電磁流量計存在的問題及國內外研究現狀

電磁流量計存在的問題及國內外研究現狀
1．2電磁流量計目前存在的問題
   經過多年的技術探索和產品開發，世界各國在電磁流量檢測儀表開發方面雖然已取得了一定的成績，但是還存在著一定的問題。主要表現在：
  1．智能性差。電磁流量計一般只有信號放大、轉換、積算、記憶保存及顯示等基本功能，而缺少正反向流量檢測、空管檢測等功能。此外，電磁流量計的勵磁模塊較少采用開關式恒流源，多數采用模擬式恒流源，效率低。這種恒流源的線圈電阻適應范圍不夠大，往往需要很大的散熱器才能正常工作。
  2．測量性能和靈敏度低。對傳感器流量信號的轉換精度不高，且多數缺乏小信號切除、非線性補償以及數字濾波等高級信號處理能力，從而影響了流量檢測精度。
  3．可靠性不高。在系統設計上電磁流量計存在較多的信息轉換環節，因此增加了信號處理的中間環節和信號之間的連線，易引入干擾信號，從而影響系統的檢測精度和抗力。另外，還沒有采用有效的軟硬件容錯、隔離等抗干擾措施。
  4．數字化程度不夠。電磁流量計一般采用模擬電流或電壓信號傳輸，這種方式的缺點在于量程范圍小、線形失真大、分辨率低、傳播距離較短，傳遞容量小、抗震動性能差、且后續處理復雜，所以并不能適應對精密測量的要求。
  5．系統開放性差。目前的電磁流量計的轉換器多由分離式模擬器件構成， 從而使儀表的結構、功能等的擴充和使用維護變得困難；在軟件中采用過程化軟件設計思想，其可讀性和擴展性較差。網絡通訊接口一般只配置RS．232或RS-485串行接口，所以電磁流量計的組網和通訊能力差。
  1．3國內外研究現狀
   針對于以上出現的問題，本文認真對國內外面前電磁流量計的研究現狀進行了一些調查和相關的研究，可從如下的兩個方面進行討論。
   一、技術發展現狀
   在科學技術飛速發展的今天，世界各國的流量計生產廠家都努力將應用到產品的設計中，以提高產品的性能，擴大產品的使用范圍。具體表現在如下幾個方面：
   1．在儀表智能性的提高方面。儀表的智能性主要是指功能上的智能性。近年來，各流量計生產廠家不斷將新型微處理器應用于其產品中，使電磁流量計具備了通過軟件控制整個工作過程的能力。因此，空管檢測、正／反向流量測量、非線性補償、數字濾波、零點自校準等新功能相繼出現在各電磁流量計生產廠家的產品中。此外，各電磁流量計生產廠家還在不斷地改進電磁流量傳感器的設計，以達到提高電磁流量計智能水平的目的。目前，Fischer&Porter、愛知時計電機、東芝、跏llIle等公司己相繼向世人展示或推出了非滿管電磁流量計。該電磁流量計突破了傳統電磁流量計只能準確測量滿管流量的限制，實現了電磁流量檢測技術的重大飛躍。在已推向市場的非滿管電磁流量計中，№e公司產品的測量誤差<-1％FS，成為該類產品中的者。
   2．在勵磁技術水平和測量性能的改善方面。測量精度和零點穩定性對電磁流量計來說至關重要，而這些技術指標與流量計所采用的勵磁技術密切相關。為了提高電磁流量計的測量性能，世界各國的流量計生產廠家都在不斷開展勵磁技術的研究。隨著電子技術的發展，勵磁技術從直流勵磁和交流勵磁發展到低頻矩形波勵磁、三值低頻矩形波勵磁等技術階段。目前，低頻矩形波勵磁已成為國內外電磁流量計勵磁方式的主流。然而，應用實踐發現低頻矩形波勵磁抗流動噪聲和抗漿液噪聲的能力并不理想。針對這一缺點，國外一些電磁流量計研究機構目前己經采用了幾種改進的激磁方式如：雙頻率勵磁技術、頻率可調整矩形波勵磁技術、脈沖交流勵磁技術等。其中，德國Turbo Messtechnik公司推出的脈沖交流勵磁技術效果突出。應用該技術制作的電磁流量計，其檢測到的流量信號幅值為通常矩形波勵磁儀表的10倍，且具有較高的信噪比。
   3．在測量靈敏度的提高和勵磁功耗的降低方面。電磁流量傳感器的靈敏度以單位流速所產生感應電勢的值來表示，數值愈小靈敏度愈高。早期交流勵磁方式儀表的靈敏度為1～1．5mV／(ngs)，低頻矩形波勵磁方式初期為0．2～ 0．4mV／(州，現在則進一步提高到0．02"-'0．04mV／(m／s)。在所需勵磁功率方面， 早期的交流勵磁方式需要數百瓦的功率，低頻矩形波勵磁方式初期需要10,-一20W，現在則可降低到數十毫瓦。勵磁功率的降低不僅使流量傳感器在設計上實現了本質安全防爆和結構輕巧的目標，而且還使采用蓄電池為勵磁線圈供電的想法變為可能。在這種情況下，國外的一些流量計生產廠家推出了采用蓄電池供電的儀表。例如，英國ABB Kent-Tagler公司推向市場的VBC型儀表和商業名Aquamag的儀表，Aquamag儀表采取了瞬間供電運行，即每隔15分鐘給勵磁線圈通電6s，其電池壽命可超過1年，并也可由太陽能電池供電：日本愛知時計電機公司的SW型電磁流量計，其內置電池可連續使用10年。此外，目前市場上還出現了傳感器和轉換器間只需信號線相連的二線制電磁流量計。代表性產品有日本山武·雷尼韋爾的SMF．3000型和愛知時計的TAV型。
   4．在信號處理能力的增強和測量誤差的減小方面。電磁流量計降低勵磁電流、改進傳感器結構及磁通分布密度，就可實現小型、輕量一體化的目標。但是，以上改進會使液體單位流速所產生的電感變小，對于不同的測量介質流量傳導內阻也會產生很大變化，從而增加了信號處理的難度，延緩了電磁流量計向前發展的速度。隨著微電子技術和計算機技術的進步，各電磁流量計生產廠家采用高性能集成芯片和微處理器來提高信號放大處理精度、補償檢測誤差， 以克服傳感器、勵磁電流等方面改進所帶來的弊端，大大加快了流量計向前發展的速度。采用各項新技術后，電磁流量計不僅在體積方面縮小，而且在精度上有了較大提高。
   5．在系統開放性的提高方面。系統的開放性包括硬件電路開放性、軟件結構開放性、通訊接口開放性以及人機界面開放性。增強系統開放性有利于系統功能擴展、儀表間的互聯及系統組網，更有利于操作和維護。隨著電子、通信等技術的發展和日趨成熟，電磁流量儀表工業進入了新的發展時期。目前，國外各電磁流量計公司已將RS-485標準總線、CAN總線、無線傳輸等技術應用于電磁流量計系統的設計中，推出了具有網絡通信功能的電磁流量儀表。
  二、市場狀況
   電磁流量計是一種測量導電介質體積流量的計量僅表，它主要由電磁流量傳感器、流量轉換和處理儀表等部分組成。具有無節流阻流部件，不易堵塞， 耐腐蝕性好，適用介質范圍廣，測量精度不受被測介質溫度、粘度、密度、壓力、比重等物理參數的影響，其示值在一定的電導率范圍內與被標定的液體種類無關等特點。電磁流量計除可測量一般液體的流量外，還可測量液固兩相液體、高粘度液體及鹽類、強酸、強堿液體的體積流量，可廣泛應用于水泥、化工、輕紡、冶金、礦山、造紙、醫藥、給排水、食品飲料、制糖、釀造等工業技術部門，特別是在環保領域。目前，電磁流量計己成為環保部門定量管理企業污水排放的有效工具。
  經過幾十年的發展，國內外生產電磁流量計的廠家如雨后春筍般迅速發展起來。當前國外電磁流量計專業生產廠有50家以上，其中美國至少有18家， 德國和日本至少各有10家，英國至少有5家。有競爭力和有一定生產規模的電磁流量計專業制造企業有：Bailey．Fischer&Porter、Krohne、橫河、Endress+Hauser、ABB KentTayler、Foxboro、山武、Brook／Rosemount、Danfoss、東芝、富士電機、Turbowerk、Sparling等。
   我國電磁流量計在工業上的應用始于60年代初，其中上海光華儀表廠是國內生產該產品的企業。目前國內儀表行業己經可以提供較為完整的系列儀表，其中上海光華·愛而美特儀器有限公司可以做到口徑為3m的流量計。近年國內電磁流量計全國銷售臺數估計在8500．10000臺之間，并且每年以35％的比例增加。迄今我國至少有21家電磁流量計制造廠，產量排在前4位的是：上海光華·愛而美特儀器有限公司、開封儀表廠、上海橫河電機有限公司和上海光華儀表廠。它們占有電磁流量計中國市場80％左右的份額。在當代流量儀表品種(壓差式、浮子式、容積式、電磁式、渦輪式、渦街式、超聲式、科里奧利斯質量式、熱式和明渠式)中，電磁流量計的銷售金額和生產臺數均占有相當大比重。據統計，電磁流量計在1997年的世界流量計*僅次于差壓式流量計排在第二位。而開封電磁流量計目前*排在第二位，而其市場增長率卻大于壓差式流量計。我們可以預期：在未來的數十年內，隨著智能電磁流量計優點的增多、缺點的不斷解決，電磁流量計會依據其自身*的優點在*上一舉超過壓差式流量計，成為流量計市場的。
   據報道，美國1989年的實際流量儀表市場為7．25億美元，電磁流量計占9．7％；日本1992年的實際流量儀表市場為591億日元，其中電磁流量計占16．5％， 僅次于差壓式流量計位于第二，由此可見電磁流量計在流量計量工業中的重要地位。近年來電磁流量計更是以突飛猛進的速度在發展，隨著國內供水行業自動化技術水平不斷提高以及貿易結算計量的要求，其在給排水行業的應用也越來越得到重視。
   根據ARC近期的一項研究，電磁流量計在未來5年的年復合增長率可達到3．5％。這一市場2006年達到7．304億美元，預計至201 1年將達到8．66億美元。