ADI电磁流量计解决方案

工业电磁流量计的系统原理和典型架构

电磁流量计的工作原理基于法拉第电磁感应定律。当垂直于磁场方向的导体以速度V做切割磁力线运动时，在导体的两端会产生一定的感应电动势E，液体流速变化可以通过检测该感应电动势的大小来计算。

电磁流量计的优点是无压力损耗，并且不受粘度、流体密度、温度、压力或电导率的影响，适合纸浆、泥浆、污水等的高精度测量工作。

电磁流量计系统包括电源、电磁激励、信号调理、模数转换、处理器、显示器、键盘、逻辑I/O和多种通信机制，如4 mA至20 mA、HART、Profibus、RS-485/RS-422/RS-232、Modbus和Foundation等。

工业电磁流量计的系统设计考虑和主要挑战

为了合理设计电磁流量计系统，设计人员必须考虑许多不同的系统要求，包括精度、带宽和电磁激励频率等。

• 在常用电压下，电磁流量计传感器的输出范围可能小到只有数十微伏。输出阻抗往往高于兆欧范围。前端精密运算放大器或仪表放大器要求超高输入阻抗、极低漏电流和出色的共模抑制比(CMRR)。
• 电磁流量计产品的最大测量范围可能宽达1500:1，用于反映流速的范围是0.01 m/s至15 m/s。
• 测量精度可能高达读数的0.2%，常常要求16位至24位精度的模数转换器。
• 能够连接不同的现场总线，如HART、Profibus、Modbus、Foundation、RS-485/RS-422/RS-232和无线HART等。
• 系统电源、中央逻辑单元、通信和I/O之间需要隔离，隔离等级要求从1 kV至2.5 kV不等。
• 便携式电磁流量计要求超低功耗微控制器、放大器和ADC器件。
• 高频方波激励可改善对浆状流体噪声的抗扰度，但需要与零点稳定度折衷。

工业现场的温度环境非常复杂，有时甚至会造成极端恶劣的影响。为了能够在较宽的温度范围内工作，低温漂系数和低功耗对电磁流量计至关重要。ADI公司提供完整的产品组合，包括精密放大器、精密基准电压源、精密模数转换器和ARM内核微处理器等。

EMC抗扰度(如ESD、EFT和浪涌等)也是电磁流量计设计的重大挑战。ADI器件具有出色的抗ESD干扰能力，能够大大改善产品的可靠性和鲁棒性。

此外，电磁流量计内部的空间有限，系统密度很高，因而必须减小器件尺寸。最近，集成电路技术的进步使得系统设计人员能够采用尺寸更小、功耗和成本更低的解决方案，而其性能与那些大型系统不相上下。未来发展的挑战是推动这些解决方案的进一步集成，同时提高其性能和诊断能力。

ADI公司提供面向市场定制的解决方案，以便简化设计过程。这些解决方案采用业界领先技术，并提供众多设计选项，从采用分立器件的实现方案到全集成式解决方案应有尽有。

ADI公司的整体解决方案

客户可以利用ADI公司的放大器、数据转换、信号处理、通信和电源方面的技术与经验，设计高分辨率、低噪声的工业电磁流量计系统。

主信号链

此信号链展示的是典型的电磁流量计系统。在具体设计中，模块的技术要求可能不同，但下表列出的产品代表了满足部分需求的ADI 解决方案。

主要产品简介

针对电磁流量计的实验室电路

• 适合过程控制应用的完整高速、高共模抑制比(CMRR)精密模拟前端 (CN0213)—www.analog.com/zh/CN0213
• 利用精密模拟微控制器ADuC7060/ADuC7061构建4 mA至20 mA环路供电温度监控器 (CN0145)—www.analog.com/zh/CN0145
• 利用AD5420提供16位、4 mA至20 mA输出简化解决方案 (CN0098)—www.analog.com/zh/CN0098
• 利用单芯片电压和电流输出DAC AD5422及数字隔离器ADuM1401构建16位全隔离输出模块 (CN0065)—www.analog.com/zh/CN0065
• 基于24位Σ-Δ型ADC AD7793和数字隔离器ADuM5401的全隔离输入模块 (CN0066)—www.analog.com/zh/CN0066

ADI公司提供的支持资源

• ADC：ADIsimADC；Σ-Δ型ADC寄存器配置助手
• DAC：ADIsimDAC
• 放大器：ADIsimOpAmp、ADIsimDiffAmp
• 电源：EVB和ADIsimPower
• 处理器：EVB仿真工具和软件