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

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