工业上泛采用4mA~20mA电流来传输模拟量,采用电流传输的主要原因是信号不易受干扰,并且电流源内阻无穷大,导线电阻串联在回路中基本不影响仪表精度,在普通双绞线上可以传输数百米,在流程工业中有广泛应用。
法拉第电磁感应定律是电磁流量计的理论依据。在与测量管轴线和磁力线相互垂直的管壁上安装一对检测电极,当导电液体沿测量管轴线运动时,导电液体作切割磁力线运动产生感应电动势。此感应电势由测量管上的两个电极检出,数值大小为:E=K×B×V×D (1)
式中,E-感应电势;K-仪表常数;B-磁感应强度;V-测量管截面内的平均流速;D-测量管的内直径。
两线制仪表只需两根电缆,既为仪表提供24Vdc配电,又是4mA~20mA电流输出载体,仪表的整机负载电流也体现在这两根电缆之上,属于典型的回路供电技术应用。
如果电磁流量计整机负载电流大于4mA,这两根电缆上就一直会有这个大于4mA的电流存在,那么仪表的4mA输出功能则不能实现(一般情况是用4mA电流表示仪表测量范围的下限值)。为了解决这个问题,行业内一般方法是将两线制流量计的整机负载电流控制在3.5mA(24Vdc)左右,不用足4mA时需要预留0.5mA作为报警输出空间。要将两线制电磁流量计平均等效负载电流控制在3.5mA(24Vdc)左右,必须简化仪表功能,通常情况下只具备4~20mA电流输出功能。另外,高灵活性点阵显示器、高性能AD转换器等高性能、高功耗器件均不能使用。
在电磁流量计水测量应用中,为了削弱极化电压对测量结果的影响,需要交变磁场。此交变磁场通常是通过交变恒流对传感器线圈进行励磁而获得,要提高流量计测量性能,提高励磁电流,增强流量信号信噪比,是最直接有效的措施。
电磁流量计传感器需要励磁供电,且消耗的能量处于一个较高的水平(780 mW),可以认为励磁功能是电磁流量计最大的瞬态能量消耗负载,这与涡街、涡轮等被动传感器有本质区别,增大了两线制电磁流量计研制难度。
两线制仪表供电架构对其仪表所消耗的能量有严格的限制,这一特性决定了两线制电磁流量计的励磁电流必然偏小,流量信号信噪比低,测量准确度差(±1%)。因此一般来讲,两线制仪表的工作性能会弱于相应的四线制仪表。是两线制电磁流量计推广不力的主要原因,只有山武等少数厂商有少数应用,推广效果也不理想。两线制科氏质量流量计也有类似情况,主要原因仍然是由于两线制产品的供电架构限制了仪表整体能耗,导致测量准确度低,产品力不足,与四线制产品差距明显。
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