电磁流量计是20世纪50年代至60年代随着电子技术的发展而兴起的一种新型流量测量仪器。由于其无阻流部件的特点，广泛应用于测量领域。持续的技术进步需要不断提高解决方案的集成术授权代理Excelpoint世健工程师Nathan Xiao借助AD可实现高分辨率、低噪声的工业电磁流量计模拟前端电路的放大器和模数转换器。

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电磁流量计的工作原理

电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。根据法拉第定律，当导电流体通过传感器的磁场时，电极与体积流量成正比，其方向垂直于流向和磁场。电势范围可以表示为：E = kBDv

其中，V表示导电流体的运动速度；B表示磁场强度；D 测量管道内径；E表示电极两端测量的电压；k为常数。B、D等式简化为：E ∝ V。

图2 电磁流量传感器的输出信号

传统的处理方法是模拟。前端采用高输入阻抗的前放大器处理泄漏电流，后电路通过多阶模拟过滤器和采样保持，最终送入ADC转换。该方法通过积分。AD中国官网电路和多级滤波器过滤掉高频信号，减少ADC信号分析的难度，但也使大多数传感器信息在现阶段丢失，不能监测空气管道检测、液体气泡、污垢等其他属性参数；此外，由于积分和多级滤波，系统响应速度大大降低，流速变化过程中测量误差较大，不能满足快速、准确的流量监控需求，如高速灌装。

模拟前端设计可以通过采样法大大简化，不再需要模拟带滤波器和采样保持电路。AD8220 AD7172的解决方案，可大大提高流量计的测量响应速度，同时保留更多的传感器信息，在经过软件处理后将提供更多的流量属性参数。

图3 采用AD8220和AD717x过采样架构模拟前端

对模拟前端的具体选择要求进行详细分析。

选择模拟放大器

共模抑制比和输入阻抗将是两个最关键的参数。

共模抑制比

随着被测液体在管道中的流动，液体电解质与电极摩擦产生电位，称为极化。如果两个电极完全一致，电极上的电位相等，则可以相互抵消。然而，在实践中，极化不能完全抵消。电压通常在数百毫伏到2伏之间。前放大器已成为抑制极化产生的共模电压的关键。

图4 前放大器共模抑制

100dB共模抑制比可以是0.3V共模衰减到3μV，放大器输出端出现直流失调，通过校准消除。同时，共模电压也会受到液体质量、温度等因素的影响。因此，共模抑制比越高，校准后影响越小，流量稳定性越好。AD8220放大器在DC到5kHz共模抑制比优异，如下表所示。

表1 AD8220共模抑制比

在流量计的应用中，仪表放大器的放大倍数超过10倍AD8220 B级，直流到60Hz共模抑制比为110dB，5kHz以下为90dB，能很好地将共模电压和噪声抑制到微伏水平。

图5 AD8220直流和交流共模抑制效果

表2显示不同CMRR影响传感器输出信号。

表2 共模抑制对实际流速的影响

图8 接口之间的前端放大器和电磁流量传感器

实际测试结果

下图为采用AD8220和AD7172模拟前端电路，采样后DN实际标定在100管道上的最终结果优于国标0.2级指标。

图9-10 实际测试结果

AD模拟前端电路方案的电磁流量计能满足领先高端流量计的要求，在测量响应速度方面具有明显优势，能节约成本，优化功耗和面积，Excelpoint世健可提供相关技术指导和支持。