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電磁流量計技術發展曆程

人氣:發表時間:2016-03-10 11:15:55

從20世紀50年代發展起來的交流正弦波工頻勵磁到70~80年代出現的低頻矩形波勵磁,再到90年代以後的高頻勵磁、雙頻勵磁、可編程控製勵磁等,勵磁方式的不斷改進代表著電磁流量計技術的不斷進步。隨著電子學和計算機技術的發展,更加速了電磁流量計技術的大發展。當前電磁流量計的技術發展可歸納為以下幾個方麵。

(1)、電磁流量計——高精確度

  與早期的工頻勵磁相比,低頻矩形波勵磁、雙頻勵磁、可編程控製勵磁等新的勵磁方式電磁流量計,提高了傳感器輸出流量信號的信噪比,降低並穩定了儀表的零點。轉換器應用先進的集成運算放大器大幅度降低了器件的噪聲。采用數字的處理方法,較模擬電路的轉換器能使電磁流量計的測量精確度大幅度提高。感應信號的權重函數理論研究,一定程度地改善了管道內流速分布非軸對稱性對流量準確測量的影響。因此,現代的電磁流量計有可能達到±0.5%,甚至±0.2%示值誤差的測量精確度。

(2) 、電磁流量計——高可靠性、多功能化  

  流量計零點變化主要是由於處於交變工作磁場的金屬測量管和導電液體中,即使流體流速為零的情況下,因為電磁感應的作用,仍會產生渦電流,形成的二次磁通所引起的。低頻矩形波勵磁能有效地減少二次磁通的產生,因而零點較穩定。矩形波磁場的頻率為工頻頻率的整數倍,信號采樣時其平均值為零,可消除工頻串模幹擾影響。調製的雙頻勵磁、可編程控製勵磁,在測量固液兩相漿液流量時,能減小電極上產生低頻電化學噪聲的影響,提高了傳感信號的可靠性。高集成度的電子元器件減少了硬件的故障率,硬件、軟件的屏蔽技術等,都是增加轉換器可靠性的有效措施。

  轉換器中應用單片計算機,能充分利用計算機具有信息儲存、分時處理、運算和控製能力的優點,能比較容易地實現流量的雙向測量、全管檢測、多量程自動切換、人機對話、與上位計算機通信、自診斷等附加功能。新一代具有HART協議和其他類型現場總線的電磁流量計,更為用戶實現全新的生產控製與科學管理方式提供了條件。

(3)、 電磁流量計——小型化

  權重分布型磁場的電磁流量傳感器磁場線圈較均勻分布磁場勵磁線圈的長度大大地縮短;低頻勵磁信噪比的提高,可使磁感應強度也大幅度地降低。因而,線圈鐵心尺寸能夠減小,傳感器長度得以縮短。所以,與早期的電磁流量計相比,當前的電磁流量計能夠實現產品的小型化。傳感器和轉換器合二為一的一體型結構,更能有效地降低流量計的製造成本。

(4)、電磁流量計——低能耗

  早期交流勵磁的電磁流量計,存在大的渦流損失。為了得到高的測量精確度,需要產生較強的感應電動勢,這時設計的傳感器磁場約為流速Im/s 產生1~2mV的感應信號電壓。因此,交流勵磁型的電磁流量計消耗功率往往在數十瓦到上千瓦。低頻矩形波磁場大部分時間處於直流狀態,其鐵心渦電流損失很小,磁感應強度很低。這樣設計的傳感器磁場,大約是Im/s 流速能產生0.l~0.2mV的感應信號電壓。因此,低頻矩形波勵磁的電磁流量計與交流勵磁型電磁流量計比較,能耗大幅度地降低。如今,一般電磁流量計的總電耗在 l0~20W 以內。勵磁電流在 4mA 以下的兩線製電磁流量計也已出現,更有消耗功率僅需 2mW,用鋰電池供電可使用8年的電磁水表。還有了在無交流電下使用的電磁流量計產品。

(5) 、電磁流量計——適用範圍的擴大

  現代電子技術的發展和新型絕緣材料、磁性材料不斷地出現,有條件開發不同型式的電磁流量計,來解決測量介質對電極的腐蝕、汙染問題,解決電導率低於1μS/m介質的測量,例如電容式電磁流量計就可替代傳統的機械式容積流量計,以測量純水、製糖脫鹽液和含有油分等低電導率流體的流量。

  電磁流量計的種類很多,應用麵很廣。例如,傳感器與轉換器結構合二為一的一體型,直流電壓供電與信號輸出共用電纜的兩線製,防爆型、高壓傳感器結構型,符合衛生要求、用於消毒快速安裝與拆卸的衛生型,具有數字通信信號輸出功能等,它們在化工、石油、鋼鐵、冶金、食品等工業自動控製生產過程中越來越受歡迎。

  除了潛水電磁流量計用來測量河道、暗渠和明渠的流量計外,非滿管道的電磁流量計也是近幾年開發的熱門產品。在今天環境保護和節水日益受到重視的情況下,它們在低流速明渠、暗渠的水、汙水測量中發揮著重大作用。

  食品工業、製藥生產或罐裝,要求在短時間內定量地測量並發出控製信號;對於血液及脈動流量測量,要求其反應速度快。這些要求需采用高頻或雙頻等勵磁方式來解決。總之,新的使用領域不斷地擴展,將促使電磁流量計技術不斷地發展與進步。


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