目前,國內外的學者和生產廠家關於電磁流量計的研究方向主要集中在勵磁線圈及傳感器內部磁場的優化設計以,絕緣介質流量測量,應用多電極解決非對稱流速測量和流速場重建,零點穩定性及測量下限拓展和電磁流量計勵磁技術的研究.
(1)勵磁線圈及傳感器內部磁場的優化設計勵磁線圈的大小,形狀及放置位置直接影響傳感器內部磁場分布.目前,國內外廠家生產的電磁流量計傳感器產生的磁場基本是非均勻磁場,其中磁場的邊緣效應對電磁流量計的測量準確度影響很大.因此,勵磁線圈的優化設計成為了電磁流量計的重要研究方向.波蘭學者A.Michalski,S.Wincenciak和J.Staezynski等人,采用有限元分析方法,對明渠電磁流量計傳感器及勵磁線圈進行2D和3D建模,在磁場快速減小的區域較好的消除了磁場邊緣效應產生的誤差影響,並做出了電磁流量計傳感器設計的GUI軟件.
(2)絕緣介質流量測量傳統的電磁流量計使用低頻矩形波勵磁,無靜電噪聲,可測量導電性流體.湍流不導電性流體帶有靜電噪聲,且通過光譜密度實驗測得噪聲頻率約為f-2.6(f為勵磁頻率).在上個60世紀年代,電磁流量計首次應用於測量絕緣液體流量.采用了理論上類似於迪拉克脈衝的頻率為的矩形波勵磁方式修正靜電噪聲.但是,磁芯和旁邊的導電材料中的渦電流產生了衰退脈衝餘波,造成為了等待衰退脈衝餘波消退而信號采樣每半周期均產生滯後.問題是使用高頻勵磁,沒有足夠的時間等待餘波完全消退,因而產生了零點遷移.對此,V.Cushing提出了一種根據零點遷移電壓方程的時間獨立性來剔除零點遷移的電磁信號處理方法,在高頻勵磁下,可以校正零點遷移,使得電磁流量計可以測量包括絕緣流體在內的各種流體.
(3)應用多電極解決非對稱流速測量和流場重建電磁流量計的測量準確度受流速分布非對稱影響的問題始終未能很好解決,通過對多電極電磁流量計測量平均流速的理論推導,研究人員得出了求解平均流速的積分求和式,最後用對比實驗得到結果表明兩電極電磁流量計對於軸對稱流型及稍微偏離軸對稱流體流量的測量效果還尚可接受,但在軸對稱偏離程度較大時,測量誤差太大,無法接受.而多對電極,兩對線圈的多電極電磁流量計能明顯改善這一狀況,即使流型嚴重偏離軸對稱,誤差也不大,測量精度仍能滿足一般的工程需要.多電極電磁流量計不但能解決非軸對稱流型的流量測量,還可用於流場速度分布的求解.國內外有許多研究者正在進行此項課題的研究.1996年清華大學的張小章提出了基於流動電磁測量理論的流場重建,即用多電極電磁流量計測量管道截麵流速分布,並對多電極電磁流量計用於流速分布的測量進行了數值模擬,證實了采用流動的電磁測量方法求解流場速度分布的可行性.自1999年開始,浙江大學在基於電磁感應原理的多電極流量測量方法方麵做了深入的研究,取得了一係列的研究成果,並於年開發成功多電極成像式電磁流量計一.
(4)零點穩定性及測量下限拓展電磁流量計的零點穩定性決定了儀表的測量準確度和測量下限.提高零點穩定性是進一步拓展測量下限必要條件.為此,許多學者做了大量工作,例如從電路抗幹擾角度入手,設計出高信噪比的電路根據零點的變化方式提出了插入法等預測零點電平變化的軟件處理方法通過電路反饋法來消除零點漂移等,以上方法均是針對某種噪聲信號直接通過硬件電路消除或在采樣後通過軟件消除.2003年,浙江大學提出了基於相關檢測原理的電磁流量計,通過硬件電路將信號中的所有幹擾噪聲提取出來,對感應電動勢信號進行相位相關處理,將實時變化的零點噪聲抵消,從而提高了零點穩定性和低流速下測量準確度,拓展了電磁流量計的測量下,2004年,天津工業大學李小京也使用相關算法改進電磁流量計低流速性能.
(5)電磁流量計勵磁技術的研究勵磁方式決定了傳感器工作磁場特征,電磁流量計的抗千擾能力大小和零點穩定性能的好壞,因此勵磁技術始終是電磁流量計的一個重要的研究方向.從法拉第的時代開始利用地磁場測量泰晤士河水流速,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製勵磁方式的實現,使電磁流量計不斷成熟,不斷完善,成為流量測量儀表中最重要的品種之一. |
