電磁流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)
電磁流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
由于濕標(biāo)定的固有缺點(diǎn)難以避免，干標(biāo)定技術(shù)一直以來就被廣大科學(xué)家和流量計(jì)生產(chǎn)廠家所關(guān)注。我國(guó)流量專家北京化工大學(xué)孫延祚教授在((2020流量?jī)x表科技發(fā)展規(guī)劃的建議》中明確建議研究大口徑電磁流量計(jì)及其干標(biāo)定技術(shù)(可與俄羅斯專家合作研究)，以適應(yīng)水工業(yè)的需要I塒。超聲波流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)因其測(cè)量原理可追溯性好，被認(rèn)為是四種干標(biāo)定的流量計(jì)。但因干標(biāo)定技術(shù)對(duì)相應(yīng)流量計(jì)產(chǎn)品的一致性要求較高，只有少數(shù)發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家對(duì)此項(xiàng)技術(shù)開展了相應(yīng)研究。目前，日本已成功實(shí)現(xiàn)渦街流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，并建立了相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《渦流流量計(jì)——流量測(cè)定方法》。我國(guó)在渦街流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)上做過探索，重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所于1990年發(fā)布了《渦街流量計(jì)干標(biāo)定研究工作報(bào)告》，是我國(guó)在此領(lǐng)域取得的寶貴成果I圳l瑚。
一般來說，電磁流量計(jì)由于采用電磁感應(yīng)定律，從原理上講可追溯性好，適合于干標(biāo)定。但是，干標(biāo)定技術(shù)的應(yīng)用對(duì)電磁流量計(jì)產(chǎn)品的一致性要求較高，這成為限制其工業(yè)應(yīng)用的一個(gè)門檻。另外，電磁流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)的研究從技術(shù)本身來講也存在不少難點(diǎn)。因此，雖然許多國(guó)家對(duì)該項(xiàng)技術(shù)有過研究，但是取得有效成果的卻很少。日本在20世紀(jì)70年代為了解決大口徑電磁流量計(jì)無法實(shí)現(xiàn)濕標(biāo)定的問題，進(jìn)行過電磁流量計(jì)干標(biāo)定研究，并作為日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS Z 8764— 1975《應(yīng)用電磁流量計(jì)測(cè)量流量的方法》的內(nèi)容。但是由于精確度相對(duì)較低，現(xiàn)在已很少采用Ill。我國(guó)在電磁流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)上也曾做過一些探索。上海光華儀表廠和天津自動(dòng)化儀表三廠曾經(jīng)分別對(duì)自己生產(chǎn)的LD500和LD25規(guī)格的電磁流量計(jì)進(jìn)行過干標(biāo)定試驗(yàn)，但是計(jì)算與實(shí)際結(jié)果偏差為1．8％，誤差不能滿足儀表規(guī)定的要求。
雖然電磁流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)研究和應(yīng)用遇到了不少困難和挫折，但是在研究這項(xiàng)技術(shù)的過程中，也產(chǎn)生了一些寶貴的研究成果和技術(shù)難點(diǎn)共識(shí)。例如，盡管各個(gè)研究使用的研究方式彼此不同，但是大家都普遍認(rèn)同電磁流量計(jì)干標(biāo)定的關(guān)鍵技術(shù)是準(zhǔn)確地獲取電磁流量傳感器管道有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的磁場(chǎng)信息。要獲取電磁流量傳感器管道有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的磁場(chǎng)信息，使用磁場(chǎng)檢測(cè)儀器在電磁流量傳感器管道內(nèi)直接逐點(diǎn)測(cè)量已經(jīng)被證實(shí)行不通。目前，解決此難題的新思路為：利用電磁流量計(jì)磁場(chǎng)的交變特性，通過測(cè)量電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的其它物理量間接獲取電磁流量計(jì)有效區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)信息。這樣，無須直接測(cè)取電磁流量計(jì)內(nèi)部磁場(chǎng)便有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁流量計(jì)的干標(biāo)定。英國(guó)Cranfield大學(xué)J．Hemp 教授提出的渦電場(chǎng)測(cè)量法、我國(guó)上海大學(xué)李斌教授提出的HALL效應(yīng)法與俄羅斯熱工儀表所Velt．1．D教授提出的面權(quán)重函數(shù)法都類似于這種方法。以下對(duì)這三種方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
(1)渦電場(chǎng)測(cè)量法121II卅
渦電場(chǎng)測(cè)量法是由英國(guó)Cranfield大學(xué)的J．Hemp教授提出的，這種測(cè)量法主要思想如下：電磁流量計(jì)在應(yīng)用過程中有流體通過傳感器管道時(shí)，由于交變磁場(chǎng)的作用，管道中將伴隨產(chǎn)生渦電場(chǎng)，該電場(chǎng)不受流速分布的影響，通過測(cè)量電磁流量計(jì)電極所在位置渦電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)取電磁流量傳感器標(biāo)定系數(shù)?；谝陨纤枷耄瑢㈦姶帕髁總鞲衅髫Q直放置，管段內(nèi)充滿被測(cè)介質(zhì)(例如水)， 在磁場(chǎng)交變時(shí)，管段中將產(chǎn)生渦電場(chǎng)。如圖卜6所示，圖中Ezl，EZ2表示渦電場(chǎng)在管道軸向的分量。圖卜6渦電場(chǎng)測(cè)量法原理示意圖
當(dāng)電磁流量計(jì)采用矩形脈沖信號(hào)勵(lì)磁且電磁流量傳感器管道中流體速度分布平坦時(shí)，在流量計(jì)兩電極處各放入一個(gè)渦電場(chǎng)測(cè)量傳感器，每個(gè)渦電場(chǎng)測(cè)量傳感器由絕緣襯底及一對(duì)電極組成，每對(duì)電極間距離為6，則渦電場(chǎng)測(cè)量傳感器電極問將產(chǎn)生電勢(shì)差El、E2。圖卜7表示了磁感應(yīng)強(qiáng)度B、流量計(jì)電極問電勢(shì)差A(yù)U及渦電場(chǎng)傳感器電極間電壓E。、E2信號(hào)之間的關(guān)系。渦電場(chǎng)測(cè)量法在正確搞清楚三者關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過測(cè)量渦電場(chǎng)而問接測(cè)量電磁流量傳感器內(nèi)部磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁流量傳感器的標(biāo)定。磁感應(yīng)強(qiáng)度B 流量計(jì)電極間屯勢(shì)差A(yù)U 傳圖卜7渦電場(chǎng)測(cè)量法信號(hào)示意圖
渦電場(chǎng)測(cè)量法理論模型基于電磁流量傳感器管段內(nèi)速度分布平坦的假設(shè)，因此無法對(duì)非理想流場(chǎng)情況下的電磁流量傳感器精度進(jìn)行檢測(cè)。在電磁流量計(jì)實(shí)際應(yīng)用中，只要有上、下游直管段的保證，電磁流量傳感器管段內(nèi)的流場(chǎng)為*發(fā)展，速度分布趨于平坦，大口徑電磁流量計(jì)在理想狀態(tài)下的速度分布便是如此。因此，此方法可適用于較大口徑電磁流量計(jì)。對(duì)于小口徑的電磁流量計(jì)，由于電磁流量傳感器及其電極尺寸的限制，測(cè)量精度將難以保證。另外，使用渦電場(chǎng)測(cè)量法標(biāo)定電磁流量計(jì)的過程中，無法模擬多相流和介質(zhì)的速度分布。這也是它的又一不足之處。
(2)HALL效應(yīng)法127I
HALL效應(yīng)法是由我國(guó)上海大學(xué)的李斌教授提出的，這種方法基于的思想是：利用電解質(zhì)溶液的HALL效應(yīng)，在電磁流量傳感器管道中建立HALL系統(tǒng)， 將對(duì)電磁流量傳感器磁場(chǎng)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)HALL電壓的測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁流量傳感器的干標(biāo)定。
基于以上思想，在電磁流量傳感器管道中建立如圖卜8的電磁流量計(jì)HALL 系統(tǒng)。圖中，1，2是兩個(gè)電極；3，4是兩個(gè)平板導(dǎo)體；5是電解液。該系統(tǒng)工作時(shí)，首先在3，4和電解液之間建立電流回路，在電磁流量傳感器管道中磁場(chǎng)的作用下，傳感器管道中將發(fā)生HALL效應(yīng)，電極l處將聚集正電荷，在電極2 處將聚集負(fù)電荷，于是1，2電極之間將形成電壓信號(hào)U輸出。正是在建立電壓信號(hào)u和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系下，實(shí)現(xiàn)了通過直接測(cè)量u而間接測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B的效果，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電磁流量傳感器的標(biāo)定。U 圖卜8 HALL效應(yīng)法原理示意圖在使用HALL效應(yīng)法時(shí)，由于溶液對(duì)溫度的敏感性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固體，一般測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求在1％以內(nèi)時(shí)必須考慮測(cè)量體系的溫度。同時(shí)，各種電解質(zhì)溶液的離子動(dòng)力學(xué)參數(shù)隨溫度變化的關(guān)系研究本身就是一個(gè)比較困難的問題， 因此溶液HALL效應(yīng)的較高精度測(cè)量要采用對(duì)溶液的恒溫控制。從這方面來講， 該方法很難達(dá)到很高的標(biāo)定精度。
(3)面權(quán)重函數(shù)法I勰1129]1301
面權(quán)重函數(shù)法是由俄羅斯熱工儀表所的Velt．I．D教授提出的，這種方法基于的基本思想是：通過MFC傳感器中繞制的線圈和電磁流量傳感器線圈之間的互感作用，在電磁流量傳感器管道中的磁場(chǎng)交變時(shí)，測(cè)量MFC傳感器輸出的感應(yīng)電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁流量傳感器的干標(biāo)定。圖卜9 MFC傳感器法原理示意圖由于面權(quán)重函數(shù)法的MFC傳感器根據(jù)面權(quán)重函數(shù)W。的等值線制得，如圖卜9所示。w。包含了流速分布等流場(chǎng)信息，因此可根據(jù)實(shí)際流場(chǎng)制作不同MFC 傳感器，從而完成不同流場(chǎng)情況下的電磁流量傳感器干標(biāo)定。裝置亦可用于漿液、粘性介質(zhì)及流體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，甚至多相流對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量精度影響的研究，具有較大的學(xué)術(shù)意義與實(shí)用價(jià)值。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、插入渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)，更多信息請(qǐng)?jiān)L問開封中儀網(wǎng)站：
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