Історія електромагнітного витратоміра

Введення в електромагнітні витратоміри

Вимірювання потоку за принципом електромагнітної індукції є одним із найпоширеніших методів серед багатьох методів вимірювання потоку. Він може вимірювати швидкість потоку та швидкість потоку провідних рідин у різних формах каналів потоку та є застосуванням закону електромагнітної індукції Фарадея. Електромагнітний витратомір є широко використовуваним і доступним приладом.

Відкриття електромагнітної індукції

Закон електромагнітної індукції був відкритий британським фізиком Фарадеєм у 1831 році. Закон електромагнітної індукції Фарадея стверджує, що коли провідник перетинає магнітні силові лінії в магнітному полі, індукована електрорушійна сила, перпендикулярна до напрямку магнітного поля та напрямку рух провідника буде викликаний на обох кінцях провідника. Величина індукованої електрорушійної сили пропорційна інтенсивності магнітної індукції та швидкості руху.

Перший експеримент з електромагнітним витратоміром

У 1832 році Фарадей розмістив два металеві стрижні як електроди по обидва боки мосту Ватерлоо через Темзу в місці, перпендикулярному до напрямку течії води та до напрямку геомагнітного поля. Це був перший у світі експеримент з електромагнітним витратоміром. Однак через електрохімічні реакції, термоелектричні ефекти тощо виміряний сигнал був хибним, а сигнал швидкості потоку був короткозамкнений руслом річки. Крім того, через обмеження умов вимірювання на той час він вийшов з ладу. На щастя, у 1851 році він побачив успіх Воллсатона та інших у вимірюванні припливів і відливів Ла-Маншу за допомогою методу електромагнітної індукції.

Фарадей відкрив закон електромагнітної індукції

Ранні розробки електромагнітних витратомірів

У 1917 році Сміт і Спіріан отримали патент на застосування принципу електромагнітної індукції для виготовлення суднового спідометра та рекомендували використовувати збудження змінним струмом для подолання ефекту поляризації води, відкривши таким чином застосування вимірювачів електромагнітного струму в океанографії. .

Досягнення та теоретичні внески

У 1930 році Вільямс змусив розчин мідного купоросу потік у непровідну круглу трубку, поміщену в магнітне поле постійного струму. Постійна напруга між двома електродами круглої труби була пропорційна швидкості потоку. Цей прилад став простим електромагнітним витратоміром. Вільямс вперше застосував математичні методи для аналізу впливу розподілу швидкості потоку в круглій трубі на вимірювання та запропонував теорію, згідно з якою розподіл швидкості потоку, симетричний центральній осі труби, не впливає на точність вимірювання. електромагнітний витратомір. Хоча його аналіз був математично неправильним, основна теорія електромагнітного витратоміра була створена з того часу.

Біологічні застосування та післявоєнні досягнення

Приблизно в 1932 році, на основі пропозиції Фабра, біологи Вілламс і А. Колін успішно використовували електромагнітні витратоміри для вимірювання та реєстрації миттєвого артеріального кровотоку.

Після Другої світової війни атомна енергетика швидко розвивалася, що дало можливість вимірювати постійний магніт рідкого металу, був розроблений і застосований електромагнітний витратомір. Однак через відсталу на той час електронну технологію його застосування не можна було розширити до загальної промисловості.

Промислове впровадження та глобальна експансія

У 1950 році голландці вперше застосували електромагнітні витратоміри шламу для вимірювання потоку грязі на земснарядах. Пізніше електромагнітні витратоміри використовувалися в загальному промисловому виробництві США.

У 1955 році Hokushin Electric і Yokogawa Electric з Японії представили електромагнітні витратоміри від Fischer & Porter і Foxboro зі Сполучених Штатів відповідно. Після постійного перетравлення, поглинання та вдосконалення їхні електромагнітні витратоміри незабаром стали передовими у світі. Близько 1955 року колишній Радянський Союз, Великобританія та Німеччина також успішно виробляли електромагнітні витратоміри.

Математичний аналіз і технологічне дозрівання

На початку 1960-х років Дж. А. Шеркліфф завершив математичний аналіз електромагнітного витратоміра з нескінченним однорідним магнітним полем А. Коліна та інших його попередників.

Математичний аналіз швидкості потоку під однорідним магнітним полем кінцевої довжини та теорія вагової функції виявили мікроскопічні характеристики індукованої електрорушійної сили, завдяки чому електромагнітний витратомір мав систематичну базову теорію. У той же час, в умовах швидкого розвитку електронної промисловості та постійного вдосконалення ступеня промислової автоматизації, електромагнітний витратомір поступово вдосконалювався та дозрівав, і перетворився на витратомір із чудовими характеристиками, який був широко поширений використовується в промисловості.

З кінця 1960-х до середини 1970-х років, з поглибленим дослідженням тривимірних вагових функцій, з'явилися електромагнітні витратоміри зі зваженим розподілом магнітних полів, які значно скоротили обмежену довжину магнітного поля та покращили нечутливість вимірювання до швидкості потоку. до певної міри. У той же час це також сприяє спрощенню виробництва витратомірів і зниженню витрат. Результати досліджень тривимірних вагових функцій мають важливе керівне значення для розвитку електромагнітних витратомірів у цей період. У зв’язку зі швидким розвитком інтегральних схем у цей період і більш високими вимогами до продуктивності приладів вимірювання потоку, висунутими світовою енергетичною кризою, з’явилася нова технологія збудження низькочастотної прямокутної хвилі. Низькочастотні електромагнітні витратоміри зі збудженням прямокутної хвилі зосереджують переваги витратомірів зі збудженням змінного струму у придушенні поляризаційних перешкод у сигналах магнітного поля постійного струму та зменшенні компонентів сигналу перешкод електромагнітної індукції, що містяться в сигналах витратомірів магнітного поля змінного струму. Це покращує нульову стабільність, чутливість і точність вимірювання витратоміра, знижує споживання електроенергії, вирішує проблеми взаємозамінності та формує кульмінацію в розвитку електромагнітних витратомірів.

Сучасні досягнення та застосування

Починаючи з 1980-х років швидкий розвиток мікроелектроніки та комп’ютерних технологій зробив технологію виробництва електромагнітних витратомірів більш зрілою та досконалою, а область її застосування ще більше розширилася. Сучасні електромагнітні витратоміри використовують однокристальні мікрокомп’ютерні технології та методи цифрової обробки для постійного підвищення точності вимірювання та продуктивності електромагнітних витратомірів, а також можуть повністю використовувати переваги комп’ютерів у зберіганні інформації, обробці з розподілом часу, обчисленнях і можливостях керування. Таким чином, відносно легко реалізувати додаткові функції, такі як двостороннє вимірювання, виявлення порожніх труб, автоматичне перемикання на багато діапазонів, діалог між людиною та комп’ютером, зв’язок із головним комп’ютером і самодіагностика. Нове покоління електромагнітних витратомірів з протоколом HART та іншими польовими шинами надає користувачам умови для реалізації абсолютно нового контролю та управління виробництвом польової шини. Тому інтегровані, двопровідні, вибухозахищені електромагнітні витратоміри високого тиску та комунікації стають все більш популярними в автоматичному контролі промислових виробничих процесів, таких як хімічна, нафтова, сталеливарна та металургійна промисловість.

Новітні технології та майбутні напрямки

З розширенням сфери застосування з’явилися різноманітні нові прилади для вимірювання об’єму провідної рідини та системи, які використовують методи електромагнітної індукції, такі як ємнісні електромагнітні витратоміри, які можуть вимірювати низьку провідність,
Електромагнітні витратоміри з частково повною трубою для вимірювання гравітаційного дренажу, занурювальні електромагнітні витратоміри для вимірювання відкритого каналу, електромагнітні витратоміри та вставні електромагнітні витратоміри , які можуть вимірювати точкову швидкість потоку у відкритих каналах і трубах великого діаметру, а також системи вимірювання відкритого каналу, які складаються з електромагнітного потоку. швидкісно-рівневий метод тощо.

Розробка електромагнітних витратомірів у Китаї

Китай почав розробляти електромагнітні витратоміри ще наприкінці 1950-х років, а Шанхайський інструментальний завод Гуанхуа почав надавати продукцію суспільству на початку 1960-х років. У 1967 році Шанхайський науково-дослідний інститут промислової автоматизації, Шанхайський інструментальний завод Гуанхуа, Кайфенський приладобудівний завод, Тяньцзінський приладобудівний завод № 3 тощо брали участь у національному уніфікованому проектуванні електромагнітних витратомірів, організованому в Шанхайському науково-дослідному інституті промислової автоматизації. Незважаючи на те, що часу було мало, всі провели мозковий штурм і покращили розуміння електромагнітних витратомірів. Менш ніж за рік була розроблена серія китайських магнітних витратомірів. Що ще важливіше, цей національний уніфікований дизайн електромагнітних витратомірів заклав основу для подальшого розвитку електромагнітних витратомірів у Китаї та культивував таланти.

Прогрес Китаю та технічний прогрес

У середині 1970-х років під впливом передових індустріальних країн дослідження теорії електромагнітних витратомірів у Китаї також досягли апогею. У червні 1975 року відомі фізики, професор Ван Чжусі та професор Чжао Кайхуа з Пекінського університету були запрошені багатьма відомими китайськими виробниками магнітних витратомірів для проведення ретельного математичного аналізу теорії вагової функції електромагнітного витратоміра та читання лекцій, що призвело до активного участь багатьох університетів, таких як Huazhong University of Science and Technology, Northeastern University of Science and Technology і Shanghai Jiaotong University, у дослідженні теорії електромагнітного витратоміра та розробці електромагнітних витратомірів із зваженим розподіленим магнітним полем у моїй країні.

Поточний стан і перспективи на майбутнє

Електромагнітний витратомір Китаю є одним із високотехнологічних продуктів, які пішли шляхом реформування раніше та більш успішно, впроваджуючи іноземні передові технології та створюючи спільні підприємства з іноземними передовими підприємствами. Це не тільки дозволило основним підприємствам з виробництва електромагнітних витратомірів швидко розвиватися, але й сприяло технологічному прогресу інших малих і середніх підприємств, що виробляють електромагнітні витратоміри. В даний час виробництво електромагнітних витратомірів у моїй країні в основному базується на збудженні низькочастотних прямокутних хвиль і поступово увійшло в еру зваженого магнітного поля та інтелектуальних витратомірів. Розмір датчика магнітного витратоміра коливається від 3 мм до 3000 мм, а точність вимірювання знаходиться в діапазоні ±0,3%R або ±1%FS. Кількість китайських виробників електромагнітних витратомірів зросла з 4 на початку 1980-х років до приблизно 30 зараз; продуктивність зросла з менш ніж 1000 комплектів на рік до майже 30 000 комплектів на рік сьогодні. Незалежно від рівня технології виробництва, можливостей розвитку чи розвитку ринку, розрив між електромагнітними витратомірами Китаю та передовим рівнем у світі швидко скорочується.

Китай сформулював галузевий стандарт електромагнітного витратоміра в 1980 році. З розвитком і прогресом технології він був переглянутий в 1999 році та прийнятий міжнародний стандарт ISO (ISO 9104:

Національні стандарти GB/T 18659-2002 [Методи оцінки характеристик електромагнітних витратомірів для вимірювання потоку провідних рідин у закритих трубах] і GB/T 18660-2002 [Методи використання електромагнітних витратомірів для вимірювання потоку провідних рідин у закриті труби] були оприлюднені. Це дозволить китайським електромагнітним витратомірам у майбутньому йти в ногу з міжнародними стандартами та створить умови для розвитку китайських електромагнітних витратомірів.