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电磁感应法的流量测量 电磁流量计的发展

电磁感应法的流量测量  电磁流量计
    1.电磁流量计的发展
    利用电磁感应原理测量流量是众多流量测量方法中普遍的方法之一。它能够测量多种形状流道内导电液体的流速和流量,是法拉电磁感应定律的应用。
   电磁感应定律是1831年英国物理学家法拉发现的。法拉电磁感应定律讲:当导体在磁场中作切割磁力线运动时,在导体两端就会感应一个与磁场方向和导体运动方向相互垂直的感应电动势。感应电动势的大小与磁感应强度和运动速度成正比。   
   1832年法拉在泰晤士河滑铁卢桥的两岸,选择与水流方向垂直的地磁场方向的地方,放下两个金属棒当作电极来侧量河水的流速。这是世界上一次电磁流量计的试验。但是.由于电化学反应、热电效应等原因,测出的信号是虚假的,并且流速信号被河床短路。加上当时的测量条件限制,所以他失败了。有幸的是,他在1851年见到了Wollsaton等人利用电磁感应法测量英吉利海峡潮汐试验的成功。
    到了1917年,史密斯和斯皮雷安获得了应用电磁感应的原理制造船舶测速仪的专利,并推荐使用交流励磁来克服水的极化影响,从而开辟了电磁流速计在海洋学上的应用。
    1930年,威廉斯将硫酸铜溶液在置于直流磁场中的一个不导电圆管内流动,检测圆管两电极间的直流电压与流速成正比,这种装置成为一种简单的电磁流量计。威廉斯一次用数学上的方法分析圆管内流速分布对测量的影响,提出了以管中心轴为对称的流速分布不影响电磁流量计测量精度的理论。尽管他的分析在数学上有错误,但自此有了电磁流量计的基础理论。
    1932年前后,根据Fabre的建议,生物学家Willams, A.柯林利用电磁流量计测量和记录瞬时的动脉血液流量获得了成功。
    二次世界大战以后,原子能工业有了迅猛的发展,因而能够测量液态金属的永磁,使电磁流量计得以发展和应用。但是,由于当时电子技术尚还落后,它的使用领域还不能扩大到一般工业中去。
    1950年,荷兰人首先在挖泥船上使用电磁流量计测量泥浆流量。后来电磁流量计在美国的一般工业生产中得到了应用。1955年日本的北辰电机和横河电机分别引进美国Fischer & Porter公司和Foxboro公司的电磁流量计产品,经过不断地消化、吸收和改进,其电磁流量计很快进人世界行列。1955年前后,前苏联、英国、德国也成功地生产出电磁流量计。
    20世纪印年代初,希克里夫(J. A Shercliff)在柯林(A. Kolin)等前人无限长均匀磁场的电磁流量计的数学解析基础上,完成了有限长均匀磁场下等流速情况的数学解析,并用权重函数的理论揭示了产生感应电动势的微观特性,使得电磁流量计有了系统的基础理论。同时,在电子工业飞速发展和工业自动化程度不断提高的条件下,电磁流量计逐渐完善、成熟起来,发展成为一种性能优良的流量仪表,在工业中得到了广泛的应用。
    20世纪60年代后期到70年代中期,随着对三维权重函数的深人研究,出现了权重分布磁场的电磁流量计,使得有限的磁场长度大大缩短,并在程度_L改善了测量对流速的不敏感性。同时,也有利于流量计制造简化与降低成本。三维权重函数的研究成果,对这时期电磁流量计的发展有重大的指导意义。由于这一时期集成电路的迅速发展和世界能源危机对流量测量仪表提出的更高性能要求,出现了低频矩形波励磁的新技术。低频矩形波励磁电磁流量计,集中了交流励磁流量计能抑制直流磁场信号中的极化干扰和降低交流磁场流量计中信号所含电磁感应干扰信号成分两方面的优点,提高了流量计的零点稳定性、灵敏度和测量精度,降低了功率消耗,解决了互换性等问题,形成了电磁流量计发展的一次高潮。
    20世纪so年代以来,微电子技术和计算机技术的迅猛发展,使电磁流量计制造技术更加成熟和完善,其应用领域更加扩大。当代的电磁流量计采用单片机技术,用数字的处理方法等措施使电磁流量计的测量精度和性能不断提高,并可充分利用计算机具有信息贮存、分时处理、运算和控制能力的优势。因此,比较容易实现了双向测量、空管检测、多量程自动切换、人机对话、与上位机通讯、自诊断等附加功能。新一代具有HART协议及其他现场总线的电磁流量计更为用户实现全新的现场总线生产控制与管理提供了条件。所以,一体型、两线制、防爆型、高压型、具有通讯功能的电磁流量计在化工、石油、钢铁、冶金等工业生产过程自动控制中越来越受欢迎。
    使用领域的扩大,出现了应用电磁感应法的各种新型导电液体流量测量仪表和系统,譬如能测量低电导率的电容式电磁流量计、用于测量自流排水的非满管电磁流量计、用于明渠测量的潜水电磁流量计、使用能测量明渠和大口径管道点流速的电磁流速计与插人电磁流量计以及组成电磁流速一水位法的明渠测量系统等。
    我国早在20世纪50年代末就开始研制电磁流量计,60年代初上海光华仪表厂开始向社会提供产品。1967年由上海工业自动化仪表研究所、上海光华仪表厂、开封仪表厂、天津市自动化仪表三厂等参加,在上海工业自动化仪表研究所组织了全国电磁流量计统一设计。尽管时间不长,大家集思广益,提高了对电磁流量计的认识,在不到一年的时间设计开发出系列的国产产品。更重要的是这次全国电磁流量计统一设计为我国电磁流量计后来
的发展打下基础,培养了人才,
    20世纪70年代中期,受工业国对电磁流量计的影响,我国电磁流量计理论的研究也进人了高潮。1975年6月,著名物理学家、北京大学王竹溪教授和赵凯华教授受开封仪表厂之邀,对电磁流量计权重函数理论进行了严谨的数学解析,并授业讲演,带动了华中工学院、东北工学院、上海交通大学等众多高校积极参与电磁流量计理论的研究,并开发出我国的权重分布磁场电磁流量计产品。
    我国的电磁流量计是较早、较成功地走引进国外技术以及和国外企业合资的改革之路的高科技产品之一。这不仅使电磁流量计骨干生产企业得以迅速发展,而且带动了其他生产电磁流量计的中小型企业的技术进步。目前,我国生产电磁流量计基本是以低频矩形波励磁为主,逐步进人权重磁场和智能化流量计时代。产品口径系列由3mm到3000mm,测量精度在10.3%R或1 1%FS范围。生产厂家由20世纪80年代初期的4家发展到目前大约30多家;产量由年产不足干套到今天已年产近三万套。无论制造技术水平、开发能力还是市场发展,我国的电磁流量计与世界水平的距离在迅速地缩小。
    我国1980年制定了电磁流量计行业标准。随着技术发展和进步,1990年又进行了修订,等同采用LSO国际标准( ISO 9104:1991和ISO 6817: 1992)的国家标准:GB/T 18659-2002〔封闭管道中导电液体流量的测量电磁流量计的性能评定方法]和GB/T18660-2002〔封闭管道中导电液体流量的测量电磁流量计的使用方法〕已经颁布。使得今后我国的电磁流量计能够与国际接轨,为发展我国的电磁流量计创造了条件。


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