電磁流量計(jì)的研究熱點(diǎn)
電磁流量計(jì)的研究熱點(diǎn)
目前，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者和生產(chǎn)廠家關(guān)于電磁流量計(jì)的研究熱點(diǎn)主要集中于以下幾個(gè)方面：
(1)勵(lì)磁線圈及傳感器內(nèi)部磁場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：勵(lì)磁線圈的大小及放置位置直接關(guān)系到傳感器內(nèi)部磁場(chǎng)的情況。目前，國(guó)內(nèi)外廠家生產(chǎn)的電磁流量計(jì)基本是非均勻磁場(chǎng)下的電磁流量計(jì)，其中磁場(chǎng)的邊緣效應(yīng)對(duì)電磁流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度影響很大。因此，勵(lì)磁線圈的優(yōu)化設(shè)計(jì)成為了電磁流量計(jì)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(duì)明渠電磁流量計(jì)傳感器及勵(lì)磁線圈進(jìn)行2D 和3D 建模，在磁場(chǎng)快速減小的區(qū)域較好的消除了磁場(chǎng)邊緣效應(yīng)產(chǎn)生的誤差影響，并做出了電磁流量計(jì)傳感器設(shè)計(jì)的GUI 軟件。
(2)絕緣介質(zhì)流量測(cè)量：傳統(tǒng)的電磁流量計(jì)使用低頻矩形波勵(lì)磁，無靜電噪聲，可測(cè)量導(dǎo)電性流體。湍流非不導(dǎo)電性流體帶有靜電噪聲，且通過光譜密度實(shí)驗(yàn)測(cè)得噪聲頻率約為f .2.6（ f 為勵(lì)磁頻率)。在上世紀(jì)六十年代，電磁流量計(jì)應(yīng)用于測(cè)量絕緣液體流量[22]。當(dāng)時(shí)，為了修正靜電噪聲，采用了理論上類似于迪拉克(Dirac)脈沖的頻率為1KHz 的矩形波勵(lì)磁方式。然而，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，導(dǎo)致為了等待衰退脈沖余波消退而信號(hào)采樣每半周期均產(chǎn)生滯后。但是，由于使用高頻勵(lì)磁，沒有足夠的時(shí)間等待余波*消退，因此產(chǎn)生了零點(diǎn)遷移。對(duì)此，VCushing 提出了一種根據(jù)零點(diǎn)遷移電壓方程的時(shí)間獨(dú)立性來剔除零點(diǎn)遷移的電磁信號(hào)處理方法，在高頻勵(lì)磁下，可以校正零點(diǎn)遷移，使得電磁流量計(jì)可以測(cè)量包括絕緣流體在內(nèi)的各種流體[23]。
(3)應(yīng)用多電極解決非對(duì)稱流速測(cè)量和流場(chǎng)重建。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩電極電磁流量計(jì)對(duì)于軸對(duì)稱流型及稍微偏離軸對(duì)稱流體流量的測(cè)量效果還好，但軸對(duì)稱偏離程度較大時(shí)，測(cè)量誤差太大，無法接受。而多對(duì)電極、兩對(duì)線圈的多電極電磁流量計(jì)能改善這一情況，即使流型嚴(yán)重偏離軸對(duì)稱，誤差也不大， 測(cè)量精度仍能滿足一般的工程需要。多電極電磁流量計(jì)不但能解決非軸對(duì)稱流型的流量測(cè)量，還可用于流場(chǎng)速度分布的求解。國(guó)內(nèi)外有許多研究者正在進(jìn)行此項(xiàng)課題的研究[2631]我國(guó)清華大學(xué)的張小章于1996 年提出了基于流動(dòng)電磁測(cè)量理論的流場(chǎng)重建，即用多電極電磁流量計(jì)測(cè)量管道截面流速分布[32]，并對(duì)多電極電磁流量計(jì)用于流速分布的測(cè)量進(jìn)行了數(shù)值模擬，證實(shí)了采用流動(dòng)的電磁測(cè)量方法求解流場(chǎng)速度分布的可行性[3337]。自1999 年開始，浙江大學(xué)的張宏建教授、胡赤鷹高工、黃顯元及管軍等人在基于電磁感應(yīng)原理的多電極流量測(cè)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 年開發(fā)成功多電極成像式電磁流量計(jì)[2326] 。
(4)零點(diǎn)穩(wěn)定性及測(cè)量下限拓展：電磁流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性決定了儀表的測(cè)量準(zhǔn)確度和測(cè)量下限。目前，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)使用中的電磁流量計(jì)的測(cè)量下限基本停留在0.2m/s 的水平，而若想進(jìn)一步拓展測(cè)量下限，則必須提高零點(diǎn)穩(wěn)定性。為此，許多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，例如從電路抗干擾角度入手，希望設(shè)計(jì)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(cè)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(duì)某種噪聲信號(hào)直接通過硬件電路消除或在采樣后通過軟件消除。另一方面，2003 年，浙江大學(xué)的張宏建教授及管軍提出了基于相關(guān)檢測(cè)原理的電磁流量計(jì)，通過硬件電路將信號(hào)中的所有干擾噪聲提取出來，不論噪聲是由何產(chǎn)生，然后根據(jù)相關(guān)檢測(cè)原理，對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)進(jìn)行相位相關(guān)處理，將實(shí)時(shí)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(cè)量準(zhǔn)確度，拓展了電磁流量計(jì)的測(cè)量下限。
(5)電磁流量計(jì)勵(lì)磁技術(shù)的研究。在電磁流量計(jì)中，傳感器的工作磁場(chǎng)是由勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的。由于傳感器勵(lì)磁線圈的磁路不飽和性，即線性化磁路，勵(lì)磁波形與工作磁場(chǎng)強(qiáng)度波形基本一致，勵(lì)磁方式?jīng)Q定了傳感器工作磁場(chǎng)特征和電磁流量計(jì)的抗力大小和零點(diǎn)穩(wěn)定性能的好壞。勵(lì)磁技術(shù)始終是電磁流量計(jì)的一個(gè)重要的研究方向，從法拉第的時(shí)代開始利用地磁場(chǎng)測(cè)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(lì)磁方式的實(shí)現(xiàn)，使電磁流量計(jì)不斷成熟、不斷*，成為流量測(cè)量?jī)x表中最重要的品種之一。本文從電磁流量計(jì)勵(lì)磁技術(shù)入手，在一定的理論和實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，提出了低頻梯形波勵(lì)磁技術(shù)。具體的勵(lì)磁技術(shù)的發(fā)展及低頻梯形波勵(lì)磁技術(shù)將在下文中進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
經(jīng)過多年的技術(shù)探索和產(chǎn)品開發(fā)，我國(guó)雖然已在電磁流量檢測(cè)儀表開發(fā)方面取得了一定的成績(jī)， 但由于起步遲、起點(diǎn)低，還處于比較落后的狀況。我們嘗試采用新型微處理器和信號(hào)處理電路，新型的勵(lì)磁方式來研究設(shè)計(jì)新型智能化的電磁流量計(jì)，彌補(bǔ)目前電磁流量計(jì)存在的不足[5,7,10,12,15,16,23,24,3740]。因此，本課題的開展不僅能有力地提高我國(guó)電磁流量?jī)x表產(chǎn)品的質(zhì)量、更好地滿足用戶需求，而且對(duì)我國(guó)電磁流量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展、水資源及環(huán)境的保護(hù)等方面也具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。
本論文主要研究和設(shè)計(jì)電磁流量計(jì)的轉(zhuǎn)換器，采用新型微處理器、高性能集成電路及成熟的通信技術(shù)，研究設(shè)計(jì)具有組網(wǎng)通信功能的智能化電磁流量檢測(cè)儀表，有助于改變國(guó)內(nèi)電磁流量計(jì)產(chǎn)品的落后現(xiàn)狀。在本課題的研究過程中，主要完成以下方面的內(nèi)容：
（1）以Atmel 公司AT89S53 單片機(jī)為核心器件構(gòu)筑出功能*的智能單元，增強(qiáng)電磁流量計(jì)系統(tǒng)的智能性和運(yùn)算控制能力，采用容錯(cuò)、軟件陷阱、數(shù)字濾波等多種技術(shù)措施提高系統(tǒng)的可靠性。
（2）采用頻率可調(diào)的梯形波勵(lì)磁方式來改善系統(tǒng)勵(lì)磁性能，降低系統(tǒng)勵(lì)磁功耗，增強(qiáng)系統(tǒng)勵(lì)磁的靈活性。
（3）采用高精度轉(zhuǎn)換放大電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換，提高系統(tǒng)抗力和檢測(cè)精度，減少測(cè)量誤差。
（4）采用RS232 標(biāo)準(zhǔn)總線作為系統(tǒng)的通信接口，增強(qiáng)系統(tǒng)組網(wǎng)能力和通訊的可靠性。--擴(kuò)展閱讀：開封中儀流量?jī)x表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長(zhǎng)徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)的信息請(qǐng)?jiān)L問開封中儀網(wǎng)站：
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