：本文介绍了一种新式电磁流量计转化器计划显着简化以模仿信号处理为主的传统转化器电路。删去原有模仿带通扩大和采样坚持电路等，只保存榜首级外表扩大器电路。高速24比特∑∆模数转化器对扩大器的输出进行采样。数字信号处理器在数字域内同步解调沟通信号、滤除尖峰和噪声。磁阻隔技能的数字阻隔器芯片代替传统光耦。新计划比传统计划在电路面积、功耗、物料本钱上有显着改善。原理样机在标定实验中到达杰出精度。

　　摘要：本文介绍了一种新式电磁流量计转化器计划显着简化以模仿信号处理为主的传统转化器电路。删去原有模仿带通扩大和采样坚持电路等，只保存榜首级外表扩大器电路。高速24比特∑∆模数转化器对扩大器的输出进行采样。数字信号处理器在数字域内同步解调沟通信号、滤除尖峰和噪声。磁阻隔技能的数字阻隔器芯片代替传统光耦。新计划比传统计划在电路面积、功耗、物料本钱上有显着改善。原理样机在标定实验中到达杰出精度。

　　自从20世纪50年代工业电磁流量计产品面世以来，跟着电子技能和核算机技能的快速的提高，电磁流量计现已日趋老练和完善。电磁流量计因其口径规模宽、量程大、精度高、无压力丢失、可靠性高级长处，在工业范畴得到遍及运用[1]。电磁流量计由电磁流量传感器和电磁流量转化器组成。电磁流量传感器的输出信号幅值很细小，一般在微伏到若干毫伏之间。工业电磁流量计的转化器的模仿信号处理电路一般包含前置扩大、后级扩大、带通滤波、采样坚持、模数转化等。当时常用的低频矩形波励磁的传感器鼓励方法，要求电磁流量转化器能够把被调制的传感器输出解调为直流信号。传统的转化器电路结构较杂乱，运用的元器件数量较多，占用较多的电路板空间。咱们开发了一种新式电磁流量计转化器计划，显着简化了传统的信号处理电路，删去了模仿带通扩大、采样坚持电路等。咱们的计划只保存榜首级外表扩大器电路，选用高速的∑∆模数转化器AD7175-2对外表扩大器的输出进行采样，在数字域内重建流速信号波形、同步解调沟通信号、滤除尖峰和噪声，核算得到流速信号。电磁流量传感器鼓励电路又叫做励磁电路，需求与信号扩大调度电路阻隔。传统的转化器常用光耦阻隔和线性稳压源。咱们开发的计划中选用iCoupler数字阻隔器ADuM7440和开关形式同步降压芯片ADP2441、ADR5040基准电压源，合作集成场效应管H桥芯片组成励磁电路，显着减少了电路板占用面积。

　　电磁流量计的作业原理是法拉第电磁感应定律。依据法拉第电磁感应定律，导电流体流过传感器作业磁场时，在丈量管壁与活动方向和磁场方向彼此笔直的一对电极间，发生与体积流量成份额的电动势。电动势的巨细可表示为E=kBDv。其间E是感应信号电势，k是常数，B是磁感应强度，D是丈量管内径，v是丈量管内电极断面轴线方向均匀流速。电磁流量传感器的灵敏度一般为150微伏/(米/秒)到200微伏/(米/秒)，由于调制励磁电流的换向，传感器的输出信号幅值加倍[1]。对0.1米/秒到15米/秒流速的量程规模，传感器输出信号幅值在30微伏到4～6毫伏之间。

　　传统工业电磁流量计的转化器的模仿信号处理电路一般包含前置扩大、后级扩大、带通滤波、采样坚持、模数转化等。惯例的电磁流量计转化器电路的信号处理一般如下图1。微伏到毫伏级的传感器输出信号首要被外表扩大器扩大。既要尽可能多的扩大有用信号，又要防止共模电压形成扩大器输出饱满，榜首级外表扩大器的扩大倍数一般设定为不大于10倍。接着运用带通滤波器把信号进一步扩大几十倍到伏级。扩大的信号通过微处理器操控的采样坚持电路滤除尖峰，变成直流信号送入模仿数字转化器。电磁流量传感器一般运用低频矩形波励磁。信号调度电路与励磁电路之间通过光耦阻隔。总线毫安电流输出、频率脉冲输出、报警输出等也通过光耦阻隔。

　　咱们开发了一种新式电磁流量计转化器计划，显着简化了传统的信号处理电路，删去了模仿带通扩大、采样坚持电路等。该计划只保存榜首级外表扩大器电路，这儿选用场效应管输入级的轨到轨输出外表扩大器AD8220。它选用紧凑的MSOP封装，具有100dB共模抑制比、10pA最大输入偏置电流，噪声转机频率典型值仅为10 Hz。榜首级外表扩大器的增益设定为10倍。假定电磁流量传感器的灵敏度是150微伏/(米/秒)，那么通过AD8220后的0.1米/秒、1米/秒、15米/秒流速的信号幅值就被别离扩大为0.3毫伏、3毫伏和45毫伏。

　　与传统的电磁流量转化器电路不同的当地是，咱们的计划没有对榜首级外表扩大器输出信号做进一步的模仿信号调度，而是运用较高速的∑∆模数转化器AD7175-2对外表扩大器的输出进行直接采样。AD7175-2是双通道、24比特、250kSPS采样率、片内集成轨到轨输入缓冲器的∑∆模数转化器，支撑真差分、伪差分和单端输入。咱们的计划只运用AD7175-2的一个差分输入通道，并平衡获取满足数量的样点以重建波形和下降电路功耗的需求，其采样率被设为31.25kSPS。该模数转化器在31.25kSPS和运用内部Sinc5加Sinc1滤波器条件下，量化峰峰值噪声是221微伏，折算到10倍增益的榜首级扩大器输入端是22微伏。这不只淹没了0.1米/秒流速情况下电磁流量传感器的信号输出，而且31.25kSPS也远远超出流速核算所需求的有用刷新率需求。31.25kSPS的采样率在一个励磁周期内(以1/8工频为例)能够给咱们供给多达5000个模数转化样点。除掉磁场换向发生的瞬态区间，至少还有四千多个样点供流速核算处理。有这样多的样点数量，咱们咱们能够运用数字滤波器把模数转化数据率下降到例如5赫兹，模数转化器的量化噪声也就随之衰减至4.95微伏，折算到10倍增益的榜首扩大器输入端仅0.5微伏，折合3毫米/秒的流速分辨率。

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