目前,國內(nèi)外的學(xué)者和生產(chǎn)廠家關(guān)于電磁流量計的研究方向主要集中在勵磁線圈及傳感器內(nèi)部磁場的優(yōu)化設(shè)計以,絕緣介質(zhì)流量測量,應(yīng)用多電極解決非對稱流速測量和流速場重建,零點(diǎn)穩(wěn)定性及測量下限拓展和電磁流量計勵磁技術(shù)的研究.
(1)勵磁線圈及傳感器內(nèi)部磁場的優(yōu)化設(shè)計勵磁線圈的大小,形狀及放置位置直接影響傳感器內(nèi)部磁場分布.目前,國內(nèi)外廠家生產(chǎn)的電磁流量計傳感器產(chǎn)生的磁場基本是非均勻磁場,其中磁場的邊緣效應(yīng)對電磁流量計的測量準(zhǔn)確度影響很大.因此,勵磁線圈的優(yōu)化設(shè)計成為了電磁流量計的重要研究方向.波蘭學(xué)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(jìn)行2D和3D建模,在磁場快速減小的區(qū)域較好的消除了磁場邊緣效應(yīng)產(chǎn)生的誤差影響,并做出了電磁流量計傳感器設(shè)計的GUI軟件.
(2)絕緣介質(zhì)流量測量傳統(tǒng)的電磁流量計使用低頻矩形波勵磁,無靜電噪聲,可測量導(dǎo)電性流體.湍流不導(dǎo)電性流體帶有靜電噪聲,且通過光譜密度實(shí)驗(yàn)測得噪聲頻率約為f-2.6(f為勵磁頻率).在上個60世紀(jì)年代,電磁流量計首次應(yīng)用于測量絕緣液體流量.采用了理論上類似于迪拉克脈沖的頻率為的矩形波勵磁方式修正靜電噪聲.但是,磁芯和旁邊的導(dǎo)電材料中的渦電流產(chǎn)生了衰退脈沖余波,造成為了等待衰退脈沖余波消退而信號采樣每半周期均產(chǎn)生滯后.問題是使用高頻勵磁,沒有足夠的時間等待余波完全消退,因而產(chǎn)生了零點(diǎn)遷移.對此,V.Cushing提出了一種根據(jù)零點(diǎn)遷移電壓方程的時間獨(dú)立性來剔除零點(diǎn)遷移的電磁信號處理方法,在高頻勵磁下,可以校正零點(diǎn)遷移,使得電磁流量計可以測量包括絕緣流體在內(nèi)的各種流體.
(3)應(yīng)用多電極解決非對稱流速測量和流場重建電磁流量計的測量準(zhǔn)確度受流速分布非對稱影響的問題始終未能很好解決,通過對多電極電磁流量計測量平均流速的理論推導(dǎo),研究人員得出了求解平均流速的積分求和式,最后用對比實(shí)驗(yàn)得到結(jié)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尚可接受,但在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明顯改善這一狀況,即使流型嚴(yán)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(nèi)外有許多研究者正在進(jìn)行此項(xiàng)課題的研究.1996年清華大學(xué)的張小章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,并對多電極電磁流量計用于流速分布的測量進(jìn)行了數(shù)值模擬,證實(shí)了采用流動的電磁測量方法求解流場速度分布的可行性.自1999年開始,浙江大學(xué)在基于電磁感應(yīng)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,并于年開發(fā)成功多電極成像式電磁流量計一.
(4)零點(diǎn)穩(wěn)定性及測量下限拓展電磁流量計的零點(diǎn)穩(wěn)定性決定了儀表的測量準(zhǔn)確度和測量下限.提高零點(diǎn)穩(wěn)定性是進(jìn)一步拓展測量下限必要條件.為此,許多學(xué)者做了大量工作,例如從電路抗干擾角度入手,設(shè)計出高信噪比的電路根據(jù)零點(diǎn)的變化方式提出了插入法等預(yù)測零點(diǎn)電平變化的軟件處理方法通過電路反饋法來消除零點(diǎn)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.2003年,浙江大學(xué)提出了基于相關(guān)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,對感應(yīng)電動勢信號進(jìn)行相位相關(guān)處理,將實(shí)時變化的零點(diǎn)噪聲抵消,從而提高了零點(diǎn)穩(wěn)定性和低流速下測量準(zhǔn)確度,拓展了電磁流量計的測量下,2004年,天津工業(yè)大學(xué)李小京也使用相關(guān)算法改進(jìn)電磁流量計低流速性能.
(5)電磁流量計勵磁技術(shù)的研究勵磁方式?jīng)Q定了傳感器工作磁場特征,電磁流量計的抗千擾能力大小和零點(diǎn)穩(wěn)定性能的好壞,因此勵磁技術(shù)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(shí)現(xiàn),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. |
