电磁流量计技术发展历程

发布日期:2014-6-18 浏览次数:997

  从20世纪50年代发展起来的交流正弦波工频励磁到70~80年代出现的低频矩形波励磁,再到90年代以后的高频励磁、双频励磁、可编程控制励磁等,励磁方式的不断改进代表着电磁流量计技术的不断进步。随着电子学和计算机技术的发展,更加速了电磁流量计技术的大发展。当前电磁流量计的技术发展可归纳为以下几个方面。
  (1)、电磁流量计——高精确度
  与早期的工频励磁相比,低频矩形波励磁、双频励磁、可编程控制励磁等新的励磁方式电磁流量计,提高了传感器输出流量信号的信噪比,降低并稳定了仪表的零点。转换器应用先进的集成运算放大器大幅度降低了器件的噪声。采用数字的处理方法,较模拟电路的转换器能使电磁流量计的测量精确度大幅度提高。感应信号的权重函数理论研究,一定程度地改善了管道内流速分布非轴对称性对流量准确测量的影响。因此,现代的电磁流量计有可能达到±0.5%,甚至±0.2%示值误差的测量精确度。
  (2) 、电磁流量计——高可靠性、多功能化 
  流量计零点变化主要是由于处于交变工作磁场的金属测量管和导电液体中,即使流体流速为零的情况下,因为电磁感应的作用,仍会产生涡电流,形成的二次磁通所引起的。低频矩形波励磁能有效地减少二次磁通的产生,因而零点较稳定。矩形波磁场的频率为工频频率的整数倍,信号采样时其平均值为零,可消除工频串模干扰影响。调制的双频励磁、可编程控制励磁,在测量固液两相浆液流量时,能减小电极上产生低频电化学噪声的影响,提高了传感信号的可靠性。高集成度的电子元器件减少了硬件的故障率,硬件、软件的屏蔽技术等,都是增加转换器可靠性的有效措施。
  转换器中应用单片计算机,能充分利用计算机具有信息储存、分时处理、运算和控制能力的优点,能比较容易地实现流量的双向测量、全管检测、多量程自动切换、人机对话、与上位计算机通信、自诊断等附加功能。新一代具有HART协议和其他类型现场总线的电磁流量计,更为用户实现全新的生产控制与科学管理方式提供了条件。
  (3)、电磁流量计——小型化
  权重分布型磁场的电磁流量传感器磁场线圈较均匀分布磁场励磁线圈的长度大大地缩短;低频励磁信噪比的提高,可使磁感应强度也大幅度地降低。因而,线圈铁心尺寸能够减小,传感器长度得以缩短。所以,与早期的电磁流量计相比,当前的电磁流量计能够实现产品的小型化。传感器和转换器合二为一的一体型结构,更能有效地降低流量计的制造成本。
  (4)、电磁流量计——低能耗
  早期交流励磁的电磁流量计,存在大的涡流损失。为了得到高的测量精确度,需要产生较强的感应电动势,这时设计的传感器磁场约为流速Im/s 产生1~2mV的感应信号电压。因此,交流励磁型的电磁流量计消耗功率往往在数十瓦到上千瓦。低频矩形波磁场大部分时间处于直流状态,其铁心涡电流损失很小,磁感应强度很低。这样设计的传感器磁场,大约是Im/s 流速能产生0.l~0.2mV的感应信号电压。因此,低频矩形波励磁的电磁流量计与交流励磁型电磁流量计比较,能耗大幅度地降低。如今,一般电磁流量计的总电耗在 l0~20W 以内。励磁电流在 4mA 以下的两线制电磁流量计也已出现,更有消耗功率仅需 2mW,用锂电池供电可使用8年的电磁水表。还有了在无交流电下使用的电磁流量计产品。
  (5) 、电磁流量计——适用范围的扩大
  现代电子技术的发展和新型绝缘材料、磁性材料不断地出现,有条件开发不同型式的电磁流量计,来解决测量介质对电极的腐蚀、污染问题,解决电导率低于1µS/m介质的测量,例如电容式电磁流量计就可替代传统的机械式容积流量计,以测量纯水、制糖脱盐液和含有油分等低电导率流体的流量。电磁流量计的种类很多,应用面很广。例如,传感器与转换器结构合二为一的一体型,直流电压供电与信号输出共用电缆的两线制,防爆型、高压传感器结构型,符合卫生要求、用于消毒快速安装与拆卸的卫生型,具有数字通信信号输出功能等,它们在化工、石油、钢铁、冶金、食品等工业自动控制生产过程中越来越受欢迎。
  除了潜水电磁流量计用来测量河道、暗渠和明渠的流量计外,非满管道的电磁流量计也是近几年开发的热门产品。在今天环境保护和节水日益受到重视的情况下,它们在低流速明渠、暗渠的水、污水测量中发挥着重大作用。食品工业、制药生产或罐装,要求在短时间内定量地测量并发出控制信号;对于血液及脉动流量测量,要求其反应速度快。这些要求需采用高频或双频等励磁方式来解决。总之,新的使用领域不断地扩展,将促使电磁流量计技术不断地发展与进步。