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解决方案 | 直击痛点,电磁流量计性能提升之道

芯佰微电子 2024-12-18 10:03 次阅读

总述:

工业自动化进程中,精确测量导电液体流量对众多行业至关重要。比如化工行业中,精确流量控制关乎化学反应进程与产品质量;钢铁行业的冷却系统,流量监测失误可致设备过热损坏;市政供水排水领域,流量测量误差影响水资源管理与成本核算;农业灌溉里,不准确的流量数据会造成水资源浪费或作物灌溉不足。

电磁流量计基于法拉第电磁感应定律工作,在流量测量领域占据重要地位。当前,随着微电子技术持续进步,其呈现出数字化、智能化显著趋势,测量精度与稳定性不断提升。数字信号处理器DSP)广泛应用,实时处理传感器信号,有效增强抗干扰能力,提高测量精度。如在工业自动化场景中,精确测量流量对生产流程控制至关重要,电磁流量计的技术进步为其提供有力支持。

面临挑战剖析

介质复杂性挑战:石油化工行业中流体介质多样且性质复杂,对电磁流量计测量性能提出高要求。不同介质的导电性、腐蚀性、粘度等特性各异,传统流量计难以适应,易导致测量误差大、设备寿命短等问题。

环境因素干扰:温度、压力等环境条件变化显著影响电磁流量计测量精度。在工业生产现场,温度波动大,如高温环境可能使传感器性能漂移,影响测量准确性;压力变化也会干扰流量测量,需具备精准温度、压力补偿功能,确保测量精度稳定。

防腐防堵难题:化工等行业流体介质腐蚀性强、易堵塞,对电磁流量计防腐、防堵性能要求高。腐蚀会损坏传感器和管道,缩短设备使用寿命;堵塞则影响流体正常流动,导致测量失效,增加维护成本与停机时间。

低流速与水气影响:在管网末梢或特定工况下,水流流速过低影响测量精度;管道内水气存在会干扰测量信号,使测量结果失真,影响流量数据可靠性,对测量准确性构成严重威胁。

芯佰微解决方案

放大器:用于放大传感器输出的微弱信号。由于传感器输出的信号幅度通常很小,需要通过放大器将其放大到适合ADC输入的范围。

ADC(模数转换器):ADC将模拟信号转换为数字信号,以便进行进一步的数字处理和分析。

DAC数模转换器):DAC在电磁流量计中可用于将数字控制信号转换为模拟信号。

RS485/RS422芯片:用于系统中的数据传输。在电磁流量计中,RS485芯片可用于将流量数据传输到远程监控中心控制系统

LDO(低压差线性稳压器):LDO用于为电磁流量计中的电子元件提供稳定的电源

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电磁流量计应用框图

一、模数转换精准性ADC(CBM79AD60G)

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  • 高分辨率和采样率:CBM79AD60G的分辨率高达18位,这意味着它能够提供极高的模拟信号转换精度。该器件的采样率为5MSPS(每秒百万次采样),这使得它能够快速响应输入信号的变化,适用于高速数据采集和实时信号处理的场景。
  • 功耗低:CBM79AD60G采用低功耗设计,总功耗仅为64.5mW,这对于便携式设备和电池供电的应用尤为重要。
  • 内置转换时钟产生电路:内部集成了转换时钟产生电路,这减少了外部组件的需求,简化了系统设计,降低了成本和复杂性。
  • 通用串行接口:所有转换结果通过串行高速LVDS接口输出,适用于多种通信协议和数据传输需求。
  • 高信噪比:信噪比(SNR)达到99dB,保证了信号处理的高保真度。

二、数模转换多样性DAC(CBM53D24、CBM128S085)

CBM53D24:

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  • 低功耗:CBM53D24在3V供电下的低功耗使其非常适合电池供电或低功耗应用。
  • 高分辨率:12位的分辨率提供了精确的模拟输出,适用于需要高精度的应用。
  • 多通道输出:4路缓冲电压输出使其能够同时控制多个模拟信号,增加了应用的灵活性。
  • 宽电压范围:2.5V至5.5V的供电电压范围使其能够适应不同的电源条件。
  • 兼容性:3线串行接口兼容多种通信协议,如SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP,方便与各种微控制器和处理器连接。

CBM128S085:

  • 多通道输出:CBM128S085提供8个电压模拟输出通道,可以满足多种应用场景下对多路模拟信号的需求。
  • 高精度和低噪声:CBM128S085在精度和噪声控制方面表现出色,这对于需要高精度模拟输出的应用至关重要。
  • 外部参考电压输入:该DAC支持外部参考电压输入,用户可以根据具体需求调整参考电压,以获得所需的模拟输出范围和精度。
  • 灵活的接口配置:CBM128S085支持SPI接口进行数据传输,这使得它与微控制器等数字设备的连接变得简单且高效。
  • 广泛的应用领域:由于其多通道、高精度和低噪声的特性,CBM128S085适用于音频处理、数据采集、工业控制等多个领域。

三、强悍放大器(CBM8629、CBM8605)

CBM8629是一款放大器,具备以下特性参数优势:

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  • 低失调电压:CBM8629的失调电压仅为1μV,这意味着在没有信号输入时,输出端的电压偏移非常小,从而提高了测量的准确性。
  • 轨到轨输入和输出:CBM8629支持轨到轨输入和输出摆幅,这使得它在处理各种信号幅度时都能保持高效和准确。
  • 高共模抑制比和电源抑制比:CMRR和PSRR均达到130dB,有助于减少共模信号和电源噪声对放大器输出的影响。

CBM8605是一款放大器,具备以下特性参数优势:

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  • 低失调电压:CBM8605具有极低的输入失调电压,这使得它在精密电路应用中表现出色,能够准确放大微弱信号而不失真。
  • 低输入偏置电流:其输入偏置电流极低(最大值为5pA),这有助于减少在高阻抗源信号放大时引入的误差,提高测量精度。
  • 低噪声:CBM8605的噪声水平非常低(典型值为12nV/√Hz),这对于需要高信噪比的应用(如音频处理、传感器信号放大等)至关重要。
  • 宽带宽:该放大器具有高达8.2MHz的增益带宽积,这意味着它能够在较宽的频率范围内保持较高的增益和低失真特性,适用于音频和其他交流应用。
  • 轨到轨输入/输出:输入/输出可以支持轨到轨,极大拓宽了此系列运放的应用范围,使得信号处理更加灵活。
  • 封装多样:CBM8605通常有多种封装形式可供选择,如WLCSP封装,方便集成到不同的电路中。

四、电源管理稳定性(CBM1117)

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  • 高输出电流:CBM1117能够提供高达0.8A的输出电流,适合需要较大电流的应用。
  • 宽输入电压范围:支持2.6V至15V的宽输入电压范围,适用于多种供电条件。
  • 热过载保护和限流功能:当芯片温度达到大约 160°C 时,热关闭电路会禁用输出,以保护设备免受过热损坏。内置限流电路,能够在输出或调整端短路时限制电流,防止设备损坏。

五、接口收发器可靠性(CBM3085)

  • 低功耗设计:CBM3085采用低功耗设计,非常适合需要节能的应用场景。
  • 数据传输速率:该芯片的数据速率可达500kbps,满足大多数数据传输需求。
  • 高稳定性:CBM3085能够在输入电压或负载电流变化时保持输出电压的稳定,这对于需要精确电压控制的电子设备来说至关重要。
  • ESD保护:该芯片提供高达2000V的ESD保护(TTL/CMOS级别)以及15000V的ESD保护(RS-485级别),确保在恶劣环境下也能正常工作。
  • 工作温度范围:CBM3085的工作温度范围为-40℃到+125℃,这使得它能够在各种极端环境下保持稳定的性能。

应用案例分析

一、石油化工行业应用

精确流量控制与质量提升:在某大型石化企业原油加工过程中,CBM79AD60G 模数转换器高分辨率与采样率精确测量原油流量,为生产过程精准控制提供数据支持。CBM8605放大器低噪声特性确保微弱信号准确放大,提高测量精度。精确流量控制优化原油与添加剂配比,提高产品质量稳定性,减少废品产生,降低生产成本。

设备安全运行保障:石化生产中,许多管道输送腐蚀性介质。电磁流量计采用 CBM53D24 数模转换器控制防腐设备运行参数,确保设备在恶劣环境下稳定运行。CBM1117电源管理芯片稳定供电,保障流量计及相关设备在复杂工况下正常工作。实时流量监测及时发现管道泄漏或堵塞等异常情况,避免安全事故发生,减少生产损失。

二、水处理领域应用

供水系统优化与节能降耗:城市供水系统中,CBM128S085 数模转换器多通道输出特性用于控制多个阀门开度,依不同区域用水需求精准调节供水流量。CBM3085接口收发器可靠传输流量数据至供水调度中心,实现远程监控与智能控制。通过优化供水流量分配,降低管网压力损失,提高供水效率,节约能源,降低运营成本。

污水处理过程精准监测:污水处理厂中,电磁流量计精确测量污水流量与水质参数(如酸碱度、溶解氧等)。CBM8629 放大器高精度放大传感器信号,CBM79AD60G模数转换器将模拟信号转换为数字信号后送控制系统处理。实时监测数据为污水处理工艺调整提供依据,确保污水处理达标排放,保护环境。

三、食品制造行业应用

生产过程自动化与质量控制:食品饮料生产线上,CBM3085 通信接口将流量数据实时传输至生产控制系统,实现自动化生产控制。CBM8605放大器确保流量测量精度,精确控制原料添加量与产品包装量,保证产品质量一致性,提高生产效率。

卫生标准符合与设备可靠性:食品行业对设备卫生要求高,电磁流量计采用耐腐蚀材料与卫生级设计,满足卫生标准。CBM1117 电源管理芯片稳定供电,保障设备长期稳定运行,减少设备故障与停机时间,确保食品生产连续性与安全性。

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