電磁流量計干標定技術

電磁流量計干標定技術的國內外研究現狀
   由于濕標定的固有缺點難以避免，干標定技術一直以來就被廣大科學家和流量計生產廠家所關注。我國流量專家北京化工大學孫延祚教授在((2020流量儀表科技發展規劃的建議》中明確建議研究大口徑電磁流量計及其干標定技術(可與俄羅斯專家合作研究)，以適應水工業的需要I塒。超聲波流量計、差壓式流量計、渦街流量計、電磁流量計因其測量原理可追溯性好，被認為是四種干標定的流量計。但因干標定技術對相應流量計產品的一致性要求較高，只有少數發達工業國家對此項技術開展了相應研究。目前，日本已成功實現渦街流量計干標定技術的工業化應用，并建立了相應的工業標準《渦流流量計——流量測定方法》。我國在渦街流量計干標定技術上做過探索，重慶工業自動化儀表研究所于1990年發布了《渦街流量計干標定研究工作報告》，是我國在此領域取得的寶貴成果I圳l瑚。
   一般來說，電磁流量計由于采用電磁感應定律，從原理上講可追溯性好，適合于干標定。但是，干標定技術的應用對電磁流量計產品的一致性要求較高，這成為限制其工業應用的一個門檻。另外，電磁流量計干標定技術的研究從技術本身來講也存在不少難點。因此，雖然許多國家對該項技術有過研究，但是取得有效成果的卻很少。日本在20世紀70年代為了解決大口徑電磁流量計無法實現濕標定的問題，進行過電磁流量計干標定研究，并作為日本工業標準JIS Z 8764— 1975《應用電磁流量計測量流量的方法》的內容。但是由于精確度相對較低，現在已很少采用Ill。我國在電磁流量計干標定技術上也曾做過一些探索。上海光華儀表廠和天津自動化儀表三廠曾經分別對自己生產的LD500和LD25規格的電磁流量計進行過干標定試驗，但是計算與實際結果偏差為1．8％，誤差不能滿足儀表規定的要求。
    雖然電磁流量計干標定技術研究和應用遇到了不少困難和挫折，但是在研究這項技術的過程中，也產生了一些寶貴的研究成果和技術難點共識。例如，盡管各個研究使用的研究方式彼此不同，但是大家都普遍認同電磁流量計干標定的關鍵技術是準確地獲取電磁流量傳感器管道有效區域內各點的磁場信息。要獲取電磁流量傳感器管道有效區域內各點的磁場信息，使用磁場檢測儀器在電磁流量傳感器管道內直接逐點測量已經被證實行不通。目前，解決此難題的新思路為：利用電磁流量計磁場的交變特性，通過測量電磁感應所產生的其它物理量間接獲取電磁流量計有效區域內的磁場信息。這樣，無須直接測取電磁流量計內部磁場便有可能實現對電磁流量計的干標定。英國Cranfield大學J．Hemp 教授提出的渦電場測量法、我國上海大學李斌教授提出的HALL效應法與俄羅斯熱工儀表所Velt．1．D教授提出的面權重函數法都類似于這種方法。以下對這三種方法進行簡單介紹。
   (1)渦電場測量法121II卅
   渦電場測量法是由英國Cranfield大學的J．Hemp教授提出的，這種測量法主要思想如下：電磁流量計在應用過程中有流體通過傳感器管道時，由于交變磁場的作用，管道中將伴隨產生渦電場，該電場不受流速分布的影響，通過測量電磁流量計電極所在位置渦電場強度測取電磁流量傳感器標定系數。基于以上思想，將電磁流量傳感器豎直放置，管段內充滿被測介質(例如水)， 在磁場交變時，管段中將產生渦電場。如圖卜6所示，圖中Ezl，EZ2表示渦電場在管道軸向的分量。圖卜6渦電場測量法原理示意圖
    當電磁流量計采用矩形脈沖信號勵磁且電磁流量傳感器管道中流體速度分布平坦時，在流量計兩電極處各放入一個渦電場測量傳感器，每個渦電場測量傳感器由絕緣襯底及一對電極組成，每對電極間距離為6，則渦電場測量傳感器電極問將產生電勢差El、E2。圖卜7表示了磁感應強度B、流量計電極問電勢差AU及渦電場傳感器電極間電壓E。、E2信號之間的關系。渦電場測量法在正確搞清楚三者關系的基礎上，通過測量渦電場而問接測量電磁流量傳感器內部磁場，從而實現了對電磁流量傳感器的標定。磁感應強度B 流量計電極間屯勢差AU 傳圖卜7渦電場測量法信號示意圖
   渦電場測量法理論模型基于電磁流量傳感器管段內速度分布平坦的假設，因此無法對非理想流場情況下的電磁流量傳感器精度進行檢測。在電磁流量計實際應用中，只要有上、下游直管段的保證，電磁流量傳感器管段內的流場為*發展，速度分布趨于平坦，大口徑電磁流量計在理想狀態下的速度分布便是如此。因此，此方法可適用于較大口徑電磁流量計。對于小口徑的電磁流量計，由于電磁流量傳感器及其電極尺寸的限制，測量精度將難以保證。另外，使用渦電場測量法標定電磁流量計的過程中，無法模擬多相流和介質的速度分布。這也是它的又一不足之處。
    (2)HALL效應法127I
    HALL效應法是由我國上海大學的李斌教授提出的，這種方法基于的思想是：利用電解質溶液的HALL效應，在電磁流量傳感器管道中建立HALL系統， 將對電磁流量傳感器磁場的測量轉化為對HALL電壓的測量，從而實現對電磁流量傳感器的干標定。
   基于以上思想，在電磁流量傳感器管道中建立如圖卜8的電磁流量計HALL 系統。圖中，1，2是兩個電極；3，4是兩個平板導體；5是電解液。該系統工作時，首先在3，4和電解液之間建立電流回路，在電磁流量傳感器管道中磁場的作用下，傳感器管道中將發生HALL效應，電極l處將聚集正電荷，在電極2 處將聚集負電荷，于是1，2電極之間將形成電壓信號U輸出。正是在建立電壓信號u和磁感應強度B的關系下，實現了通過直接測量u而間接測量磁感應強度B的效果，從而能夠實現電磁流量傳感器的標定。U 圖卜8 HALL效應法原理示意圖在使用HALL效應法時，由于溶液對溫度的敏感性要遠遠大于固體，一般測量系統的穩定性要求在1％以內時必須考慮測量體系的溫度。同時，各種電解質溶液的離子動力學參數隨溫度變化的關系研究本身就是一個比較困難的問題， 因此溶液HALL效應的較高精度測量要采用對溶液的恒溫控制。從這方面來講， 該方法很難達到很高的標定精度。
   (3)面權重函數法I勰1129]1301
   面權重函數法是由俄羅斯熱工儀表所的Velt．I．D教授提出的，這種方法基于的基本思想是：通過MFC傳感器中繞制的線圈和電磁流量傳感器線圈之間的互感作用，在電磁流量傳感器管道中的磁場交變時，測量MFC傳感器輸出的感應電壓信號，從而實現對電磁流量傳感器的干標定。圖卜9 MFC傳感器法原理示意圖由于面權重函數法的MFC傳感器根據面權重函數W。的等值線制得，如圖卜9所示。w。包含了流速分布等流場信息，因此可根據實際流場制作不同MFC 傳感器，從而完成不同流場情況下的電磁流量傳感器干標定。裝置亦可用于漿液、粘性介質及流體的運動學和動力學特性，甚至多相流對電磁流量計測量精度影響的研究，具有較大的學術意義與實用價值。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、插入渦街流量計、智能渦街流量計，更多信息請訪問開封中儀網站：