工業上泛采用4mA~20mA電流來傳輸模擬量,采用電流傳輸的主要原因是信號不易受干擾,并且電流源內阻無窮大,導線電阻串聯在回路中基本不影響儀表精度,在普通雙絞線上可以傳輸數百米,在流程工業中有廣泛應用。
法拉第電磁感應定律是電磁流量計的理論依據。在與測量管軸線和磁力線相互垂直的管壁上安裝一對檢測電極,當導電液體沿測量管軸線運動時,導電液體作切割磁力線運動產生感應電動勢。此感應電勢由測量管上的兩個電極檢出,數值大小為:E=K×B×V×D (1)
式中,E-感應電勢;K-儀表常數;B-磁感應強度;V-測量管截面內的平均流速;D-測量管的內直徑。
兩線制儀表只需兩根電纜,既為儀表提供24Vdc配電,又是4mA~20mA電流輸出載體,儀表的整機負載電流也體現在這兩根電纜之上,屬于典型的回路供電技術應用。
如果電磁流量計整機負載電流大于4mA,這兩根電纜上就一直會有這個大于4mA的電流存在,那么儀表的4mA輸出功能則不能實現(一般情況是用4mA電流表示儀表測量范圍的下限值)。為了解決這個問題,行業內一般方法是將兩線制流量計的整機負載電流控制在3.5mA(24Vdc)左右,不用足4mA時需要預留0.5mA作為報警輸出空間。要將兩線制電磁流量計平均等效負載電流控制在3.5mA(24Vdc)左右,必須簡化儀表功能,通常情況下只具備4~20mA電流輸出功能。另外,高靈活性點陣顯示器、高性能AD轉換器等高性能、高功耗器件均不能使用。
在電磁流量計水測量應用中,為了削弱極化電壓對測量結果的影響,需要交變磁場。此交變磁場通常是通過交變恒流對傳感器線圈進行勵磁而獲得,要提高流量計測量性能,提高勵磁電流,增強流量信號信噪比,是最直接有效的措施。
電磁流量計傳感器需要勵磁供電,且消耗的能量處于一個較高的水平(780 mW),可以認為勵磁功能是電磁流量計最大的瞬態能量消耗負載,這與渦街、渦輪等被動傳感器有本質區別,增大了兩線制電磁流量計研制難度。
兩線制儀表供電架構對其儀表所消耗的能量有嚴格的限制,這一特性決定了兩線制電磁流量計的勵磁電流必然偏小,流量信號信噪比低,測量準確度差(±1%)。因此一般來講,兩線制儀表的工作性能會弱于相應的四線制儀表。是兩線制電磁流量計推廣不力的主要原因,只有山武等少數廠商有少數應用,推廣效果也不理想。兩線制科氏質量流量計也有類似情況,主要原因仍然是由于兩線制產品的供電架構限制了儀表整體能耗,導致測量準確度低,產品力不足,與四線制產品差距明顯。
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