摘(zhai)要:電磁(cí)流量計(jì) 量程寬(kuan)、結構簡(jian)單應用(yong)廣泛。以(yi)電磁流(liú)量計的(de)結構🔅演(yǎn)變👅與幹(gàn)擾抑制(zhì)爲線索(suo),兩個大(dà)方向下(xia)的各個(ge)方向的(de)♍電磁流(liu)量⁉️計,并(bìng)分析了(le)其未來(lai)發介紹(shào)了展方(fang)向和趨(qu)勢,在電(dian)子不斷(duàn)發展與(yǔ)流量計(jì)量方法(fa)呈現多(duo)樣化基(jī)礎上,未(wèi)來🌈電磁(cí)流量計(ji)仍以提(ti)高線圈(quān)勵磁精(jing)度來抑(yi)制噪聲(sheng)幹擾爲(wei)主,同時(shí)又不斷(duan)改變自(zi)🥰身結構(gòu)和組合(he)方法測(ce)量,以适(shi)應越來(lái)越複雜(zá)的流體(ti)測量環(huán)境。
0引言(yán)
　　從20世紀(ji)50年代以(yǐ)來,電磁(ci)流量計(jì)憑借其(qí)精度高(gāo)量程寬(kuan)🌈、反應靈(ling)📐敏、耐腐(fu)蝕等優(yōu)點廣泛(fàn)應用于(yú)石油、化(huà)工、水計(ji)量、制藥(yào)等行業(ye),迅速成(cheng)爲實用(yòng)性最爲(wei)廣泛的(de)工業測(ce)量儀表(biǎo)之一。經(jing)過幾十(shí)年的發(fā)展,電磁(ci)流量計(ji)的結構(gòu)、信号幹(gan)擾抑制(zhi)技術革(ge)新成爲(wei)電磁流(liu)量💯計測(cè)量性能(néng)提高的(de)重要💜方(fang)向。電磁(ci)流量計(ji)的結構(gòu)、電磁流(liu)量計幹(gan)擾抑制(zhi)方法爲(wei)線索,總(zǒng)結近年(nian)來電磁(cí)流量計(ji)㊙️現狀及(jí)成果.并(bing)分析其(qi)發展趨(qū)勢,爲以(yǐ)後流量(liang)計的優(you)化、設計(jì)♌、智能化(huà)等工作(zuo)提供⭕一(yī)定的參(can)考與基(ji)礎。
1電磁(cí)流量計(jì)基本原(yuan)理
　　電磁(ci)流量計(ji)的基本(běn)工作原(yuán)理是法(fǎ)拉第電(diàn)磁感應(yīng)定律，當(dang)被測🥰液(ye)體經過(guo)測量管(guan)内部時(shí)會在磁(cí)場中♋切(qie)割🏃🏻磁感(gan)線産生(sheng)感應電(diàn)🔆動勢,在(zài)2個測量(liàng)電極之(zhī)間産生(sheng)的感應(ying)電動勢(shì)爲E=kBDv,由流(liú)量Q=πD2v/4可得(dé)流量Q與(yu)感應電(diàn)動勢E的(de)關系爲(wèi)Q=πDE/4kB。其中❤️,E爲(wei)感應電(dian)動勢,k爲(wei)常系數(shu),B爲磁⭐感(gan)應強度(du),D爲🧑🏽‍🤝‍🧑🏻管道(dao)内徑的(de)寬度,v爲(wèi)流體流(liu)速。
　　由于(yú)傳統電(diàn)磁流量(liang)計對被(bei)測液體(ti)有最低(di)導電率(lü)的🥰要求(qiú)，電磁流(liú)量計的(de)測量管(guan)爲絕緣(yuán)測量管(guan)或内部(bù)襯✔️裏有(you)⭕絕緣材(cai)料,絕緣(yuan)襯裏限(xian)制了被(bèi)測流體(ti)的溫度(du)範圍及(jí)流量計(ji)的🙇🏻可靠(kào)性與适(shì)用性。傳(chuan)統電磁(cí)流量計(jì)的單電(dian)極對是(shi)根據感(gǎn)🌏應電壓(ya)信号計(ji)算整個(ge)流動截(jie)面處的(de)平均速(sù)度,因而(ér)，對被測(ce)流體流(liu)速📞分布(bù)敏感,隻(zhī)能測量(liang)滿管流(liu)體,測量(liàng)精度受(shòu)被測流(liu)體的非(fēi)軸對稱(cheng)速度分(fèn)布影響(xiǎng)大,因💜此(ci)對直管(guan)段要求(qiú)🌏高;此外(wài),單一電(dian)磁流量(liang)計無法(fǎ)正确測(cè)量多相(xiàng)流中的(de)導電☀️相(xiàng)速度,尤(you)其是在(zai)工業現(xian)場中存(cun)在的油(yóu)水兩相(xiàng)流、油氣(qi)兩相流(liú)等測量(liang)工況下(xià)測❗量結(jie)果會有(you)很大的(de)誤差。因(yin)此,需要(yao)改變電(diàn)磁流量(liang)計結構(gòu)、對勵磁(cí)方式和(he)信号調(diào)理技🐅術(shu)進行優(you)化，使其(qi)适應更(geng)🌈複雜的(de)測✔️量環(huan)境。
2電磁(cí)流量計(jì)結構演(yan)化分析(xi)
　　電磁流(liu)量計結(jié)構優化(hua)的主要(yào)方式包(bao)括從測(cè)量管、勵(li)磁線圈(quān)結構、測(cè)量電極(ji)的位置(zhì)和數量(liàng)等方面(miàn)進行改(gai)❗變,從⭕而(er)得到适(shì)用複雜(zá)工況的(de)電磁流(liú)量計。
2.1非(fēi)絕緣測(ce)量管電(diàn)磁流量(liang)計
　　電磁(ci)流量計(ji)絕緣襯(chen)裏的作(zuo)用是防(fang)止感應(yīng)信号被(bei)金⁉️屬👌測(cè)量管短(duǎn)路,提高(gao)了流量(liang)計的測(cè)量精度(dù)。國内的(de)電磁流(liú)量計👈的(de)常見襯(chèn)裏材料(liào)有聚四(si)氟乙烯(xī)、聚三氟(fú)氣乙烯(xi)、硬橡膠(jiao)、聚氨酯(zhi)橡膠、乙(yi)烯✌️與四(sì)氟氯乙(yi)烯共聚(jù)物等。但(dan)這些絕(jué)緣材料(liao)在耐磨(mó)性、耐高(gao)溫、耐氧(yǎng)化性、耐(nai)酸🔞堿性(xing)等方面(mian)❄️不能兼(jian)得,電⚽磁(cí)流量計(jì)的絕緣(yuán)襯裏限(xian)制了其(qí)測量流(liu)體的适(shì)用範圍(wéi)及适用(yòng)工況,因(yin)此希望(wang)電磁流(liu)量計能(néng)突破絕(jue)緣襯裏(li)和絕緣(yuán)測量管(guǎn)的限制(zhi)，采⛱️用非(fēi)絕緣測(ce)量管進(jìn)🍓行流量(liang)的測量(liang)。
　　非絕緣(yuan)測量管(guan)電磁流(liú)量計的(de)原理是(shì)建立流(liu)體與非(fei)絕緣金(jīn)屬管壁(bì)之間不(bu)同的邊(bian)界條件(jian)。通過施(shi)加與流(liu)體流量(liàng)成正比(bi)🔞的電壓(yā),在管壁(bi)上形成(cheng)電勢分(fèn)👌布,由于(yú)🈚電流流(liu)👨‍❤️‍👨過金屬(shǔ)管壁,使(shǐ)得管壁(bì)上的電(dian)勢分布(bù)與流體(tǐ)中的流(liú)動信号(hao)電勢不(bú)同,這就(jiù)建立了(le)管道與(yǔ)非絕緣(yuan)金屬管(guǎn)壁之間(jiān)的邊界(jiè)條件,這(zhe)個邊界(jiè)條件與(yǔ)絕緣🥰襯(chèn)🌈裏同樣(yàng)起到了(le)防止電(diàn)流經過(guo)引起短(duan)路的作(zuo)用。也稱(chēng)這種新(xin)的控制(zhì)方♈法爲(wèi)“電勢補(bǔ)償法”。非(fei)絕緣測(ce)量管電(diàn)磁流量(liàng)計的結(jié)構如圖(tu)1所示。
 
2.2不(bu)同勵磁(ci)線圈形(xing)狀的電(diàn)磁流量(liàng)計
　　電磁(ci)流量計(jì)的勵磁(cí)系統是(shi)由勵磁(ci)線圈、導(dǎo)磁鐵芯(xin)和㊙️磁轭(è)等📐部分(fen)組成。電(diàn)磁流量(liàng)計的磁(cí)場特性(xing)不僅和(hé)勵磁電(diàn)流大小(xiǎo)變化有(you)關,還深(shēn)受勵磁(ci)線圈的(de)形狀、尺(chi)寸大小(xiao)、匝數等(děng)因素影(ying)響。電磁(ci)流🌈量計(ji)工作磁(cí)場的穩(wen)定性和(hé)均勻性(xìng)是設計(jì)分析勵(li)磁系統(tong)最關🏃🏻鍵(jiàn)的因素(su)。不同的(de)勵磁線(xiàn)圈形狀(zhuang)對電磁(cí)流量計(ji)工📞作磁(ci)場的影(yǐng)響也各(ge)具特點(dian)。
2.2.1典型勵(li)磁線圈(quān)
　　工業生(sheng)産中廣(guang)泛應用(yong)的勵磁(ci)線圈的(de)形狀主(zhǔ)要有圓(yuán)形線圈(quān)⭐、菱形線(xian)圈矩形(xing)線圈、馬(mǎ)鞍形線(xiàn)圈等。4種(zhǒng)勵磁線(xiàn)圈的仿(páng)真幾何(hé)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻模型如(ru)圖2所示(shì)。典型的(de)線圈結(jié)構仍存(cún)在一些(xiē)🈲不足,如(rú)❓亥姆霍(huò)茲線圈(quān)中部的(de)工作🙇‍♀️磁(cí)場均勻(yun)度較好(hao),而邊緣(yuan)處磁場(chang)卻減弱(ruo);菱形勵(li)磁線圈(quan)和矩形(xíng)勵磁線(xian)圈産生(shēng)的工作(zuo)磁場在(zài)電極附(fu)近的分(fen)布均勻(yún)度較差(cha);馬鞍形(xing)勵磁線(xian)圈的磁(ci)💔場.均勻(yun)度最好(hǎo),但輸出(chu)感應電(diàn)動勢大(dà)小👉比亥(hai)姆霍茲(zi)線圈低(di)。
 
2.2.2E形框架(jia)亥姆霍(huo)茲線圈(quan)
　　由于勵(li)磁線圈(quān)的軸向(xiàng)長度有(yǒu)限,根據(jù)電磁感(gǎn)應原⛱️理(lǐ),線圈産(chan)生🔞的磁(cí)場是一(yī)系列圓(yuán)形的閉(bi)環。在線(xiàn)圈彎曲(qǔ)的磁💔場(chang)的邊緣(yuan)處形成(chéng)非均勻(yun)分布的(de)磁場。即(jí)電磁場(chǎng)💋的分布(bù)在測量(liàng)管方向(xiàng)🚩具有邊(bian)緣效應(yīng)。ShereliffJA的數學(xue)模型中(zhong)提到當(dāng)勵✊磁線(xian)圈的軸(zhou)向長度(dù)接近測(cè)量⭐管半(bàn)徑的3倍(bei)時,有限(xian)磁場㊙️的(de)靈敏度(dù)接近1。雖(suī)然分析(xi)了電磁(ci)流量計(ji)靈敏度(du)與磁場(chang)軸向長(zhang)度之間(jian)的關☔系(xi),但勵磁(cí)線圈沿(yán)電極方(fāng)向的長(zhang)度仍未(wèi)分析。
　　E形(xing)框架亥(hai)姆霍茲(zi)線圈是(shi)一種在(zai)傳統的(de)亥姆霍(huo)茲線圈(quan)中加入(rù)導磁材(cai)料制成(cheng)的E形框(kuàng)架來模(mó)拟磁場(chang)的分布(bù)的🏃‍♂️改進(jin)勵磁結(jie)構。常用(yong)的勵磁(cí)裝置亥(hài)姆霍🧡茲(zī)線圈❤️具(ju)有2個平(píng)行排🔱列(liè)的線✍️圈(quan),并且測(cè)量管中(zhong)的🐪磁流(liú)場是2個(gè)線圈産(chan)生的磁(ci)場的疊(dié)加。爲♉了(le)減少在(zai)線圈邊(bian)緣漏磁(cí)通的影(yǐng)響🌈,一種(zhong)由導磁(ci)材料構(gòu)成的📐E形(xing)勵磁框(kuang)架,如圖(tú)3所示。線(xian)圈纏繞(rao)在E形框(kuàng)架的中(zhōng)心，整個(gè)勵磁裝(zhuāng)置由2個(ge)彼此相(xiàng)對放置(zhì)的E形框(kuang)架組成(chéng)。線圈形(xíng)狀是矩(jǔ)形的🤞，由(you)于E形框(kuàng)架具有(yǒu)高🧡導磁(cí)率,磁力(li)線可以(yi)集中在(zai)E形框架(jià)的中心(xin)區域，以(yi)提高穿(chuan)過測量(liang)管的磁(ci)場的強(qiang)度和均(jun1)勻性,并(bìng)且可💛以(yǐ)減小激(jī)💰勵裝置(zhi)的尺寸(cun)。其中,E形(xíng)框架亥(hai)姆霍茲(zī)線圈沿(yán)着測量(liang)管的軸(zhóu)向長度(dù)是48mm,即測(ce)量管半(ban)徑的3倍(bei)。此種結(jie)構具有(yǒu)漏磁小(xiao)、磁場分(fen)布均勻(yun)等優點(diǎn)。可将🐕磁(cí)通量集(jí)中在測(cè)量管周(zhōu)圍的區(qu)域以确(que)保有足(zú)夠的磁(ci)場強📧度(du)來檢測(cè)流量流(liú)速信号(hào)。.
 
2.2.3雙層勵(lì)磁線圈(quān)
　　明渠是(shi)一種具(ju)有自由(you)表面液(ye)體流動(dong)的渠道(dao)。明渠㊙️水(shui)流也稱(chēng)🥰爲🈲重力(lì)流和無(wú)壓流,其(qí)靠重力(lì)作用産(chan)生,表面(miàn)相對壓(yā)力爲零(ling)且具有(yǒu)自由表(biǎo)面，因此(cǐ),明渠水(shuǐ)流流經(jing)🔴渠道的(de)截面是(shì)⭐時刻變(bian)化的。明(ming)渠電磁(ci)流量計(ji)的主要(yao)😘設計問(wen)題是通(tong)過專門(men)設計的(de)勵磁線(xiàn)圈㊙️來保(bǎo)證測量(liàng)區内磁(cí)場的🔞均(jun)勻分布(bù)。線圈的(de)設計還(hái)✏️需應對(dui)幹擾電(dian)場的邊(bian)界效應(ying)，達到此(ci)需求最(zui)簡單的(de)方法是(shì)在軸向(xiang)上增加(jia)線圈的(de)長度,但(dan)這又增(zeng)加了🏃‍♂️線(xiàn)圈的制(zhì)造成本(ben)。雙層勵(li)磁線圈(quān)結✌️構爲(wèi)解決明(míng)渠電磁(cí)流量計(ji)的磁場(chǎng)✉️分布問(wèn)題奠定(dìng)了基礎(chǔ)。
　　爲了使(shi)明渠流(liu)量計測(cè)量區磁(cí)場達到(dào)最佳均(jun1)勻性,将(jiang)雙層線(xian)圈✨和亥(hài)姆霍茲(zi)線圈兩(liang)種勵磁(cí)線圈進(jin)行仿真(zhēn)比較,圖(tu)4爲✨雙層(ceng)勵磁線(xiàn)圈和亥(hai)姆霍茲(zī)線圈的(de)仿真模(mo)型,發現(xiàn)雙層線(xian)👈圈的設(shè)計要優(you)于亥姆(mu)霍茲線(xian)圈,如果(guǒ)在亥姆(mǔ)霍茲線(xian)圈中,在(zài)流向方(fang)向上使(shi)線圈長(zhang)度增加(jiā)50%,則得到(dao)的磁場(chǎng)分布均(jun)勻💰性與(yǔ)在雙層(ceng)⛹🏻‍♀️線圈中(zhong)相同。因(yīn)此,雙層(ceng)勵磁線(xian)圈結構(gòu)相比亥(hai)✨姆霍茲(zi)勵磁線(xiàn)圈更适(shì)✍️用于明(míng)渠電磁(cí)流🐆量計(jì)。
 
2.3不同測(ce)量電極(ji)結構的(de)電磁流(liú)量計
　　根(gen)據電極(ji)結構的(de)不同,電(diàn)磁流量(liàng)計可分(fèn)爲接觸(chù)式和非(fēi)接觸式(shi)兩種。接(jie)觸型電(dian)磁流量(liàng)計使用(yòng)金屬點(dian)電極穿(chuān)透管壁(bi)。非接觸(chu)式🌍電磁(ci)流量計(jì)是将大(dà)面積的(de)金屬電(dian)極粘貼(tie)在測🐅量(liàng)管上,通(tong)過電容(róng)耦合的(de)方式獲(huo)得感應(ying)信号,因(yin)此,又稱(chēng)電容式(shi)電磁流(liu)量計。
2.3.1非(fēi)接觸式(shi)電磁流(liu)量計
　　非(fei)接觸式(shi)電磁流(liu)量計具(ju)有一些(xiē)突出的(de)優點:一(yī)方✌️面避(bi)⁉️免了🐕被(bèi)測液體(ti)與檢測(ce)電極直(zhi)接接觸(chu),解決了(le)檢測電(diàn)極容易(yì)受到液(ye)體腐蝕(shí)、磨損等(děng)問題;選(xuǎn)擇合适(shi)的襯裏(lǐ)材料🔆,電(dian)容式電(dian)磁流量(liang)計也📧可(ke)以實現(xian)對漿液(yè)型和較(jiào)高腐蝕(shí)性流體(tǐ)的檢測(cè),增大了(le)流量儀(yi)表的使(shǐ)用範圍(wéi)。另一方(fāng)面,電磁(ci)流量計(ji)🎯通過電(dian)容耦合(he)的方式(shì)獲取被(bèi)測液體(ti)流量🤟信(xin)号,被測(ce)流體㊙️與(yǔ)檢測電(dian)極之間(jiān)的耦合(he)電容決(jue)定了傳(chuán)感器的(de)内阻;增(zēng)加耦合(hé)電容值(zhí)可以減(jian)小傳感(gǎn)器的内(nèi)阻,降低(di)流量信(xìn)号檢出(chū)難度，從(cong)而使被(bei)測流體(ti)電導率(lü)的下限(xiàn)減小。
　　非(fēi)接觸式(shì)電磁流(liú)量計的(de)電極與(yǔ)被測流(liu)體間有(yǒu)絕緣襯(chèn)裏隔離(li)或者直(zhí)接采用(yòng)絕緣測(ce)量管。電(diàn)極貼于(yu)測量管(guan)外面或(huo)🌍鑲嵌于(yu)測🈲量管(guan)内部。非(fēi)接觸式(shì)電磁流(liu)量計利(lì)用電👉極(jí)與被測(cè)流體通(tōng)過絕緣(yuán)襯裏形(xing)成🈲耦合(hé)電容來(lai)檢測被(bei)測流體(ti)流量信(xìn)号。主要(yao)結構形(xing)式按電(diàn)極的安(ān)裝位置(zhì)可分爲(wèi)兩種:電(dian)極嵌人(rén)測量管(guǎn)絕緣襯(chen)裏(嵌人(ren)式)、電極(jí)貼在⛱️測(cè)量管外(wai)(外貼式(shì))。嵌入式(shì)電磁🔆流(liu)量計和(he)外貼式(shi)電磁流(liú)量計的(de)結構如(ru)圖🌈5所示(shì),嵌人式(shi)結構和(hé)普通電(dian)磁流量(liang)🐪計電極(ji)結構✊類(lèi)似,而外(wài)👣貼式多(duo)是采用(yòng)陶瓷表(biǎo)面金屬(shu)化将電(dian)極貼在(zai)流量計(jì)測量管(guǎn)外部。
 
2.3.2多(duo)電極式(shi)電磁流(liú)量計
　　通(tong)過理論(lun)分析[10]發(fā)現，流體(ti)測量截(jié)面處的(de)速度分(fèn)布對電(dian)磁流量(liàng)計的測(ce)量精度(dù)影響十(shi)分敏感(gǎn),所以傳(chuan)統單對(duì)電極電(dian)磁流量(liang)計測量(liang)流體時(shí),要求流(liú)速分布(bù)是軸對(dui)稱的,因(yīn)此,需要(yao)被測流(liu)體滿管(guǎn)并具有(you)足夠長(zhang)的直😍管(guan)段。在管(guan)徑大、流(liu)體未滿(mǎn)管或測(ce)量條件(jian)有限時(shi),單對電(dian)極電磁(cí)流量計(ji)的測量(liàng)結果會(huì)存在不(bú)同程度(dù)的誤差(cha)，對于非(fēi)滿管流(liú)體和非(fei)軸對稱(cheng)速度分(fèn)布流體(ti)的測量(liàng)傳統流(liú)量計不(bú)再适用(yòng),多電極(ji)式電磁(cí)流量計(jì)可以通(tong)過測量(liang)多個點(diǎn)的感應(ying)電動勢(shì),獲得任(ren)意流型(xing)下的流(liu)體平🛀🏻均(jun1)流速的(de)表達🌐式(shì)以及測(cè)量管内(nei)流體液(ye)面高度(dù)，适用于(yu)非軸對(duì)稱流動(dong)和非滿(man)管條💃件(jiàn)下的流(liu)量測量(liàng)。
1)非滿管(guǎn)多電極(jí)式電磁(ci)流量計(jì)。其測量(liang)管壁上(shang)具有🔆多(duo)對電極(ji),其🌈中1對(duì)信号注(zhù)人電極(jí)設置在(zài)測量管(guan)底👌部,用(yong)于滿管(guan)狀态判(pan)别的滿(man)管指示(shì)電極設(she)置在測(ce)🏃量管頂(ding)部,其餘(yú)3對電極(ji)爲測量(liàng)電極設(shè)🚶‍♀️置在測(cè)量管兩(liang)側,用于(yu)💋管道流(liú)體液.位(wei)和流速(su)信号的(de)測量。當(dāng)對❌液位(wei)進行測(ce)量時,将(jiāng)電壓幅(fu)值恒定(ding)的交流(liu)信号施(shi)加于信(xìn)号注人(rén)電極上(shang),在流體(tǐ)滿管情(qíng)況下,該(gāi)流量🌐計(jì)的功能(néng)與普通(tōng)的電磁(ci)流量計(ji)相同,因(yin)爲此時(shi)流🚩體流(liú)經橫截(jié)面積是(shì)固定的(de),隻需根(gen)據🧑🏽‍🤝‍🧑🏻感🌍應(ying)電動勢(shi)推出被(bei)測流體(ti)的流速(su),進而計(ji)算得到(dào)流量值(zhi)☎️。當流體(tǐ)未充滿(man)管道時(shi)⭕,滿管指(zhǐ)示電極(jí)檢測到(dào)管道流(liú)體爲非(fēi)滿管狀(zhuang)🔴态,并利(li)用算法(fǎ)對測量(liàng)值進行(hang)修正,此(ci)⛹🏻‍♀️時流量(liàng)計的測(cè)量方式(shi)則是測(ce)量流體(ti)流速和(he)非滿管(guǎn)流體液(ye)位高度(du)。通過測(ce)量管内(nei)♈被測液(yè)體的耦(ou)合,反映(yìng)液位高(gāo)度變化(huà)🏃🏻的合成(cheng)信号可(kě)以通過(guo)3對測量(liàng)電極得(dé)到,液位(wei)高度的(de)準确測(cè)量值是(shì)通過轉(zhuan)換器将(jiang)合成信(xìn)号轉換(huàn)獲得。非(fēi)滿管多(duo)電極電(diàn)磁流量(liàng)計✌️結構(gòu)簡圖如(ru)圖6所示(shi)。
 
2)非軸對(duì)稱速度(dù)分布多(duō)電極式(shì)電磁流(liu)量計。由(you)于測🔴量(liàng)🔆截面所(suo)在平面(miàn)内管壁(bì)的感應(ying)電動勢(shi)積分運(yun)算的測(ce)量結果(guǒ)與流體(tǐ)流速🈲分(fèn)布無關(guan),因此,多(duo)電極式(shì)電磁流(liú)量計可(ke)通過測(ce)量多點(diǎn)🌏的感應(ying)電動勢(shi)來測量(liang)非軸對(duì)稱速度(dù)分布下(xia)的流體(tǐ)流量。非(fei)軸對稱(cheng)速✏️度分(fen)布多電(dian)極式電(diàn)磁流量(liàng)計按照(zhào)測量電(dian)極個數(shu)可分爲(wei)四電極(ji)式、六電(diàn)極式、八(ba)電極式(shì)、十六電(dian)極式17等(deng)。從理論(lun)上講電(diàn)極個數(shu)越多,流(liu)體平均(jun1)流速的(de)測🌏量精(jing)度越高(gao),但是從(cong)實際生(sheng)産制作(zuò)條件與(yu)流量計(jì)可靠性(xìng)來說,測(ce)量電極(jí)數目不(bú)能無限(xian)增多,而(ér)且随着(zhe)電極數(shu)目的增(zeng)多,測量(liang)系統實(shí)時性也(ye)會降低(di)。
3電磁流(liú)量計幹(gàn)擾抑制(zhì)方法分(fen)析
　　在電(dian)磁流量(liàng)計的測(ce)量過程(cheng)中,電極(ji)采集的(de)流量信(xìn)号㊙️混🔅雜(zá)了大量(liang)的幹擾(rao)信号和(he)噪聲。流(liu)量信号(hào)中的幹(gàn)擾🔴信号(hào)根據💋産(chǎn)生機理(li)不同可(kě)分爲3類(lei),第一類(lei)是與電(diàn)磁流量(liàng)計的電(dian)磁感應(ying)原❗理有(you)關☁️的同(tong)相幹擾(rao)、微分幹(gàn)擾🏃‍♀️等;第(dì)二類是(shì)和電化(huà)學作用(yòng)有關的(de)漿液🌈噪(zào)聲、極化(hua)幹擾、流(liú)動噪聲(shēng)✌️等;第三(sān)類是😘因(yīn)外部電(diàn)路而引(yin)起的工(gōng)頻幹擾(rao),可分爲(wèi)串模幹(gàn)擾、共模(mó)幹擾兩(liǎng)種。
　　不同(tong)勵磁方(fang)式對流(liu)量計的(de)功耗、精(jing)度、實時(shí)性等參(can)數有㊙️着(zhe)影響📱。勵(lì)磁方式(shì)可分爲(wèi)采用交(jiāo)變磁場(chǎng)和采用(yòng)恒定磁(cí)🐇場2種基(ji)本形式(shi),采用交(jiāo)變磁場(chǎng)包括正(zheng)弦波勵(lì)磁、低頻(pin)矩形波(bō)勵👄磁、三(sān)值矩形(xíng)波勵磁(ci)、雙頻矩(jǔ)形波勵(li)磁、三值(zhí)梯形👨‍❤️‍👨波(bō)勵磁等(deng)⛹🏻‍♀️方式,采(cai)用恒定(dìng)磁場🆚包(bao)括直流(liú)電源勵(li)磁和永(yǒng)磁鐵勵(lì)磁。
3.1交變(bian)磁場勵(lì)磁
　　最早(zao)應用在(zài)電磁流(liu)量計中(zhōng)的勵磁(ci)方式是(shi)工頻正(zheng)弦波勵(lì)磁❄️,此種(zhong)電磁流(liu)量計測(ce)量迅速(su),這種方(fāng)式能有(yǒu)效消除(chú)電極表(biǎo)面⛷️的極(jí)📐化現象(xiang),降低電(dian)化學電(diàn)勢的影(yǐng)響🐕和傳(chuán)感💞器内(nei)阻,但是(shì)由于頻(pin)率高,會(huì)帶來一(yi)系列電(dian)磁幹擾(rao)如正交(jiao)幹擾、同(tong)相幹擾(rao)等。矩形(xíng)波勵🈲磁(cí)将直流(liú)勵磁和(hé)交流勵(li)磁的優(yōu)點結合(he)起來,既(ji)具備交(jiao)流勵磁(cí)極化幹(gàn)擾小的(de)特點，又(you)具有直(zhí)流💘勵磁(cí)無正交(jiāo)幹🏃‍♂️擾和(hé)同相幹(gàn)擾矩形(xing)波勵磁(cí)方式采(cǎi)樣時間(jian)窗口.長(zhang)且穩定(dìng),可使流(liú)量計的(de)零點穩(wen)定性得(dé)到🔴提高(gāo)。
　　矩形波(bō)勵磁根(gen)據工作(zuo)頻率的(de)高低分(fen)爲低頻(pín)矩形波(bō)勵磁和(hé)🌈高頻矩(jǔ)形波勵(li)磁，低頻(pín)勵磁雖(sui)然具有(you)零點穩(wěn)定和有(yǒu)效🐇降低(di)電磁🐪幹(gàn)擾的優(yōu)勢,但是(shì)會降低(di)傳感器(qi)的響應(ying)速度,不(bu)再适用(yong)于高速(su)變化流(liú)體的🌈測(ce)量。高頻(pin)勵磁具(jù)有響應(yīng)速度快(kuai)的優勢(shi)👉,但存在(zài)電🍉磁幹(gàn)擾問題(ti)㊙️導緻測(cè)量精㊙️度(dù)的下降(jiàng),其測量(liàng)精度比(bǐ)不上低(di)頻勵磁(cí)。随着工(gōng)業生産(chan)生活中(zhong)對流體(ti)🙇‍♀️測量🌈實(shí)時性和(hé)測量精(jing)度的提(tí)高,單頻(pín)的高頻(pin)勵磁和(hé)低頻勵(lì)磁已經(jīng)不能滿(man)足人們(men)的測量(liang)要求,于(yu)是國内(nei)外研究(jiū)人員将(jiang)目光投(tóu)向了雙(shuang)頻勵磁(ci)。雙頻勵(lì)🏃‍♂️磁電🐉磁(ci)流量計(ji)結合低(dī)頻矩形(xíng)波勵磁(cí)和高頻(pín)矩形波(bo)勵🆚磁的(de)優點。利(li)用雙頻(pin)中低頻(pin)抑制測(cè)量液體(tǐ)噪聲、保(bǎo)持零點(dian)穩定性(xing)和高頻(pín)激🏃🏻‍♂️勵響(xiǎng)應速度(dù)快的特(te)點在測(cè)量被測(ce)液體時(shí)取得了(le)較好的(de)效果和(hé)較快的(de)響應速(su)度。之後(hòu)雙頻勵(li)🔅磁技術(shù)得到快(kuài)速發展(zhǎn),衍生了(le)高壓和(he)脈沖寬(kuān)度調制(zhì)(PWM)調制低(dī)㊙️壓勵磁(ci)、時分雙(shuang).頻勵🌈磁(ci)、雙頻梯(ti)形波勵(lì)磁等多(duo)種雙頻(pin)勵磁形(xíng)👈式。時分(fèn)雙頻勵(li)磁方式(shi)不僅兼(jian)顧了高(gao)頻低頻(pin)的優點(dian)♍,還提高(gao)了流.量(liàng)計的量(liang)程比。雙(shuāng)頻梯形(xíng)波與矩(jǔ)形波相(xiàng)比,梯形(xing)波具有(you)穩定部(bù)分,增加(jiā)了🏃🏻‍♂️信号(hao)的穩定(dìng)性，可以(yǐ)有效消(xiāo)除差分(fen)幹擾。與(yǔ)三角波(bō)相比,梯(tī)🐅形波有(you)上升沿(yán)和下降(jiàng)沿,提高(gao)了電壓(ya)的利用(yòng)率。雖然(rán)雙頻勵(li)磁兼具(jù)高頻勵(lì)磁響應(yīng)速度快(kuai)和低頻(pin)勵磁穩(wěn)⛱️定性好(hǎo)的優點(dian)💃🏻,但是雙(shuāng)頻勵磁(ci)需要執(zhí)行的算(suàn)法相更(geng)爲複雜(zá)，這就使(shǐ)🔞得流量(liang)計功耗(hao)較大。
3.2恒(héng)定磁場(chǎng)勵磁
　　流(liú)量計采(cǎi)用恒定(dìng)磁場勵(li)磁時,其(qi)優點是(shì)磁場強(qiang)度✏️恒定(dìng)不♍變,比(bǐ)交變磁(cí)場勵磁(cí)更容易(yì)實現,流(liu)量計結(jié)構也更(geng)加簡化(hua),受工頻(pín)幹🏃🏻‍♂️擾的(de)影響小(xiao)。恒定磁(cí)場勵磁(ci)技術遇(yù)到的最(zuì)關鍵問(wen)題是♌電(dian)化學作(zuo)用在測(ce)量🌈電極(ji)上産☁️生(shēng)極化電(diàn)💃壓,由于(yu)電極輸(shū)出的流(liú)量測量(liang)信号和(he)電極極(ji)化電壓(ya)均爲直(zhi)流信号(hào),導緻很(hen)難從測(cè)量信号(hào)中剔除(chú)極化電(dian)壓幹擾(rǎo)信号,甚(shèn)至極化(huà)電壓過(guo)大會掩(yǎn)蓋測量(liang)信号産(chǎn)生的感(gan)應電動(dòng)勢。因此(cǐ),恒定磁(ci)場勵磁(ci)方式🔴僅(jin)适用于(yu)内阻極(ji)小📐、導電(dian)率極高(gao)且不産(chǎn)生極化(hua)電壓的(de)特殊液(ye)态金屬(shǔ)的流🏃🏻量(liang)測量中(zhong)。
　　目前克(kè)服電極(ji)表面極(jí)化的方(fāng)法可以(yi)分爲:1)對(duì)極化噪(zào)聲進行(háng)補償。将(jiāng)非勵磁(ci)時段極(ji)化噪聲(shēng)用來補(bǔ)償勵磁(ci)時段的(de)極化噪(zao)聲。2)低通(tong)濾波極(jí)化噪聲(shēng)并反饋(kuì)補償。采(cai)用階低(dī)通濾波(bō)器剝離(li)極化噪(zào)聲,并進(jìn)行反饋(kuì)補償。因(yīn)爲低通(tong)濾波器(qi)會使流(liu)量信号(hào)🏃🏻‍♂️發生畸(jī)變,故此(ci)方法尚(shàng)未應用(yong)于商🔅業(ye)儀表。3)将(jiāng)極化電(diàn)壓控制(zhì)在穩定(dìng)值。這是(shi)一種避(bì)開極化(huà)電壓原(yuán)理的方(fāng)法,代表(biao)方法有(yǒu)繼電器(qi)電容反(fǎn)饋抑制(zhì)極化。基(ji)于這種(zhong)理🐕念，利(lì)用動态(tài)反饋控(kong)制的方(fāng)法應用(yòng)在🏒永磁(cí)體勵磁(ci)的電磁(ci)流量計(jì)上。目前(qián),這種方(fang)法是恒(heng)磁磁場(chǎng)💋勵磁🥵方(fāng)法研究(jiū)的熱門(men)領域。
4電(dian)磁流量(liàng)計發展(zhan)趨勢
4.1勵(li)磁技術(shu)的發展(zhan)趨勢
　　随(suí)着電子(zǐ)快速發(fā)展,對勵(li)磁電流(liú)和勵磁(ci)信号的(de)控🔞制⭐也(yě)越👄來越(yuè)👄精确。勵(li)磁方式(shi)将向多(duo)頻方向(xiàng)發展,讓(ràng)電磁流(liú)量計兼(jiān)具響應(ying)速度快(kuai),零點穩(wen)定性好(hǎo),輸出🈲信(xin)号穩定(dìng)等優點(diǎn)。勵磁頻(pin)率也将(jiang)向智能(neng)變換方(fāng)向發展(zhǎn),根據☎️電(dian)磁流量(liang)計輸出(chu)感⛷️應電(diàn)勢信号(hào)中噪聲(sheng)☂️的大小(xiǎo)來改⛱️變(biàn)勵磁頻(pin)率♍。使電(diàn)磁流量(liang)計不僅(jin)具有克(ke)服流體(ti)噪聲和(hé)信号零(líng)點漂移(yi)的能力(li),還能估(gu)計當前(qian)流體的(de)漿液濃(nóng)度值😍。信(xìn)号處理(li)技術也(yě)不.再隻(zhī)依靠電(diàn)路進行(hang)濾波,可(ke)以利用(yòng)MATLAB、快速傅(fù)裏葉變(biàn)換(fastFouriertransform,FFT)或🌍小(xiǎo)波變換(huàn)等軟件(jian)處理方(fang)式對信(xin)号調理(li)以抑制(zhi)幹🔞擾,提(ti)高電磁(cí)流量🌍十(shi)的勵㊙️磁(ci)精度。
4.2複(fú)雜工況(kuàng)組合測(cè)量的發(fā)展趨勢(shi)
　　随着流(liú)體測量(liàng)工況複(fu)雜性的(de)增加,電(diàn)磁流量(liang)計也在(zai)朝着與(yu)其他方(fang)法組合(he)測量的(de)方向發(fā)展。主要(yao)有電磁(cí)流量計(ji)與弧形(xíng)電導探(tan)針組合(he)測量系(xi)統、電磁(cí)流量計(jì)結合分(fèn)相法測(ce)量液體(tǐ)流量叫(jiào)、電磁流(liu)量十🙇‍♀️和(he)電阻層(céng)析成像(xiàng)雙模态(tai)系統🔴等(deng)。結合弧(hu)形電導(dao)探針靈(ling)敏度高(gao)，探測場(chǎng)分布均(jun1)勻的優(you)點,可以(yǐ)提高流(liú)體測量(liang)的分辨(biàn)率。分相(xiang)法的結(jie)合可以(yǐ)提高測(cè)量精度(du),成功地(di)使電磁(ci)流量計(ji)🌂适用于(yu)原始相(xiang)分布不(bu)均勻的(de)氣液兩(liang)相流。電(diàn)磁流量(liang)計與電(dian)阻層析(xī)成像雙(shuang)模态系(xì)統🧑🏽‍🤝‍🧑🏻可利(li)用多維(wei)☂️數據融(róng)合的方(fāng)法測量(liang)油水🌈兩(liǎng)相流的(de)分相體(ti)積流量(liang)與流速(sù)。随着互(hu)相關算(suan)法與多(duō)傳感器(qi)✌️信息融(rong)合技術(shù)的發展(zhan),電磁流(liú)量計與(yu)其他測(ce)量方法(fǎ)組合進(jìn)行流體(ti)計量成(chéng)爲未來(lai)發展的(de)方向。

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