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电磁流量计近期研究热点

电磁流量计近期研究热点
   目前,国内外的学者和生产厂家关于电磁流量计的研究热点主要集中于以下几个方面:励磁线圈及传感器内部磁场的优化设计【26q”、绝缘介质流量测量、应用多电极解决非对称流速测量和流速场重建、零点稳定性及测量下限拓展和电磁流量计励磁技术的研究。
  (1)励磁线圈及传感器内部磁场的优化设计:励磁线圈的大小及放霞位置直接关系到传感器内部磁场的情况。目前,国内外厂家生产的电磁流量计基本是非均匀磁场下的电磁流量计,其中磁场的边缘效应对电磁流量计的测量准确度影响很大。因此, 励磁线圈的优化设计成为了电磁流量计的重要研究方向。波兰学者A.Michalski、s.Wincenciak和J.Staezynski等人,采用有限元分析方法,对明渠电磁流量计传感器及励磁线圈进行2D和3D建模,在磁场快速减小的区域较好的消除了磁场边缘效应产生的误差影响,并做出了电磁流量计传感器设计的GUI软件。
  (2)绝缘介质流量测量:传统的电磁流量计使用低频矩形波励磁,无静电噪声, 可测量导电性流体。湍流不导电性流体带有静电噪声,且通过光谱密度实验测得噪声频率约为厂_2 6(厂为励磁频率)。在1960年代,电磁流量计首次应用于测量绝缘液体流量【33]。当时,为了修正静电噪声,采用了理论上类似于迪拉克(Dirac)脉冲的频率为1KHz的矩形波励磁方式。然而,磁芯和旁边的导电材料中的涡电流产生了衰退脉冲余波,导致为了等待衰退脉冲余波消退而信号采样每半周期均产生滞后。但是,由于使用高频励磁,没有足够的时间等待余波完全消退,因此产生了零点迁移。对此, V.Cushing提出了一种根据零点迁移电压方程的时间独立性来剔除零点迁移的电磁信号处理方法,在高频励磁下,可以校正零点迁移,使得电磁流量计可以测量包括绝缘流体在内的各种流体[34】。
  (3)应用多电极解决非对称流速测量和流场重建:电磁流量计的测量准确度受流速分布非对称影响的问题始终未能很好解决,通过对多电极电磁流量计测量平均流速的理论推导,研究人员得出了求解平均流速的积分求和式,最后用实验的方法对比了两电极电磁流量计和多电极电磁流量计用于液体流量的测量。实验结果表明,两电极电磁流量计对于轴对称流型及稍微偏离轴对称流体流量的测量效果还好,但轴对称偏离程度较大时,测量误差太大,无法接受。而多对电极、两对线圈的多电极电磁流量计能改善这一情况,即使流型严重偏离轴对称,误差也不大,测量精度仍能满足一般的工程需要。多电极电磁流量计不但能解决非轴对称流型的流量测量,还可用于流场速度分布的求解。国内外有许多研究者正在进行此项课题的研究“””“3”.。我国清华大学的张小章于1996年提出了基于流动电磁测量理论的流场藿建,即用多电极电磁流量计测量管道截面流速分布“.,并对多电极电磁流量计用于流速分布的测量进行了数值模拟,证实了采用流动的电磁测量方法求解流场速度分布的可行性“”.。自1999年开始,浙江大学的张宏建教授、胡赤鹰高工、黄显元及管军等人在基于电磁感应原理的多电极流量测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年丌发成功多电极成像式电磁流量计[H。”。
  (4)零点稳定性及测量下限拓展:电磁流量计的零点稳定性决定了仪表的测量准确度和测量下限。目前,实际现场使用中的电磁流量计的测量下限基本停留在O.2m/s 的水平,而若想进一步拓展测量下限,则必须提高零点稳定性。为此,许多学者进行了大量的研究,例如从电路抗干扰角度入手,希望设计出高信噪比的电路;根据零点的变化方式提出了插入法等预测零点电平变化的软件处理方法;通过电路反馈法柬消除零点漂移等,以上方法均是针对某种噪声信号直接通过硬件电路消除或在采样后通过软件消除。另一方面,2003年,浙江大学的张宏建教授及管军提出了基于相关检测原理的电磁流量计,通过硬件电路将信号中的所有干扰噪声提取出来,不论噪声是有何产生,然后根据相关检测原理,对感应电动势信号进行相位相关处理,将实时变化的零点噪声抵消,从而提高了零点稳定性和低流速下测量准确度,拓展了电磁流量计的测量下限1191。
   (5)电磁流量计励磁技术的研究:在电磁流量计中,传感器的工作磁场是由励磁系统产生的。由于传感器励磁线圈的磁路不饱和性,即线性化磁路,励磁波形与工作磁场强度波形基本一致,励磁方式决定了传感器工作磁场特征和电磁流量计的抗干扰能力大小和零点稳定性能的好坏。励磁技术始终是电磁流量计的一个重要的研究方向, 从法拉第的时代开始利用地磁场测量泰晤士河水流速,到今天低频矩形波、低频三值矩形波和双频矩形波等智能化控制励磁方式的实现,使电磁流量计不断成熟、不断完善,成为流量测量仪表中最重要的品种之一。作者从电磁流量计励磁技术入手,在一定的理论和实验研究的基础上,提出了低频三值梯形波励磁技术。具体的励磁技术的发展及低频三值梯形波励磁技术将在下文中进行详细的介绍。

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