電子發燒友網報道（文/李寧遠）在工業場景里，對環境數據的采集一直是非常重要的環節。溫度、壓力、流量等等物理量都需要相應的傳感器進行采集，而且這些數據對于精度的要求非常高，測量誤差如果偏大會影響整個生產流程。

在一個完整的工業控制系統里，溫度、流速和氣體濃度等過程變量都通過輸入模塊被監控起來，這個輸入模塊一般處于PLC中。收集到的數據信息有PID環路在內部進行處理，PLC直接利用這些信息控制整個流程的穩態過程。

多樣的流量計技術路線

流量計的技術路線多種多樣，每種都有各自的優勢。目前主流的技術路線有電磁、差壓、超聲和科氏。最常用的是差壓流量計，利用流體流經節流裝置時產生的壓力差而實現流量測量，基于容性或基于電橋。從精度來看，差壓流量計整體的平均精度在0.5%至2%范圍內。差壓流量計沒有活動零件，能實現的功能比較多而且應用較為成熟，即可以用于液體也能用于氣體。

超聲流量計精度和差壓比較接近，在0.3%到2%精度范圍內，精度不算高但超聲流量計采用的是無創測量技術，提升可靠性的同時最大程度減少了隨時間變化的檢測要素影響，能實現不少功能不過無法用于受污染液體。

科氏流量計在精度上是幾種技術路線里最高的，能達到0.1%的精度，應用范圍可用于幾乎全部的液體/氣體，而且是獨立于壓力和溫度傳感的。不過價格就不太親民了，平均成本幾乎是其他技術流派的10倍。

電磁流量計采用法拉第電磁感應定律能提供無創檢測，不產生流量檢測所造成的壓力損失，節能效果好，所測得的體積流量實際上不受流體密度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響。在成本差不多的情況下能實現高于差壓和超聲技術精度，達到0.2%至1%的精度范圍，雖然電磁流量計并不適用于氣體流量測量，但是對于臟污流、腐蝕流的精準測量也是其他技術難以實現的。

流量計技術路線對比

電磁流量計下不同的勵磁類型

電磁流量計流過勵磁線圈的電流產生受控磁場，勵磁波形是電磁流量計的一個重要方面，在實際應用中往往會使用多種勵磁類型。較為常見的包括直流電流勵磁、交流正弦波、低頻直流矩形波、三態低頻直流波、雙頻波和可編程脈沖寬度。

最早出現的是直流電流勵磁，自從19世紀年以來就一直在使用，波形為直線，無極化，但存在有渦電流，目前使用得不多。交流正弦波于20世紀20年代開始使用，早期的商業應用常采用這種勵磁類型，交流正弦波激化電壓低，很容易受到電磁干擾而且零點漂移嚴重。

低頻直流矩形波是較為常見的一類勵磁類型，根據具體應用的具體需求可采用不同的電力線頻率（50 Hz/60 Hz）線圈。低頻勵磁因為有恒定的幅度和方向交替變化的電流，所以很好應對零點漂移這類問題，不過抵抗檢測液體噪聲的能力較差。

三態低頻直流波和低頻直流矩形波有些類似，特點是功耗低，占空比為矩形波的一半。雙頻波則以更高的頻率調制電力線頻率，可以最大程度降低檢測液體的噪聲，不僅零點漂移很低，還能快速響應，不過調制操作很復雜，在對檢測很嚴苛的應用里才會使用。可編程脈沖使用微處理器控制勵磁脈沖寬度和頻率，可以完全擺脫檢測液體噪聲的影響。

不管是那種勵磁類型，電磁流量計的勵磁電流相比其他流量測量技術都大得多，幾乎可以覆蓋線路供電式流量計的所有范圍。

工業電磁流量計里的高性能器件

一個高性能的電磁流量計系統要考慮的設計要求主要是精度、帶寬和勵磁頻率。電磁流量計輸出范圍可能很小，并伴隨很大的共模電壓與輸出阻抗。所以為了滿足這些要求，前端放大器必須具備較低的噪聲、較高的共模抑制能力，以及較低的輸入偏置電流。低偏置電流是降低電流噪聲和共模電壓的關鍵。

測量精度則和ADC的性能息息相關，以電磁流量計最高的精度0.2%來算，需要起碼16位以上的ADC。使用最多的是Σ-?型ADC，能以較高的分辨率、適當的速度提供出色的噪聲性能。目前對速度的要求越來越高，更快采樣速率的ADC會更受青睞。

電磁流量計作為廣泛使用的檢測流量的傳感之一，性能的革新非常快，在系統設計上選擇更高性能的模擬輸入器件/模塊，才能滿足工業電磁流量計未來的要求。