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德州仪器 (TI) 的流量计解决方案。

德州仪器 (TI) 的流量计解决方案。

定制开发

TI支持

应用领域:工业电子
方案类型:芯片级方案
上传时间:2018-05-10

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方案概述

从低成本到石化和药品工厂中建立的极高精度与快速流量测量,工业设置中流量测量的应用要求有所不同。两种主要方法分别是磁感应式流量计和科氏流量计。

电磁流量计由缠绕磁线圈的非铁磁性管组成。管子内部隔离面中的电极与流经管子的液体(必须是导电液体)接触。管子周围的线圈在管内部生成磁场。该磁场可感应流体中产生的与管中流体速度成正比的电压。此电压通过电极测量。如果测量的电压很低,则需要进行精确的低噪声信号调节。

科氏流量计是可直接测量质量流量的常用流量计。通过对管子施加强磁场,使液体流经的管子以特定的谐振频率振荡。当液体开始流经管子时,将受到科氏力的作用。管子的振荡运动叠加在液体的直线运动之上,从而对管子施加扭力。这种扭力是由于管子任意一侧朝相反方向的科氏加速作用以及液体对垂直运动的阻力而产生。传感器电极同时置于入口和出口侧,将采集由此运动导致的时间差。由扭力引起的此类相移是质量流量的直接测量值。

激励技术:

磁场线圈可通过交流、直流或脉冲直流磁场激励。每种方法都有其利与弊,而根据特定的应用要求,一种方法可能优于另一种。TI 可提供用于激励磁场线圈的 PWM 驱动器和高压输出 DAC。

信号采集和处理:

低噪声仪表放大器连接精密 ADC,这是典型的信号链路径。TI 的高分辨率差动 ADC 功耗低、动态范围宽且噪声低。可用于数字化模拟输出,以实现高分辨率和精确测量。采用同步采样架构的多通道 ADC 可实现一次性进行多种测量(如温度、相位、密度等)。

接下来的校准例程和算法可在超低功耗 MSP430 上运行。如果需要更多信号处理能力,可以使用 TI 的 DSP 内核。TI 的低功耗 DSP 内核具有 FFT 加速器内核,后者可在短时间内计算 FFT,且只需极少的电流。DSP 的超低功耗架构可提供出色的信号处理能力,同时能通过 4-20mA 回路供电。

接口与通信:

传统模拟 (4 - 20mA) 接口仍然是工业控制和传感器应用的常见选择。其他常见协议包括 HART、Profibus 和 IO-Link。TI 的 IO-Link 接口产品集成了稳压器和诊断输出。此外,基于 IEEE 802.15.4 协议的无线选项越来越流行。TI 致力于同时为传统和新兴工业接口提供解决方案。

电源管理

现场发送器可由回路或专用电力线供电。线路供电发送器通常由 12V 或 24V 的电压轨供电。回路供电发送器由 4-20mA 回路供电。此类发送器要求极低功耗的架构,因为整个解决方案都要由回路供电。TI 提供具有低静态电流和低输出波纹的高效降压转换器,适用于线路供电和回路供电发送器。



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