電磁流量計可在工業(yè)應(yīng)用中實現(xiàn)高精度
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Σ-?技術(shù)非常適合用來滿足這些對ADC的要求，以適當?shù)乃俣忍峁┏錾脑肼曅阅堋３驮肼?Sigma;-?型ADC AD7192 適合電磁流量計使用，該器件在 4800 Hz輸出數(shù)據(jù)速率下具有 16.5 位無噪聲分辨率額定值。表 5 顯示該器件的有效分辨率與增益和輸出數(shù)據(jù)速率的關(guān)系。
表 5. AD7192 有效分辨率與增益和輸出數(shù)據(jù)速率的關(guān)系
| 濾波器字(十進制) | 輸出數(shù)據(jù)速率 (Hz) 本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/201702/338255.htm | 建立時間 (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括號中的數(shù)字表示輸出峰峰值(p-p)分辨率。 | ||||||||
圖 11 顯示ADC子電路，包括解調(diào)器輸出和微功耗、高精度 2.5V基準電壓源 ADR3425 。
圖 11. ADC子電路
某些應(yīng)用（比如飲料灌裝）需更高頻率的傳感器勵磁。150 Hz傳感器線圈勵磁允許在大約一秒時間內(nèi)完成灌裝過程。噪聲要求不變，但ADC必須更快。Σ-?型ADCAD7176-2 的建立時間為 20 µs，250 kSPS時的無噪聲分辨率為 17 位，50 Hz和 60 Hz信號音的噪聲抑制性能為 85 dB。
模擬信號鏈測試
此處所述之構(gòu)建塊用來在校準實驗室內(nèi)勵磁和測試電磁流量傳感器。在真實的流量系統(tǒng)中還測試了完整的前端，包括高CMRR輸入級、帶通濾波器和增益級。兩塊測試板在 1 m/s至 5 m/s范圍內(nèi)達到±0.2%精度，可重復(fù)性為 0.055%，很好地滿足了工業(yè)標準。電磁流量計的信號鏈如圖 12 所示。
圖 12. 電磁流量計
傳感器勵磁和測量表示整體系統(tǒng)性能，因為電極產(chǎn)生的mV級信號最終轉(zhuǎn)換為流量結(jié)果。流速信號通過多種協(xié)議傳送至系統(tǒng)控制器，包括RS-485 和 4 mA至 20 mA電流環(huán)路。電流環(huán)路的重要優(yōu)勢是它不受線路壓降的影響，可以實現(xiàn)長距離通信，并且相比電壓通信更不容易受到噪聲干擾影響。在工廠自動化應(yīng) 用中，數(shù)字總線協(xié)議更為常用，使用差分電壓模式信號通過較短的距離便可提供高速通信。圖 13 顯示 4 mA至 20 mA采樣電路，使用HART ®圖 14 顯示隔離式RS-485 解決方案。
圖 13. 集成 HART 的 4 mA 至 20 mA 電流環(huán)路
圖 14. 隔離式 RS-485 電路
為了保持用戶界面的安全電壓，并防止源信號產(chǎn)生瞬變，通常在每個通信通道與系統(tǒng)控制器之間需要進行電流隔離。表6 列出的器件針對這些通信標準可提供最高的集成度。
表 6. 用于工業(yè)數(shù)據(jù)采集的集成電路
| 輸出 | 解決方案 | 說明 | 優(yōu)點 |
| 4-mA 至 20-mA | AD5410/AD5420 | 單通道、16 位、電流源DAC | 開路/短路診斷過溫故障 |
輸出壓擺率控制 | |||
| 軟件可編程電流/電壓范圍 | |||
| 4-mA 至 20-mA | AD5412/AD5422 | 單通道、16位、電流源和電壓輸出DAC、HART連接 | 開路/短路診斷過溫故障 |
| 輸出壓擺率控制 | |||
| 軟件可編程電流/電壓范圍 | |||
| 4-mA 至 20-mA | AD5750 | 工業(yè)電流/電壓輸出驅(qū)動器，輸出范圍可編程 | 開路/短路診斷過溫故障 |
| 輸出壓擺率控制 | |||
| CRC差錯校驗 | |||
| 負電流范圍 | |||
| HART | AD5700 | 低功耗HART調(diào)制解調(diào)器 | 接收模式時的電源電流：115μA（最大值） |
| 集成帶通濾波器 | |||
| 只需極少的外部器件 | |||
| RS-232 | ADM3251E | 隔離式單通道RS-232線路驅(qū)動器/接收機 | RIN and 和TOUT 引腳提供ESD保護 |
| ±8 kV：接觸放電 | |||
| ±15 kV：氣隙放電 | |||
| CAN 總線 | ADM3053 | 2.5kV rms信號和電源隔離CAN收發(fā)器 | 限流和熱關(guān)斷特性，可防止輸出短路 |
| RS-485 | ADM2582E | 2.5 2.5 kV信號和電源隔離、±15 kV ESD保護、全/半雙工RS-485 | 開路和短路故障保護接收器輸入 |
| 熱關(guān)斷保護 |
結(jié)論
電磁流量計是目前使用最為廣泛的流量技術(shù)之一。主要用于液 體流量測量，重點是自來水與污水處理系統(tǒng)，在歐洲尤為受歡 迎。其主要的發(fā)展趨勢是減少PCB面積和提升性能。系統(tǒng)性能 取決于模擬輸入模塊，該模塊需要用到高阻抗、低噪聲、高 CMRR輸入放大器和低噪聲、高分辨率Σ-?型ADC。后續(xù)發(fā)展 趨勢表明需要用到速度更快的ADC。AD719x系列ADC滿足當 前的系統(tǒng)級要求，而AD7176 系列能夠很好地滿足未來的要求。 ADI的高效率DC-DC調(diào)節(jié)器、集成式通信、高分辨率ADC、精 密放大器以及高精度基準電壓源可讓設(shè)計人員實現(xiàn)新設(shè)計，并 獲得高于這些要求的性能。
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