/м, температурой до 150°С и линейной
скоростью движения среды от 0,6 до 10 м/с.

Ультразвуковые расходомеры

Принципиальная
схема ультразвукового расходомера
представлена
на рис. 8.6. На поверхности трубопровода
расположены
два пьезокерамических элемента 2
и
4.
Пьезоэлемент
2
подключен
к ге­нератору
1 высокочастотных синусоидальных
электрических колебаний.
Пьезоэлемент 4
воспринимает
ультразвуковые колебания
и преобразует их в
выходной электрический сиг­нал.
Электрические колеба­ния
поступают на усилитель 3

и
затем подаются на фазо­метр
5.
Генератор
1
подклю­чен
ко второму усилителю в,
от
которого колебания также поступают
на фазометр. В первом
случае направление излучения
совпадает с направлением течения
жидкости, во
втором — обратно ему; поэтому
продолжительность распространения
ультразвуковой волны различна и
опре­деляется
из следующих выражений:

Принцип работы электромагнитного расходомера

Принцип работы электромагнитного расходомера

– время прохождения ультразвукового
сигнала вдоль
и против течения жидкости; L—
расстояние меж­ду
источником и приемником ультразвуковых
колебаний; С

скорость распространения колебаний; v—
скорость течения жидкости.

Измеряемая разность
продолжительности распростра­нения
излучения

Принцип работы электромагнитного расходомера

где F—
площадь сечения потока;

Принцип работы электромагнитного расходомера


коэффициент, учи­тывающий
распределение скоростей в потоке. В
настоящее время наиболее широко
используются сле­дующие методы
ультразвукового измерения расхода
веще­ства.

Метод,
основанный на измерении разности фаз
ульт­развуковых
колебаний, направленных вдоль и поперек
на­ правления движения потока
протекающей по трубопрово­ду жидкости.
Использующие этот метод приборы
называ­ются
фазовыми расходомерами. Метод,
основанный на измерении разности частот
повторения
коротких импульсов ультразвуковых
колеба­ний,
направленных по и против направления
потока. При­боры,
построенные по этому методу, называются
частот­ными
расходомерами. К достоинствам
ультразвуковых расходомеров относят­ся:
высокая надежность первичных измерительных
преоб­разователей
— источников и приемников ультразвуковых
колебаний;
отсутствие выступов на внутренней
поверхнос­ти
трубопровода, нарушающих нормальный
режим исте­чения
вещества; быстродействие, позволяющее
измерять расход
пульсирующих потоков при частоте
пульсации до 10
кГц; принципиальная возможность измерения
расхода любых
(электропроводных и неэлектропроводных)
сред.

Недостатками
приборов этого типа являются: а) невы­сокая
точность измерения; погрешность измерения
дости­гает
2—5% и зависит от изменения физических
свойств среды,
температуры, появления многократного
отражения ультразвуковой
волны и т. д.; б) сложность измеритель­ной
аппаратуры и влияние ультразвуковых
колебаний на физико-химические
свойства некоторых промышленных
жидкостей
и газов.

Диапазон
измерения расхода данными приборами
тео­ретически
неограничен. Применяются ультразвуковые
рас­ходомеры
преимущественно при измерении расхода
жид­ких
сред, так как коэффициент поглощения
звука у жид­костей
значительно меньше по сравнению с
веществами, находящимися
в газообразном состоянии.

Соседние файлы в папке Лабораторные по ФОИ

Принцип действия

Принцип
действия электромагнитных
расходомеров (ЭМР)
основан на измерении ЭДС, индуктируемой
в потоке электропроводной жидкости
(кислоты, щелочи, соли) под действием
внешнего магнитного поля.

Принципиальная
схема электромагнитного расходомера
приведена на рис. 1. Корпус 1 с
цилиндрической  вставкой из немагнитного
материала (фторопласта, эбонита и др.),
с перемещающейся в нем жидкостью,
расположен между полюсами 2 и 3 магнита
перпендикулярно направлению силовых
линий магнитного поля. В стенки
трубопровода диаметрально противоположно
(заподлицо с внутренней поверхностью
трубы) заделаны измерительные электроды.
Под действием магнитного поля ионы,
находящиеся в жидкости, перемещаются
и отдают свои заряды измерительным
электродам электромагнитного расходомера,
создавая в них ЭДС Е,
пропорциональную
скорости течения жидкости. К электродам
подключен измерительный прибор 4, шкала
которого отградуирована в единицах
расхода.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Электромагнитные расходомеры с постоянным магнитным полем

К
основным достоинствам постоянного
магнитного поля можно отнести:

  • относительную
    простоту устройства магнитной системы;
  • возможность
    измерения расходов, изменяющихся с
    высокой частотой;
  • отсутствие
    многочисленных помех, возникающих при
    применении переменного магнитного
    поля;
  • возможность
    измерения расхода веществ с низкой
    электрической проводимостью.

Но
постоянному магнитному полю свойственен
существенный недостаток – поляризация
электродов, при которой изменяется
сопротивление преобразователя, а
следовательно, появляются существенные
дополнительные погрешности, что нарушает
нормальную работу расходомера. Поляризацию
уменьшают, применяя электроды из
специальных материалов (угольные,
каломелиевые) или специальные покрытия
для электродов (платиновые, танталовые).

В
связи с этим для измерения расхода
обычных жидкостей с ионной проводимостью
постоянное магнитное поле не применяют.
Такое поле может быть использовано для
измерения расхода расплавленных
металлов, имеющих электронную, а не
ионную проводимость.

Также
электромагнитные расходомеры с постоянным
магнитным полем применяют в лабораториях
и исследовательской практике при
кратковременных измерениях, когда
явление поляризации практически не
заметно, и при измерении быстропеременных
расходов, измерение которых при переменном
магнитном поле невозможно.

Величина
ЭДС в случае постоянного магнитного
поля определяется основным уравнением
электромагнитной индукции

где
В – магнитная индукция в зазоре между
полюсами магнита;
d – внутренний диаметр трубопровода
(длина проводника);  vср –
средняя скорость потока жидкости.

Выразив
скорость через объемный расход Q, получим
(для трубопровода круглого сечения):

Из
этой формулы следует, что при однородном
магнитном поле ЭДС прямо пропорциональна
объемному расходу. Электромагнитные
расходомеры применяют
лишь для жидкостей с электрической
проводимостью не ниже  10-3-
10-5 см/м.

Электромагнитные расходомеры с переменным магнитным полем

Для
измерения расхода сред с ионной
проводимостью применяются расходомеры
с переменным магнитным полем, создаваемым
электромагнитом (рис.2):

Принцип работы электромагнитного расходомера

Переменное
магнитное поле сводит до минимума
поляризацию электродов, благодаря чему
широко применяется в расходомерах.

Однако
применение такого поля имеет ряд
ограничений:

  • Так
    как в преобразователе расхода совместно
    с токами проводимости протекают и токи
    смещения, то это ограничивает возможность
    применения переменного магнитного
    поля с малой электрической проводимостью:
    менее 10-6 См/м (например, лёгких
    нефтепродуктов, спиртов и т. п.).
  • Длина
    проводов, связывающих преобразователь
    расхода с измерительным прибором,
    ограничена емкостным сопротивление
    между ними и тем больше, чем чем меньше
    удельная проводимость жидкости. Для
    точного измерения ЭДС преобразователя
    нужно, чтобы сопротивление нагрузки
    во много (100-500) раз превышало сопротивление
    преобразователя. Влияние ёмкости
    проводов можно уменьшить следующими
    способами:
  • усилитель
    или первую его ступень отделить от
    измерительного прибора и установить
    у преобразователя расхода;
  • применение
    проводов с двойным экраном и подача
    на внутренний экран напряжения, равного
    по величине напряжению экранируемого
    провода.
Про анемометры:  Датчики импульсов геркон для счетчиков

При
переменном магнитном поле наряду с
полезным сигналом ЭДС возникает
паразитная (трансформаторная) ЭДС,
когда наводится на витке, образуемом
жидкостью, находящейся в трубопроводе,
электродами, соединительными проводами
и вторичными приборами. Её источником
является первичная обмотка системы
возбуждения магнитного поля.
Трансформаторная ЭДС может быть
значительно больше полезного сигнала,
но обычно составляет 20-30%. Это нежелательное
явление можно устранить, уменьшив
площадь контура путём расположения
плоскости витка, образованного
проводниками, идущими от электродов,
параллельно силовым линиям магнитного
поля. Перемещая проводники можно
добиться минимального сигнала помех.

Переменное
магнитное поле вызывает появление
вихревых токов Фуко как в магнитопроводе,
так и в стенках трубопровода и измеряемой
жидкости. При большой толщине стенки
трубопровода величина этих токов
значительна, что приводит к появлению
их собственного магнитного поля, которое
ослабляет основное магнитное поле.

Возможны
помехи из-за блуждающих токов и внешних
электромагнитных полей.

Изменение
напряжения и частоты питания, а также
температуры электромагнита могут
вызвать изменение индукции магнитного
поля, а следовательно и измеряемой ЭДС.
Для устранения этого эффекта напряжение
питания электромагнита делают опорным
напряжением схемы сравнения.

Индукция
магнитного поля не должна быть более
0,25-0,3 Тл, так как её увеличение вызовет
усиление помех и рассеяния магнитного
потока.

В
электромагнитных расходомерах имеется
паразитная (шумовая) ЭДС, возникающая
от тепловых шумов во внутреннем
сопротивлении жидкости между электродами.
Это явление ограничивает применение
электромагнитных расходомеров для
жидкостей с большим удельным
сопротивлением.

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости. Серийные электромагнитные расходомеры предназначены для измерения расхода жидкостей с электропроводностью не менее 10-3 См /м (соответствует электропроводности водопроводной воды). Имеются специальные расходомеры, позволяющие измерять расход жидкостей с электропроводностью до 10-5См/м. В настоящее время электромагнитные расходомеры это самые распространенные приборы для измерения расхода воды в трубопроводах диаметром менее 250 мм. Что объясняется их следующими положительными чертами:

•             показания не зависят от вязкости и плотности среды;

•             динамический диапазон достигает 100 и более;

•             преобразователи расхода являются безынерционными;

•             они не имеют частей, выступающих внутрь трубы, и, таким образом, не создают потери давления;

•             влияние местных сопротивлений значительно меньше, чем у других расходомеров, поэтому требуемая длина прямых участков для них минимальная;

•             электромагнитные расходомеры применяются на трубопроводах диаметром от 2 до 4000 мм;

•             электромагнитные расходомеры могут быть использованы в ряде случаев, когда применение расходомеров других типов затруднено или невозможно вовсе: при измерении расхода агрессивных, абразивных и вязких жидкостей, пульп, жидких металлов.

К числу недостатков электромагнитных расходомеров следует отнести требования к минимальному значению электропроводности измеряемой среды, что сужает круг использования таких расходомеров. Другой недостаток расходомеров — низкий уровень информативного сигнала (мкВ) и необходимость тщательной защиты преобразователя и линий связи от внешних помех.

Отечественными и зарубежными фирмами выпускается широкий спектр микропроцессорных электромагнитных расходомеров: МР400 (ф. «Взлет»), ИПРЭ-1 (Арзамасский приборостроит. з-д), РМ-5 (ф. «ТБН»), РОСТ 13, ТРЭМ-ПР (з-д «Молния»), ВИС. Т (ф. «Тепловизор»), РСМ-05 (ф. «ТЭМ-прибор»), VA 2305 (ф. Aswega),

Magne W 3000 PLUS (ф. Honeywell), IMT96 (ф. Foxboro), ADMAD (ф. Yokogawa), SITRANS FM (ф. Siemens) и др. Эти приборы помимо цифровых показаний и токового выходного сигнала могут иметь импульсный выход, интерфейсы RS-232, RS-485, а в ряде случаев HART-, BRAIN- и Profibus-протоколы.

Принципиальная схема первичного преобразователя электромагнитного расходомера показана на рис. 1, а.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рис. 1. Схема преобразователей электромагнитных расходомеров:

а — с внешним магнитом: 1 — преобразователь; 2 — электрическая изоляция; 3 — электроды; б — с внутренним магнитом; 1 — обтекаемый корпус; 2 — магнит; 3 — электроды; 4 — кабель

Рабочий участок трубы преобразователя 1, изготовленный из немагнитного материала и покрытый изнутри электрической изоляцией 2 (резиной, эмалью, фторопластом и т.п.), расположен между полюсами электромагнита. Через стенку трубы изолированно от нее по диаметру введены электроды 3, находящиеся в электрическом контакте с жидкостью. Силовые линии магнитного поля направлены перпендикулярно плоскости, проходящей через ось трубы и линию электродов.

В соответствии с законом электромагнитной индукции при осесимметричном профиле скоростей в жидкости между электродами будет наводиться ЭДС.

ЭДС прямо пропорциональна объемному расходу. Измерение наведенной ЭДС осуществляется измерительным прибором ИП.

Применение постоянных электромагнитов в расходомерах позволяет облегчить борьбу с помехами от внешних электромагнитных полей, увеличить быстродействие прибора. Основным недостатком их использования является поляризация электродов: концентрация у положительного электрода отрицательных ионов, а у отрицательного положительных. Вследствие этого на поверхности электродов создаются потенциалы, образующие ЭДС поляризации, направленную против основной измеряемой ЭДС, что изменяет градуировочную характеристику прибора и делает невозможной его стабильную работу. Поэтому электромагнитные расходомеры с постоянным магнитным полем не применяются для жидкостей с ионной проводимостью. Широкое распространение они получили для измерения расхода сред с электронной проводимостью, например расплавленных металлов, в которых отсутствует явление поляризации.

В качестве примера на рис. 1, б представлена схема электромагнитного преобразователя скорости с цилиндрическим магнитом. Основными элементами преобразователя являются обтекаемый корпус 1, магнит 2 в форме цилиндра и электроды 3. В простейшем случае электроды привариваются к внутренней поверхности корпуса в диаметрально противоположных точках и выводятся из корпуса с помощью кабеля 4. При обтекании преобразователя жидким металлом между электродами появляется разность потенциалов, пропорциональная скорости металла.

Для измерения расхода сред с ионной проводимостью применяются расходомеры с переменным магнитным полем, создаваемым электромагнитом (рис. 2).

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рис. 2. Схема расходомера с переменным магнитным полем

При достаточно высокой частоте  поляризация электродов практически отсутствует, однако использование переменного магнитного поля имеет свои недостатки. Наиболее серьезным из них является появление паразитной трансформаторной ЭДС Ет.

Значение Ет можно уменьшить, располагая провода А и Б (см. рис. 1, а) в одной плоскости, параллельной силовым линиям магнитного поля. Обычно для ослабления влияния Ет используется схема, представленная на рис. 2. В этой схеме от одного из электродов отходят два провода, симметрично охватывающих трубопровод с обеих сторон и замыкающихся на резистор R. Измерительный прибор подключается к движку этого резистора и второму электроду. При нулевом расходе перемещением движка резистора необходимо добиться минимального сигнала на входе измерительного прибора.

Оба описанных приема не устраняют трансформаторную ЭДС полностью. В современных расходомерах для ее полного устранения используется сдвиг по фазе на 90° между Е и Ет. В этом случае измерительная схема содержит два канала, один из которых предназначен для измерения полезного сигнала, второй—для компенсации трансформаторной ЭДС. С помощью фазочувствительных детекторов по первому каналу пропускается только информативный сигнал, который затем измеряется показывающим или регистрирующим прибором. По второму каналу проходит только сигнал, пропорциональный Ет который затем по цепи отрицательной обратной связи поступает на вход схемы и компенсирует трансформаторную ЭДС.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рис. 3. Выходной сигнал (меандр) электромагнитного преобразователя

В момент t1 в обмотку подается импульс тока, который прекращается в момент t3 В момент t0 на электродах остается ЭДС поляризации, поскольку этот процесс является более инерционным. Значение этого напряжения и напряжения, соответствующего моменту t2, фиксируется микропроцессором. Разность этих сигналов представляет собой информативный сигнал, пропорциональный G0. При питании электромагнита низкочастотными импульсами тока разной полярности ЭДС поляризации для моментов, аналогичных t0 вычитаются.

Для измерения расходов в трубопроводах диаметром более 300 мм используется метод измерения локальной скорости потока (методы и «площадь—скорость» и «площадь— скорость—градиент»). В преобразователях «площадь—скорость» электромагнит с помощью штанги вводится в поток на расстояние 0,242 радиуса от стенки трубопровода.

В этой точке при осесимметричном потоке в фиксированном диапазоне расходов локальная скорость потока с небольшой погрешностью равна средней по сечению, т.е. выходной сигнал преобразователя определяется средней скоростью и, следовательно, по (13.4) будет связан с объемным расходом. Сигнал преобразователей типа «площадь—скорость—градиент» меньше зависит от несимметрии профиля скоростей.

Схема преобразователя РМ-5-БЗ дана на рис. 4.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рис. 4. Структурная схема электромагнитного расходомера РМ-5-БЗ

Электромагнитный расходомер

Истоки электромагнитного метода измерения расхода заложил английский физик в 1831 году. Он доказал, что электрический ток может генерироваться магнитным полем (закон электромагнитной индукции, закон Фарадея). Через 100 лет ученые применили эти знания для электропроводных жидкостей, протекающих в трубах, и создали первый в мире электромагнитный расходомер.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Фарадей объяснил и доказал причину возникновение электрического тока в катушки при поднесении или вытягивании из неё магнита.

Несмотря на то что электромагнитный метод измерения расхода скоро будет отмечать свое столетие, его рано отправлять на пенсию. Ни ультразвуковой ни вихревой (c 60-x годов XX века) ни другие, более современные методы измерения расхода, не смогли вытеснить электромагнитный метод. Этот метод и по сей день остается самым распространенным как в промышленной так и в жилищно-коммунальной сфере.

ПРИНЦИП ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАСХОДОМЕРА

Упрощенная конструкция электромагнитного расходомера.

КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАСХОДОМЕРА

1 – электроды
2 – катушки индуктивности
3 – проточная часть расходомера
4 – внутренняя футеровка из диэлектрика
B – условное обозначение магнитного поля

V – напряжение пропорционально расходу

Внутри расходомера расположены , которые создают магнитное поле, пронизывающее поток измеряемой среды. , воспринимающие напряжение, расположены друг против друга. Стенки прибора изготовлены из не проводящего ток материала.

Как только измеряемая среда начинает перемещаться, под воздействием магнитного поля положительно и отрицательно заряженные частицы начинают отклоняться в противоположные стороны. Вследствие чего на электродах возникает .

Разность потенциалов или напряжение на электродах пропорционально скорости движения вещества в потоке. Таким образом, зная площадь сечения трубы, можно вычислить измеряемой среды.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

Три “” аргумента в пользу применения электромагнитных расходомеров:

Для того чтобы сделать простейший электромагнитный расходомер не требуется . Достаточно иметь две катушки возбуждения – для создания магнитного поля, два электрода – для снятия сигнала, изолирующую фторопластовую трубу и немного проводов. Известно, что чем проще конструкция, тем надежнее и долговечнее изделие! Именно поэтому электромагнитные расходомеры являются надежными и безотказными приборами со сроком эксплуатации от 12 лет и выше.

НЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
С точки зрения гидродинамики, электромагнитный расходомер – это обычный трубопровод, диаметр которого равен диаметру расходомера. Поэтому расходомер имеет почти нулевые потери давления. Это принципиально важно для ресурсоснабжающих компаний, которые на своих магистралях чаще всего требуют ставить именно электромагнитные расходомеры. Кроме того, отсутствие вращающихся частей в расходомере, позволяет ему измерять расход жидкостей с любой степенью загрязнения, даже с твердыми включениями.

Про анемометры:  Тепловой Анемометр Testo 405-V1 с держателем для воздуховода, расход воздуха и ветра, измеритель объема и скорости температуры, приблизительный тестер 0560 4053 | Инструменты | АлиЭкспресс

ВЫСОКАЯ ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ
У электромагнитных расходомеров в категории цена – точность измерения. Для эталонных электромагнитных расходомеров погрешность составляет не более 0,3%. Безусловно кориолисовые весовые расходомеры обеспечат и 0,3 и 0,1% погрешности, но стоить они будут в разы дороже.

Ультразвуковые расходомеры не смогут обеспечить высокую точность, если только на идеально чистой воде. Тахометрические и вихре-акустические смогут, но имея внутри себя вращающиеся или обтекающие части, будут иметь большое гидравлическое сопротивление и непродолжительный срок эксплуатации. Именно поэтому весь промышленный сектор, включая пищевую и химическую промышленность “” на электромагнитных расходомерах.

Для объективной оценки, отметим и электромагнитных расходомеров:

НЕОБХОДИМОСТЬ В ЭЛЕКТРОПИТАНИИ Для поддержания электромагнитного поля внутри расходомера, необходимо постоянное подключение к электросети 220В или бортовой сети автомобиля 12, 24В. На батарейках прибор работать не сможет.

ОГРАНИЧЕННАЯ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Принцип действия электромагнитного метода основан на работе только с электропроводной средой. Если среда не электропроводна и в ней нет положительных и отрицательных электронов, то на электродах расходомера не будет возникать разность потенциалов. Прибор будет показывать нулевые значения при любом расходе. Поэтому такие расходомеры нельзя применять для измерения топлива, нефти, масел и других не электропроводных сред.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РАСХОДОМЕРОВ

Все преимущества электромагнитного метода измерения были реализованы в приборах марки ТЭСМАРТ, высокая точность, простая конструкция, отсутствие гидравлического сопротивления – всё было использовано с умом. Существует несколько разновидностей расходомеров, чтобы максимально покрыть потребность рынка. Одни приборы имея высокую точность измерения и активно используются в промышленном секторе. Другие, обладая более низкими характеристиками, имеют самую низкую стоимость и массово применяются в ЖКХ. Предлагаем вашему вниманию краткий обзор электромагнитных расходомеров ТЭСМАРТ.

АНАЛОГОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

В аналоговых расходомерах ПРП реализована концепция – чем проще тем надежнее. В них нет никакой электроники. Они долговечны, срок эксплуатации от 12 лет и выше. Расходомеры не боятся длительного нагрева, поэтому идеальны для использования на системах отопления с высокой температурной нагрузкой. К тому же стоимость таких расходомеров самая низкая на рынке.

Расходомеры поверяются вместе с вторичным блоком индикации и образуют с ним единое средство измерения, без блока индикации аналоговый расходомер не применяется.
Используются в теплосчетчиках , в
 и расходомерах

АНАЛОГОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ ПРПН/Р ДО 90°С

Решив еще больше снизить стоимость электромагнитного расходомера, придумали ПРПН/Р. В этих расходомерах используются более дешевые материалы, они применяются на теплоносителе с температурой не более 90°С. Расходомеры ПРПН/Р имеют резьбовое крепление и небольшую линейку диаметров: 15, 20 и 25мм. Используются в теплосчетчиках и
 для ХВС и квартирно/офисного учета.

ИМПУЛЬСНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ РСМ-05

В отличие от аналогового расходомера, имеет электронный блок, который преобразует аналоговый сигнал в унифицированный частотно-импульсный. Это позволяет значительно увеличить длину линий связи расходомера. Уже сам по себе расходомер является универсальным средством измерения и может применяться как отдельно, так и в составе теплосчетчиков.

Чтобы получить одновременно универсальный, недорогой и долговечный прибор аналоговый и импульсный расходомеры объединили в один комплект. РСМ-05.07 -это согласованная , где аналоговый расходомер подключается к импульсному и использует его электронный преобразователь. Идеальны для использования в системах отопления с контролем утечек. Аналоговый расходомер ставится на подающий трубопровод с высокой температурой импульсный на обратный.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР СЧЕТЧИК IP68

Эти расходомеры выполнены по классу IP68, что позволяет им работать в затопленном состоянии. Вся их внутренняя полость заполняется специальным термостойким материалом, который не пропустит влагу внутрь прибора. Расходомеры поставляются уже с герметично подключенным кабелем, указанной длины. Они активно используются для учета расхода в водоканалах, системах канализации и других объектах с большой вероятностью затопления.

ПИЩЕВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ ТЭСМАРТ-РП

Высокая точность измерения, погрешность не более 0.5%, позволяет использовать расходомеры ТЭСМАРТ-РП в пищевой и фармацевтической промышленностях. Предусмотрены все типы соединений – молочная гайка, кламповое соединение, резьбовое, фланцевое, межфланцевое и пр. Все элементы контактирующие с пищевой средой выполнены из пищевой нержавеющей стали и фторопласта, есть гигиеническое заключение.

РАСХОДОМЕРЫ ДЛЯ АГРЕССИВНЫХ СРЕД

Конструкция расходомеров ТЭСМАРТ-РХ и применение новейших изоляционных антикоррозийных покрытий, даёт возможность измерять расход агрессивных сред. Электроды в таких расходомерах изготавливаются из спец материалов устойчивых к кислотам и щелочам – хастелой, тантал и пр. Расходомеры ТЭСМАРТ-РХ активно используются на предприятиях химической промышленности и других смежных производствах.

ЭТАЛОННЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

Высокая точность измерения, погрешность не более 0.3%, позволяет использовать расходомер ТЭСМАРТ-Э в качестве эталонного средства измерения на проливных станциях Комплект поверяется и поставляется в собранном виде сразу с прямыми участками.

Конструктивные соображения и решения

By Colm Slattery and Ke Li

Где расходомеры используются в промышленности сегодня?

Если вы не можете измерить его, вы не сможете этого сделать. Часто слышавшаяся цитата в промышленности и особенно актуальная для измерения расхода. Проще говоря, возрастает потребность в мониторинге большего потока и часто с большей скоростью и точностью. Есть несколько областей, где важное значение имеет измерение промышленного расхода, например, бытовые отходы. Все большее внимание уделяется защите окружающей среды, удаление отходов и мониторинг отходов имеют решающее значение, поскольку мы стремимся создать более чистый и менее загрязненный мир. Люди потребляют огромное количество воды, и это будет продолжаться по мере роста мирового населения. Расходомеры имеют решающее значение как для мониторинга отходов бытовых стоков, так и для неотъемлемой части системы управления технологическими процессами на очистных сооружениях.

Расходомеры также находят дома во многих процессах промышленного контроля, включая химические / фармацевтические препараты, продукты питания и напитки, а также целлюлозно-бумажную промышленность. Такие приложения часто нуждаются в измерении расхода в присутствии высоких уровней твердых веществ, что нелегко достичь большинством технологий потока.

Высокие поточные расходомеры необходимы в области передачи под стражу, которая касается передачи и оплаты передачи продукта между двумя сторонами. Примером может служить передача нефти по большому трубопроводу. Здесь даже небольшое изменение точности измерения расхода с течением времени может привести к значительным потерям или приобретению дохода для одной из сторон.

Почему технология электромагнитной индукции хорошо подходит для измерения расхода жидкости?

Эта технология имеет ряд преимуществ, когда дело доходит до измерения расхода жидкости. Датчики, как правило, вставляются в линию в диаметр трубы и поэтому сконструированы таким образом, что они не нарушают или не ограничивают поток измеряемой среды. Поскольку датчики непосредственно не погружены в жидкость – нет движущихся частей – нет проблем с износом.

Электромагнитный метод измеряет объемный расход, что означает, что измерение нечувствительно к изменениям в таких эффектах, как плотность жидкости, температура, давление и вязкость. Как только электромагнитный расходомер откалиброван водой, его можно использовать для измерения других типов проводящей жидкости без дополнительной коррекции. Это существенное преимущество, которое не имеет других типов расходомеров.

Электромагнитная технология особенно подходит для измерения в твердой жидкой двухфазной среде, такой как жидкость с взвешенной грязью, твердыми частицами, волокнами или вязкостью в сильно проводящей среде, такой как суспензия. Его можно использовать для измерения сточных вод, грязи, рудной целлюлозы, бумажной массы, суспензии химических волокон и других сред. Это делает его особенно подходящим, например, для пищевой и фармацевтической промышленности, где он может измерять поток кукурузного сиропа, фруктового сока, вина, медикаментов и плазмы крови и многих других специальных средств.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рисунок 1. Упрощенная станция очистки сточных вод.

Как работает технология?

Принцип работы магнитного расходомера основан на законе электромагнитной индукции Фарадея. Согласно закону Фарадея, когда проводящая жидкость течет через магнитное поле датчика, между парами электродов, которая перпендикулярна направлению потока и магнитному полю, создается электродвижущая сила, пропорциональная объемному потоку. Амплитуду электродвижущей силы можно выразить как: E = kBDv. Где E – индуцированный электрический потенциал, k – постоянная, B – плотность магнитного потока, D – внутренний диаметр измерительной трубки, v – средняя скорость жидкости в осевом направлении поперечного сечения электрода внутри измерительной трубки.

Каков диапазон выходного сигнала датчика?

Датчик имеет дифференциальный выход. Его чувствительность обычно составляет 150 микровольт / (м / с) до 200 микровольт / (м / с). Поскольку ток возбуждения чередует его направление, амплитуда выходного сигнала датчика удваивается. Для диапазона измерения расхода от 0,5 м / с до 15 м / с амплитуда выходного сигнала датчика составляет от 75 микровольт до примерно 4 мВ до 6 мВ. На рисунке 3 показан выходной сигнал датчика при возбуждении с постоянным источником тока и с жидкостью, протекающей через датчик. График области захвата на выходных выводах датчика показывает сигнал очень низкого уровня, сидящий на значительном синфазном напряжении. Фиолетовый след для положительного электрода, а красный след для отрицательного электрода. Розовый след – это математический канал, который вычитает положительный и отрицательный электроды. Сигнал низкого уровня находится в основном общем режиме.

Что такое традиционный подход к измерению датчика?

Традиционный подход был очень аналоговым – этапом предусилителя с высоким входным импедансом для смягчения от эффектов утечки датчика и с высоким подавлением синфазного сигнала, с последующим аналоговым полосовым фильтром третьего или четвертого порядка,выборки и хранения и, наконец, аналого-цифровое преобразование. Типичный аналоговый интерфейс переднего плана показан на рисунке 4. Выходной сигнал датчика сначала усиливается с помощью измерительного усилителя. Крайне важно максимально усилить заинтересованный сигнал, а также избежать насыщения выходного сигнала усилителем нежелательным постоянным напряжением постоянного тока. Обычно это ограничивает коэффициент усиления усилителя первой ступени не более × 10. Полоса пропускающего фильтра дополнительно удаляет эффекты постоянного тока и повторно передает сигнал в схему образца и удержания – это этот разностный сигнал, представляющий скорость потока, который затем отправляется в аналого-цифровой преобразователь.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рисунок 2. Принцип работы магнитного расходомера

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рисунок 3. Выходной сигнал электромагнитного датчика расхода

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рисунок 4. Традиционный аналоговый фронтальный подход.

Каковы тенденции на рынке, которые влияют на изменения в архитектуре электромагнитного расходомера?

Существует множество тенденций в отрасли, которые требуют новой архитектуры. Одна из них – все возрастающая потребность в большем количестве данных. Способность контролировать другие атрибуты в жидкости, отличной от потока, становится все более и более ценной. Это может быть, например, для определения того, какие загрязняющие вещества могут находиться в жидкости, или может быть определено, имеет ли жидкость правильную плотность / вязкость для применения. Существует множество таких требований и преимуществ добавления такой диагностики. Нельзя использовать традиционный аналоговый подход для получения такой информации, так как большая часть информации о датчике теряется во время фазы синхронной демодуляции.

Существует также постоянный спрос на повышение производительности и эффективности в производственном процессе. В приложении для дозирования / наполнения жидкости, например, добавляются все больше и больше наполняющих узлов, и по мере того, как производственные процессы масштабируются и скорость заполнения увеличивается, это приводит к необходимости более быстрого и точного контроля потока.

Про анемометры:  Газ-контроль в конфорках и духовке: стоит ли покупать такую газовую плиту

Традиционно механическая или весовая технология использовалась для определения правильного количества жидкости для добавления как части процесса дозирования, так и для определения точных объемов заполнения в рамках производственного процесса. Они, как правило, довольно дороги и трудно масштабируются. Для удовлетворения этого требования, расходомеры и поток ЭМ, в частности, когда речь идет о жидкостях, стали технологией выбора.

Как выглядит новая архитектура?

Передискретизированный подход значительно упрощает аналоговый интерфейс. Аналоговый полосовой фильтр и этапы выборки и удержания могут быть удалены. Внешний усилитель в цепи теперь состоит только из одноступенчатого измерительного усилителя – в нашем случае – выходного измерительного усилителя входного каскада AD8220 JFET, который может быть напрямую подключен к высокоскоростному преобразователю ∑ – Δ.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рисунок 5. Дозирование / наполнение жидкостью

Что важно для аналогового интерфейса и как это влияет на дизайн?

Усилитель и АЦП являются двумя из наиболее важных блоков в этом приложении. У усилителя первой ступени есть ряд ключевых требований.

Одним из требований является коэффициент подавления синфазного сигнала (КПСС). Ионы в жидком электролите совершают направленное движение, поэтому между электродами и жидкостью развивается электрический потенциал, который мы называем поляризацией. Электрический потенциал на электродах должен быть равен друг другу, если оба электрода идеально подобраны. Поляризационные напряжения для разных металлов варьируются от нескольких сотен мВ до ± 2 В. Это постоянное напряжение постоянного тока, возникающее на выходе датчика и на входе предусилителя. Предупредитель является ключом к отказу от этого общего режима.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рисунок 6. Аналоговый интерфейс с обратной архитектурой с AD8220 и AD717x-x.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рисунок 7. Общий режим, отклоненный предусилителем

Таблица 1. Эффекты отклонений синфазного режима от фактического расхода

Таблица 2. Влияние входного импеданса усилителя на скорость потока

КПСС 100 дБ уменьшит общий режим 0,3 В постоянного тока до 3 мкВ, который представляется как смещение постоянного тока на выходе усилителя, которое впоследствии может быть откалибровано. В идеальном сценарии синфазное напряжение на датчике оставалось бы неизменным, но в действительности оно будет меняться со временем и под влиянием других эффектов, таких как качество жидкости или температура. Чем выше КПСС, тем лучше это уменьшит необходимость непрерывной калибровки фона и улучшит стабильность потока.

Металлический материал электродов контактирует с электролитной жидкостью. Трения между жидким электролитом и электродами создают общие синфазные напряжения на более высоких частотах. Хотя обычно в меньших амплитудах, общий режим переменного тока появляется как шум, который является абсолютно случайным, поэтому его труднее отбросить. Это требует, чтобы предусилитель имел хороший КПСС не только в диапазоне постоянного тока, но и на более высоких частотах. Усилитель AD8220 имеет превосходный КПСС от постоянного тока до 5 кГц. Для класса AD8220 B минимальный КПСС составляет 100 дБ на частотах от 60 до 60 Гц и 90 дБ до 5 кГц, что отрицательно влияет на напряжение и шум в общем режиме вокруг микровольта. При 120 дБ КПСС 0,1 В p-p уменьшается до 0,1 мкВ p-p. В таблице 2 показан эффект плохого отклонени КПСС на выходном сигнале датчика.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рисунок 8. AD8220 DC и AC отказ от синфазных эффектов

Низкий ток утечки и высокий входной импеданс ступени предусилителя являются еще одним критическим параметром, поскольку выходной импеданс датчика электромагнитного потока может быть выше, чем GΩ. Высокий входной импеданс усилителя позволяет избежать слишком большой нагрузки на выход датчика, что приводит к уменьшению амплитуды сигнала. Усилитель должен иметь ток утечки достаточно низкий, чтобы они не стали заметным источником ошибок при прохождении через датчик. Максимальный входной ток смещения 10 pA и входной импеданс 1013 Ω AD8220 делают часть способной работать с широким диапазоном выходных характеристик для электромагнитных датчиков потока. В таблице 2 указано, какое влияние на входной импеданс предусилителя приходится на датчик высокого выходного импеданса 10 GΩ.

Наконец, шум 1 / f в диапазоне от 0,1 Гц до 10 Гц задает уровень шума для приложения. Когда он настроен на коэффициент усиления 10, шум во входном напряжении AD8220 составляет около 0,94 мкВ p-p, что устраняет мгновенную скорость 6 мм / сек и накопленный расход субмиллионов.

Как выбрать АЦП и что здесь важно?

Передислокационный подход действительно создает проблемы и повышает требования к производительности блока АЦП. При отсутствии активной фазы вторичного аналогового фильтра используется только малая часть диапазона входного сигнала АЦП. Перевыражение и усреднение сами по себе не позволяют резко увеличить производительность, так как каждый цикл датчика должен полностью соответствовать потреблению для расчета расхода. Кроме того, для удаления неожиданных сбоев в рамках процесса прошивки вам нужно достаточно аналого-цифровых образцов из этих ограниченных точек данных.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рисунок 9. Выборка сигнала потока.

Сама точность расходомера может быть определена как мгновенное измерение расхода, так и измерение накопленного расхода. В стандарте расходомера используется метод накопительного потока, измеряющий средний поток объема воды в течение длительного периода времени, например, 30 или 60 секунд. Это, а не мгновенное измерение расхода, определяет точность ± 0,2% системы. Мгновенный поток применим к случаям, когда важна скорость потока в реальном времени. Он требует гораздо более высоких уровней точности от электроники. Теоретически, чтобы разрешить мгновенное разрешение потока 5 мм / сек, АЦП должен будет достигнуть 20,7-битного разрешения p-p в течение одного периода возбуждения – пост-КИХ-фильтра, состоящего приблизительно из 600 выборок. Это может быть достигнуто аналоговым передним концом.

Таблица 3. Распределение шума для аналогового интерфейса и АЦП

* Данные из одного цикла фильтра КИХ и один расчет мгновенного потока.

AD7172-2 обеспечивает идеальную комбинацию низких входных шумов и высокоскоростной выборки для приложений электромагнитного потока. Типичный шум AD7172-2 с внешним напряжением 2,5 В может составлять всего 0,47 мкВ p-p. Это означает, что результаты финального потока могут быть обновлены до 50 SPS без добавления дополнительных ступеней усиления. На рисунке 10 показаны шумовые диаграммы схемы передискретизации переднего конца с AD7172-2.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рисунок 10. Результаты тестирования шума, подаваемого на вход, для архитектуры избыточной выборки с AD8220 и AD7172-2.

Как мы можем быстрее реагировать на потребности отрасли для повышения эффективности?

Можно увеличить частоту обновления системы измерения расхода за счет увеличения частоты возбуждения датчика. В этом случае время срабатывания датчика меньше, и, следовательно, менее доступные образцы в среднем. При АЦП с более низким уровнем шума упомянутый шум выходного сигнала датчика может быть дополнительно уменьшен. Используя тот же внешний драйвер AD8220, сконфигурированный с коэффициентом усиления × 10, производительность аналогового интерфейса может сравниться с ведущим конкурентом при более высоких скоростях обновления. В таблице 4 и на рисунке 11 показано преимущество ADI, полученное при более высоких скоростях обновления системы по сравнению с ближайшим конкурентом.

Таблица 4. Сравнение точности измерения по частоте возбуждения датчика.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рисунок 11. Сравнение точности измерения по частоте возбуждения датчика.

Будет ли In-Amp быть способным напрямую управлять АЦП и как я могу быть уверен в этом?

Как правило, это зависит от возможности вождения в усилителе и входной структуре АЦП. Многие современные прецизионные АЦП основаны на архитектуре с коммутируемым конденсатором. Встроенный трек-и-удержание появляется как переходная нагрузка на усилитель вверх по потоку, чтобы он мог улаживать входные переключаемые конденсаторы, чтобы обеспечить точную выборку.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Рисунок 12. Эквивалентная схема аналогового ввода.

Следующее уравнение может использоваться для проверки того, должен ли усилитель управлять АЦП.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Где:
BW – минимальная пропускная способность, требуемая для усилителя для управления АЦП. MCLK – это тактовая частота модулятора ADC, Hertz. T – время фазы замыкания, секунды.FS – это полный диапазон аналогового входа АЦП, вольт. CMV – это синфазное напряжение входного диапазона АЦП, вольт. ERROR – ошибка установления для выборки АЦП.

AD7172-2, например, имеет частоту модулятора 2 МГц, время фазы короткого замыкания составляет 10 нс, полный входной диапазон составляет 5 В, ЦМВ 2,5 В и погрешность осаждения 1 ч / млн. Результирующий показатель BW составляет 8,7 МГц, который потребуется для усилителя драйвера, когда AD7172-2 находится в небуферизованном режиме. Это превышает 1,7 МГц – производительность продукта с пропускной способностью AD8220, а также множество высокоточных измерительных усилителей. AD7172-2 имеет надежные буферы с единичным усилением на обоих аналоговых входах ADC. Он предназначен для управления входным каскадом AD7172 на всех частотах и снижает сложность дизайна и риск для наших клиентов. Буферы обеспечивают высокий входной импеданс только с типичным входным током 5 нА, что позволяет подключать источники с высоким импедансом непосредственно к аналоговым входам. Буферы полностью приводят в действие внутреннюю сеть дискретизации конденсатора АЦП, что упрощает требования к аналоговой интерфейсной схеме при потреблении очень эффективного 0,87 мА, типичного для каждого буфера. Каждый буферный усилитель аналогового входа полностью прерывается, что означает, что он минимизирует смещение ошибки смещения и 1 / f шум буфера.

Как создается магнитное поле?

Магнитное поле внутри измерительной трубы генерируется путем подачи постоянного тока через катушки, которые установлены рядом с внешней трубой. Катушки часто встречаются в парах и соединены последовательно друг с другом. Обычно катушки состоят из сотен витков медного провода и, таким образом, рассматриваются как значительная индуктивная нагрузка по его схеме возбуждения. Индуктивность катушек обычно составляет от десятков до сотен миллисекунд плюс сопротивление от 50 до 100 Ом постоянного тока. Магнитное поле чередует свое направление в каждом цикле, когда схема возбуждения изменяет направление тока возбуждения, которое осуществляется путем включения и выключения различных пар переключателей на H-мосте. Частота чередования, как правило, представляет собой целочисленную долю, кратную частоте линии питания для шумоподавления. Схема драйвера состоит из источника постоянного тока и H-моста под управлением микропроцессора.

Рисунок 13. Генерация магнитного поля.

Важна ли силовая диссипация?

Да. Токи возбуждения для электромагнитных расходомеров могут быть довольно большими: до 50 мА для меньших диаметров до 500 мА или 1 А для труб большего диаметра. Контур постоянного тока может потреблять значительное количество мощности и площади платы при линейном регулировании.

Для экономии мощности можно использовать источник питания с коммутационным режимом по сравнению с линейной регулируемой цепью постоянного тока. Как показано на диаграмме, ADP2441 сконфигурирован в режиме вывода источника постоянного тока. Выходное напряжение 1,2 В ADR5040 делится на два резистора до 150 мВ. Это напряжение 150 мВ подается на контактный штырь напряжения ADP2441, так что контакт обратной связи по напряжению также поддерживается на уровне 150 мВ. При установке токового резистора на 0,6 Ом на контакт обратной связи ADP2441 будет регулировать выходной ток до уровня ISET. При настройке значения текущего резистора настройки, подключенного к контакту обратной связи ADP2441, можно настроить источник постоянного тока.

Рисунок 14 (а). Управляйте изолированным H-мостом с SMPS и iCoupler.
(Б). Приводной H-мост с линейным регулируемым источником тока и оптроном.

Таблица 5. Рекомендуемые регуляторы переключения

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий