解决方案 | 直击痛点，电磁流量计性能提升之道

总述：

在工业自动化进程中，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或控制系统。

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。

电磁流量计应用框图

一、模数转换精准性ADC（CBM79AD60G）

• 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：

• 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：

• 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：

• 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）

• 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。