電磁流量計的研究熱點

電磁流量計的研究熱點
   目前，國內外的學者和生產廠家關于電磁流量計的研究熱點主要集中于以下幾個方面：
   (1)勵磁線圈及傳感器內部磁場的優化設計：勵磁線圈的大小及放置位置直接關系到傳感器內部磁場的情況。目前，國內外廠家生產的電磁流量計基本是非均勻磁場下的電磁流量計，其中磁場的邊緣效應對電磁流量計的測量準確度影響很大。因此，勵磁線圈的優化設計成為了電磁流量計的重要研究方向。波蘭學者A.Michalski,S. Wincenciak 和J.Staezynski 等人，采用有限元分析方法，對明渠電磁流量計傳感器及勵磁線圈進行2D 和3D 建模，在磁場快速減小的區域較好的消除了磁場邊緣效應產生的誤差影響，并做出了電磁流量計傳感器設計的GUI 軟件。
   (2)絕緣介質流量測量：傳統的電磁流量計使用低頻矩形波勵磁，無靜電噪聲，可測量導電性流體。湍流非不導電性流體帶有靜電噪聲，且通過光譜密度實驗測得噪聲頻率約為f .2.6（ f 為勵磁頻率)。在上世紀六十年代，電磁流量計應用于測量絕緣液體流量[22]。當時，為了修正靜電噪聲，采用了理論上類似于迪拉克(Dirac)脈沖的頻率為1KHz 的矩形波勵磁方式。然而，磁芯和旁邊的導電材料中的渦電流產生了衰退脈沖余波，導致為了等待衰退脈沖余波消退而信號采樣每半周期均產生滯后。但是，由于使用高頻勵磁，沒有足夠的時間等待余波*消退，因此產生了零點遷移。對此，VCushing 提出了一種根據零點遷移電壓方程的時間獨立性來剔除零點遷移的電磁信號處理方法，在高頻勵磁下，可以校正零點遷移，使得電磁流量計可以測量包括絕緣流體在內的各種流體[23]。
   (3)應用多電極解決非對稱流速測量和流場重建。實驗結果表明，兩電極電磁流量計對于軸對稱流型及稍微偏離軸對稱流體流量的測量效果還好，但軸對稱偏離程度較大時，測量誤差太大，無法接受。而多對電極、兩對線圈的多電極電磁流量計能改善這一情況，即使流型嚴重偏離軸對稱，誤差也不大， 測量精度仍能滿足一般的工程需要。多電極電磁流量計不但能解決非軸對稱流型的流量測量，還可用于流場速度分布的求解。國內外有許多研究者正在進行此項課題的研究[2631]我國清華大學的張小章于1996 年提出了基于流動電磁測量理論的流場重建，即用多電極電磁流量計測量管道截面流速分布[32]，并對多電極電磁流量計用于流速分布的測量進行了數值模擬，證實了采用流動的電磁測量方法求解流場速度分布的可行性[3337]。自1999 年開始，浙江大學的張宏建教授、胡赤鷹高工、黃顯元及管軍等人在基于電磁感應原理的多電極流量測量方法方面做了深入的研究，取得了一系列的研究成果，并于2000 年開發成功多電極成像式電磁流量計[2326] 。
   (4)零點穩定性及測量下限拓展：電磁流量計的零點穩定性決定了儀表的測量準確度和測量下限。目前，實際現場使用中的電磁流量計的測量下限基本停留在0.2m/s 的水平，而若想進一步拓展測量下限，則必須提高零點穩定性。為此，許多學者進行了大量的研究，例如從電路抗干擾角度入手，希望設計出高信噪比的電路；根據零點的變化方式提出了插入法等預測零點電平變化的軟件處理方法；通過電路反饋法來消除零點漂移等，以上方法均是針對某種噪聲信號直接通過硬件電路消除或在采樣后通過軟件消除。另一方面，2003 年，浙江大學的張宏建教授及管軍提出了基于相關檢測原理的電磁流量計，通過硬件電路將信號中的所有干擾噪聲提取出來，不論噪聲是由何產生，然后根據相關檢測原理，對感應電動勢信號進行相位相關處理，將實時變化的零點噪聲抵消，從而提高了零點穩定性和低流速下測量準確度，拓展了電磁流量計的測量下限。
   (5)電磁流量計勵磁技術的研究。在電磁流量計中，傳感器的工作磁場是由勵磁系統產生的。由于傳感器勵磁線圈的磁路不飽和性，即線性化磁路，勵磁波形與工作磁場強度波形基本一致，勵磁方式決定了傳感器工作磁場特征和電磁流量計的抗力大小和零點穩定性能的好壞。勵磁技術始終是電磁流量計的一個重要的研究方向，從法拉第的時代開始利用地磁場測量泰晤士河水流速，到今天低頻矩形波、低頻三值矩形波和雙頻矩形波等智能化控制勵磁方式的實現，使電磁流量計不斷成熟、不斷完善，成為流量測量儀表中最重要的品種之一。本文從電磁流量計勵磁技術入手，在一定的理論和實驗研究的基礎上，提出了低頻梯形波勵磁技術。具體的勵磁技術的發展及低頻梯形波勵磁技術將在下文中進行詳細的介紹。
    經過多年的技術探索和產品開發，我國雖然已在電磁流量檢測儀表開發方面取得了一定的成績， 但由于起步遲、起點低，還處于比較落后的狀況。我們嘗試采用新型微處理器和信號處理電路，新型的勵磁方式來研究設計新型智能化的電磁流量計，彌補目前電磁流量計存在的不足[5,7,10,12,15,16,23,24,3740]。因此，本課題的開展不僅能有力地提高我國電磁流量儀表產品的質量、更好地滿足用戶需求，而且對我國電磁流量檢測技術的發展、水資源及環境的保護等方面也具有極其重要的現實意義。
   本論文主要研究和設計電磁流量計的轉換器，采用新型微處理器、高性能集成電路及成熟的通信技術，研究設計具有組網通信功能的智能化電磁流量檢測儀表，有助于改變國內電磁流量計產品的落后現狀。在本課題的研究過程中，主要完成以下方面的內容：
  （1）以Atmel 公司AT89S53 單片機為核心器件構筑出功能強大的智能單元，增強電磁流量計系統的智能性和運算控制能力，采用容錯、軟件陷阱、數字濾波等多種技術措施提高系統的可靠性。
  （2）采用頻率可調的梯形波勵磁方式來改善系統勵磁性能，降低系統勵磁功耗，增強系統勵磁的靈活性。
  （3）采用高精度轉換放大電路實現信號轉換，提高系統抗力和檢測精度，減少測量誤差。
  （4）采用RS232 標準總線作為系統的通信接口，增強系統組網能力和通訊的可靠性。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業生產電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節流裝置、節流孔板、限流孔板等流量產品，更多有關電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網站：