电磁流量计可在工业应用中实现高精度
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Σ-∆技术非常适合用来满足这些对ADC的要求，以适当的速度提供出色的噪声性能。超低噪声Σ-∆型ADC AD7192 适合电磁流量计使用，该器件在 4800 Hz输出数据速率下具有 16.5 位无噪声分辨率额定值。表 5 显示该器件的有效分辨率与增益和输出数据速率的关系。
表 5. AD7192 有效分辨率与增益和输出数据速率的关系
| 滤波器字(十进制) | 输出数据速率 (Hz) 本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/201702/338255.htm | 建立时间 (ms) | 增益 = 11 | 增益 = 81 | 增益 = 161 | 增益 = 321 | 增益 = 641 | 增益 = 1281 |
| 1023 | 4.7 | 852.5 | 24(22) | 24(22) | 24(21.5) | 24(21.5) | 23.5(21) | 22.5(20) |
| 640 | 7.5 | 533 | 24(22) | 24(21.5) | 24(21.5) | 23.5(21) | 23(20.5) | 22.5(20) |
| 480 | 10 | 400 | 24(21.5) | 23.5(21) | 23.5(21) | 23.5(21) | 23(20.5) | 22(19.5) |
| 96 | 50 | 80 | 22(19.5) | 22(19.5) | 22(19.5) | 22(19.5) | 21.5(19) | 21(18.5) |
| 80 | 60 | 66.7 | 22(19.5) | 22(19.5) | 22(19.5) | 21.5(19) | 21.5(19) | 20.5(18) |
| 40 | 120 | 33.3 | 22(19.5) | 21.5(19) | 21.5(19) | 21.5(19) | 21(18.5) | 20.5(18) |
| 32 | 150 | 26.7 | 21.5(19) | 21.5(19) | 21.5(19) | 21(18.5) | 21(18.5) | 20(17.5) |
| 16 | 300 | 13.3 | 21.5(19) | 21.5(19) | 21(18.5) | 21(18.5) | 20.5(18) | 19.5(17) |
| 5 | 960 | 4.17 | 20.5(18) | 20.5(18) | 20.5(18) | 20(17.5) | 19.5(17) | 19(16.5) |
| 2 | 2400 | 1.67 | 20(17.5) | 20(17.5) | 19.5(17) | 19.5(17) | 19(16.5) | 18(15.5) |
| 1 | 4800 | 0.83 | 19(16.5) | 19(16.5) | 19(16.5) | 18.5(16) | 18.5(16) | 17.5(15) |
1括号中的数字表示输出峰峰值(p-p)分辨率。 | ||||||||
图 11 显示ADC子电路，包括解调器输出和微功耗、高精度 2.5V基准电压源 ADR3425 。
图 11. ADC子电路
某些应用（比如饮料灌装）需更高频率的传感器励磁。150 Hz传感器线圈励磁允许在大约一秒时间内完成灌装过程。噪声要求不变，但ADC必须更快。Σ-∆型ADCAD7176-2 的建立时间为 20 µs，250 kSPS时的无噪声分辨率为 17 位，50 Hz和 60 Hz信号音的噪声抑制性能为 85 dB。
模拟信号链测试
此处所述之构建块用来在校准实验室内励磁和测试电磁流量传感器。在真实的流量系统中还测试了完整的前端，包括高CMRR输入级、带通滤波器和增益级。两块测试板在 1 m/s至 5 m/s范围内达到±0.2%精度，可重复性为 0.055%，很好地满足了工业标准。电磁流量计的信号链如图 12 所示。
图 12. 电磁流量计
传感器励磁和测量表示整体系统性能，因为电极产生的mV级信号最终转换为流量结果。流速信号通过多种协议传送至系统控制器，包括RS-485 和 4 mA至 20 mA电流环路。电流环路的重要优势是它不受线路压降的影响，可以实现长距离通信，并且相比电压通信更不容易受到噪声干扰影响。在工厂自动化应 用中，数字总线协议更为常用，使用差分电压模式信号通过较短的距离便可提供高速通信。图 13 显示 4 mA至 20 mA采样电路，使用HART ®图 14 显示隔离式RS-485 解决方案。
图 13. 集成 HART 的 4 mA 至 20 mA 电流环路
图 14. 隔离式 RS-485 电路
为了保持用户界面的安全电压，并防止源信号产生瞬变，通常在每个通信通道与系统控制器之间需要进行电流隔离。表6 列出的器件针对这些通信标准可提供最高的集成度。
表 6. 用于工业数据采集的集成电路
| 输出 | 解决方案 | 说明 | 优点 |
| 4-mA 至 20-mA | AD5410/AD5420 | 单通道、16 位、电流源DAC | 开路/短路诊断过温故障 |
输出压摆率控制 | |||
| 软件可编程电流/电压范围 | |||
| 4-mA 至 20-mA | AD5412/AD5422 | 单通道、16位、电流源和电压输出DAC、HART连接 | 开路/短路诊断过温故障 |
| 输出压摆率控制 | |||
| 软件可编程电流/电压范围 | |||
| 4-mA 至 20-mA | AD5750 | 工业电流/电压输出驱动器，输出范围可编程 | 开路/短路诊断过温故障 |
| 输出压摆率控制 | |||
| CRC差错校验 | |||
| 负电流范围 | |||
| HART | AD5700 | 低功耗HART调制解调器 | 接收模式时的电源电流：115μA（最大值） |
| 集成带通滤波器 | |||
| 只需极少的外部器件 | |||
| RS-232 | ADM3251E | 隔离式单通道RS-232线路驱动器/接收机 | RIN and 和TOUT 引脚提供ESD保护 |
| ±8 kV：接触放电 | |||
| ±15 kV：气隙放电 | |||
| CAN 总线 | ADM3053 | 2.5kV rms信号和电源隔离CAN收发器 | 限流和热关断特性，可防止输出短路 |
| RS-485 | ADM2582E | 2.5 2.5 kV信号和电源隔离、±15 kV ESD保护、全/半双工RS-485 | 开路和短路故障保护接收器输入 |
| 热关断保护 |
结论
电磁流量计是目前使用最为广泛的流量技术之一。主要用于液 体流量测量，重点是自来水与污水处理系统，在欧洲尤为受欢 迎。其主要的发展趋势是减少PCB面积和提升性能。系统性能 取决于模拟输入模块，该模块需要用到高阻抗、低噪声、高 CMRR输入放大器和低噪声、高分辨率Σ-∆型ADC。后续发展 趋势表明需要用到速度更快的ADC。AD719x系列ADC满足当 前的系统级要求，而AD7176 系列能够很好地满足未来的要求。 ADI的高效率DC-DC调节器、集成式通信、高分辨率ADC、精 密放大器以及高精度基准电压源可让设计人员实现新设计，并 获得高于这些要求的性能。
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