摘(zhāi)要:電磁(cí)流量計(ji) 量程寬(kuān)、結構簡(jiǎn)單應用(yong)廣泛。以(yǐ)電磁流(liu)量計的(de)結構演(yǎn)變與幹(gàn)😍擾抑制(zhi)爲線索(suǒ),兩個大(dà)方向下(xià)的各個(ge)方向的(de)電磁流(liú)量計,并(bing)分析💃🏻了(le)其未來(lái)發介紹(shào)了展方(fang)向和趨(qu)勢,在電(diàn)子不斷(duàn)發展與(yǔ)☀️流量計(jì)量方法(fǎ)呈現多(duo)樣化基(jī)♋礎上,未(wei)來電磁(ci)流量計(jì)仍以提(tí)高線圈(quān)勵磁精(jing)度來抑(yì)🤞制噪聲(shēng)幹擾爲(wèi)主,同時(shi)又不斷(duan)改變自(zi)身結構(gòu)和組合(he)🏃‍♂️方法測(cè)量,以适(shi)應越來(lái)越複雜(za)的流體(tǐ)測量環(huán)境。
0引言(yán)
　　從20世紀(jì)50年代以(yi)來,電磁(ci)流量計(ji)憑借其(qi)精度高(gao)量程寬(kuān)😍、反應靈(ling)敏、耐腐(fǔ)蝕等優(you)點廣泛(fan)應用于(yu)石油、化(huà)工、水計(ji)量、制藥(yào)等行業(yè),迅速成(chéng)爲實用(yòng)性最爲(wei)廣泛的(de)工業測(ce)量儀表(biao)之一。經(jing)🈚過幾十(shí)年的發(fa)展,電磁(ci)流量計(ji)的結構(gou)、信号幹(gan)擾抑制(zhì)技術革(gé)新成爲(wei)電磁流(liu)量🔆計測(cè)量性能(neng)提高的(de)重要方(fang)向。電磁(cí)流量計(jì)的結構(gou)💔、電磁流(liu)量計幹(gàn)擾抑制(zhi)方法爲(wei)線索,總(zong)結近年(nián)來電磁(ci)流量計(ji)現狀及(jí)成果.并(bing)⭐分析其(qí)發展趨(qu)勢,爲以(yi)後流量(liàng)計的優(yōu)化、設計(ji)、智能化(hua)等工作(zuo)提供一(yī)定的參(can)考與基(jī)礎💔。
1電磁(ci)流量計(jì)基本原(yuan)理
　　電磁(cí)流量計(ji)的基本(ben)工作原(yuán)理是法(fa)拉第電(dian)磁感應(ying)定律，當(dang)被測液(ye)體經過(guo)測量管(guan)内部時(shi)會在磁(ci)場中切(qie)割磁感(gan)線産生(sheng)感應電(diàn)🌈動勢,在(zài)2個測量(liàng)電極之(zhī)間産生(sheng)的感應(yīng)電動勢(shì)爲E=kBDv,由流(liu)量Q=πD2v/4可得(dé)流🌍量Q與(yu)感應電(diàn)動勢E的(de)關系爲(wei)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(dao)内徑的(de)寬度,v爲(wèi)流體流(liú)速。
　　由于(yu)傳統電(diàn)磁流量(liàng)計對被(bei)測液體(tǐ)有最低(dī)導電率(lǜ)的要求(qiu)，電磁流(liu)量計的(de)測量管(guan)爲絕緣(yuán)測量管(guan)或内部(bù)襯裏有(yǒu)絕緣材(cái)料,絕緣(yuán)襯裏限(xiàn)制了被(bei)測流體(ti)的溫度(du)範圍及(jí)流量計(ji)的可靠(kào)性與适(shi)用🔞性。傳(chuan)統電磁(ci)流量計(ji)的單電(dian)極對是(shì)根據感(gan)應電壓(yā)信号計(ji)算整個(ge)流動截(jie)面🈲處的(de)平均速(su)度,因而(er)，對被✨測(ce)流體流(liu)速分布(bù)敏感,隻(zhī)能測量(liang)滿管流(liu)體,測量(liàng)精度受(shou)被測流(liu)☂️體的非(fei)軸對稱(cheng)速度分(fèn)布㊙️影響(xiǎng)大,因此(cǐ)對直管(guǎn)段要求(qiú)高;此外(wai),單一電(diàn)磁🔆流量(liàng)計無法(fa)正确測(cè)量多相(xiang)流🌐中的(de)導電相(xiàng)速度,尤(you)其是在(zài)工業現(xian)場中存(cun)在的油(you)☂️水兩相(xiàng)流、油氣(qi)兩相流(liu)等測量(liàng)工況下(xià)測量結(jie)果會‼️有(you)很大的(de)誤差。因(yīn)此,需要(yao)改變電(dian)磁流量(liang)計結構(gou)、對勵磁(cí)方式和(he)信号調(diao)理技術(shù)進行優(you)化，使其(qi)适應更(geng)複雜的(de)測量環(huan)境。
2電磁(cí)流量計(jì)結構演(yan)化分析(xī)
　　電磁流(liú)量計結(jie)構優化(hua)的主要(yào)方式包(bāo)括從測(cè)量管、勵(li)磁線‼️圈(quan)結構、測(ce)量電極(jí)的位置(zhì)和數量(liàng)等方面(miàn)進行改(gǎi)變,從而(ér)得到适(shì)用複雜(zá)工況的(de)電磁流(liu)量計。
2.1非(fēi)絕緣測(ce)量管電(dian)磁流量(liang)計
　　電磁(ci)流量計(jì)絕緣襯(chèn)裏的作(zuò)用是防(fáng)止感應(ying)信号被(bèi)金屬♈測(ce)量管短(duan)路,提高(gao)了流量(liàng)計的測(cè)量精度(du)。國内💜的(de)電磁流(liu)量計的(de)常見襯(chèn)🏃‍♂️裏材料(liao)有聚四(sì)氟乙烯(xī)、聚🧑🏽‍🤝‍🧑🏻三氟(fu)氣乙烯(xī)、硬橡膠(jiao)、聚氨酯(zhǐ)橡膠、乙(yi)烯㊙️與四(si)氟氯乙(yi)烯共聚(jù)物等。但(dan)這些絕(jue)緣材料(liao)在耐磨(mó)性、耐高(gāo)溫、耐🧑🏾‍🤝‍🧑🏼氧(yang)化性、耐(nai)酸堿性(xìng)等方面(mian)不能兼(jian)得,電磁(ci)流量計(jì)的絕緣(yuan)襯裏限(xian)制了其(qi)測量流(liu)體🤟的适(shì)用範圍(wei)及适用(yòng)工況,因(yin)此希望(wang)電磁流(liú)量計能(neng)突破絕(jué)緣襯裏(lǐ)和絕㊙️緣(yuan)測量管(guǎn)的限制(zhì)，采用非(fēi)絕緣測(ce)量管進(jin)行流量(liàng)的測量(liang)。
　　非絕緣(yuan)測量管(guan)電磁流(liú)量計的(de)原理是(shì)建立流(liú)體與非(fei)絕緣金(jin)屬管壁(bì)之間不(bu)同的邊(bian)界條件(jiàn)。通過施(shī)加與流(liú)體流量(liang)成‼️正比(bi)的電🔞壓(yā),在管壁(bi)上形成(cheng)電勢分(fen)🈲布,由于(yu)電流流(liu)過金屬(shǔ)管壁,使(shǐ)得管壁(bì)上的電(diàn)勢分布(bù)與流體(ti)中的流(liu)動⁉️信号(hào)電勢㊙️不(bú)同,這就(jiu)建立了(le)管♊道與(yu)非絕緣(yuan)金屬管(guan)壁之間(jian)的邊界(jie)條件,這(zhe)個邊界(jie)🌈條件與(yu)絕緣襯(chèn)裏同樣(yàng)起到了(le)㊙️防止電(diàn)流經過(guò)🌈引起短(duǎn)路的作(zuo)😍用。也稱(cheng)這種新(xin)💔的控制(zhi)方🈚法爲(wei)“電勢補(bǔ)償法”。非(fei)絕緣測(ce)量管電(diàn)👉磁流量(liang)計的結(jié)構如🛀🏻圖(tu)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(ci)流量計(jì)的勵磁(ci)系統是(shì)由勵磁(cí)線圈、導(dao)磁鐵芯(xin)✊和磁轭(e)等部分(fèn)組成。電(diàn)磁流量(liàng)計的磁(cí)場特性(xìng)不僅和(hé)勵磁電(dian)流大小(xiǎo)變化有(yǒu)關,還深(shen)受勵磁(cí)線圈的(de)形狀、尺(chi)寸大小(xiǎo)、匝數等(deng)因💃🏻素影(ying)響🏃。電磁(ci)流量計(jì)工作磁(ci)場的穩(wen)定性和(hé)均勻性(xing)是設計(jì)🥰分析勵(lì)磁🤩系統(tǒng)最關鍵(jian)的因素(sù)。不同的(de)勵磁線(xiàn)❗圈形狀(zhuang)對電磁(ci)流量計(ji)工❗作磁(ci)場的影(yǐng)響也各(ge)具特點(dian)。
2.2.1典型勵(lì)磁線圈(quan)
　　工業生(shēng)産中廣(guang)泛應用(yong)的勵磁(cí)線圈的(de)形狀主(zhǔ)要有圓(yuán)☂️形線圈(quan)、菱形線(xian)圈矩形(xing)線圈、馬(ma)鞍形線(xian)圈等。4種(zhǒng)勵磁線(xiàn)圈的仿(pang)真幾何(hé)模型如(ru)圖2所示(shì)。典型的(de)線圈結(jie)構仍存(cun)在一些(xiē)㊙️不足,如(rú)👈亥姆霍(huo)茲線圈(quān)中部的(de)工作磁(ci)場均勻(yún)度較好(hao),而邊緣(yuán)處磁場(chǎng)卻減弱(ruò);菱形勵(lì)磁線圈(quān)和矩形(xing)勵磁線(xian)圈産生(shēng)的工作(zuo)磁❌場在(zài)電極附(fù)⁉️近的分(fèn)布均勻(yún)♍度較差(cha);馬鞍形(xing)勵磁線(xiàn)圈的磁(ci)場.均勻(yun)度最好(hǎo),但輸出(chū)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(jia)亥姆霍(huo)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(gǎn)應原理(li),線🔴圈産(chǎn)生的磁(cí)場是一(yī)系列圓(yuán)形的閉(bì)環。在線(xian)圈彎曲(qu)的磁🆚場(chǎng)的邊緣(yuan)處形成(cheng)非均勻(yun)分布的(de)磁場。即(ji)電磁場(chang)的分布(bu)🥵在測量(liang)管方向(xiang)具有邊(bian)👣緣效應(yīng)。ShereliffJA的數學(xue)模型中(zhōng)🔞提到當(dang)勵磁線(xian)圈的軸(zhóu)向長度(dù)✍️接近測(ce)量✏️管半(ban)徑的3倍(bei)時,有限(xian)磁場的(de)靈敏度(du)接近1。雖(suī)然分析(xī)💞了電磁(ci)流量計(ji)靈敏度(dù)與磁場(chang)軸向長(zhǎng)度之間(jian)的關❤️系(xi),但勵磁(ci)✌️線圈沿(yán)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(kuàng)架來模(mó)拟磁場(chang)的分布(bù)的改進(jin)勵磁結(jie)構。常用(yong)的勵磁(ci)裝置亥(hài)姆霍茲(zī)線圈具(jù)有2個平(ping)行排列(lie)的線圈(quan),并且測(cè)量管中(zhong)的磁流(liú)場是2個(gè)線圈産(chǎn)生的磁(cí)場的疊(die)加。爲了(le)減少在(zài)線圈邊(biān)緣漏磁(cí)通的影(yǐng)響,一種(zhong)由導磁(ci)材料構(gou)成的✔️E形(xíng)勵磁框(kuang)架💋,如圖(tu)3所示。線(xiàn)圈纏繞(rào)在E形框(kuang)架的中(zhong)心，整個(gè)勵磁裝(zhuang)置由🥵2個(ge)彼此相(xiang)對放置(zhi)的E形框(kuang)架組成(cheng)。線圈形(xing)狀是矩(ju)形的，由(yóu)于E形框(kuàng)架具有(you)高導磁(cí)率,磁🧑🏾‍🤝‍🧑🏼力(lì)線可以(yi)集中在(zai)E形框架(jià)的中心(xin)區域，以(yi)提高穿(chuan)過測量(liang)管的磁(cí)場的強(qiang)度和均(jun)勻性,并(bìng)且可以(yǐ)減小激(jī)勵裝置(zhì)的尺寸(cùn)。其中,E形(xíng)框架亥(hai)姆霍茲(zī)線圈沿(yán)着測🤟量(liàng)管的軸(zhóu)向長度(du)是48mm,即測(cè)㊙️量管半(ban)徑的3倍(bei)。此種結(jie)構🚶具有(you)漏磁小(xiao)、磁場分(fèn)布均勻(yun)等優點(dian)。可将磁(cí)通量集(ji)中在測(cè)量管周(zhou)圍的區(qū)域以确(què)保有足(zu)夠的磁(ci)場強度(dù)來檢測(cè)流量流(liu)速信号(hào)。.
 
2.2.3雙層勵(li)磁線圈(quan)
　　明渠是(shi)一種具(ju)有自由(you)表面液(ye)體流動(dong)的渠道(dao)。明渠水(shuǐ)🔞流也稱(chēng)爲重力(lì)流和無(wu)壓流,其(qí)靠重力(li)作用産(chǎn)生,表面(miàn)相對壓(ya)力㊙️爲零(ling)且具🐕有(yǒu)自由表(biǎo)面，因此(ci),明渠水(shui)流流經(jing)渠道的(de)截面是(shì)時刻變(bian)化的。明(ming)渠電磁(cí)流量計(ji)的主要(yao)設計問(wen)題是通(tong)過專門(men)設計的(de)☂️勵磁線(xian)圈來保(bǎo)證測量(liang)區内磁(cí)場的均(jun)勻分布(bù)。線圈的(de)設計還(hái)需應對(duì)幹擾電(diàn)場的邊(bian)界效應(yīng)✌️，達到此(cǐ)需求最(zui)👈簡單的(de)方法是(shi)在軸向(xiàng)上增加(jia)線圈的(de)長度,但(dàn)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(wei)解決明(ming)渠電磁(ci)流♈量計(ji)的磁場(chang)分布問(wen)題奠定(dìng)了基礎(chǔ)。
　　爲了使(shi)明渠流(liu)量計測(ce)量區磁(cí)場達到(dào)最佳均(jun1)勻性,将(jiāng)雙層線(xian)圈👌和亥(hai)姆霍茲(zī)線圈兩(liǎng)種勵磁(cí)線圈進(jin)行❤️仿真(zhen)比較,圖(tú)4爲雙層(ceng)勵磁線(xiàn)圈和亥(hai)姆霍茲(zi)線圈的(de)仿真模(mó)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(xian)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(chǎng)分布均(jun1)勻🎯性與(yǔ)在雙層(céng)線圈中(zhong)相同。因(yīn)此,雙層(céng)勵磁線(xian)圈結構(gou)相比亥(hai)姆霍茲(zī)勵磁線(xiàn)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(dian)磁流量(liang)計可分(fen)爲接觸(chu)式和非(fei)接觸式(shi)兩種。接(jie)觸型電(diàn)磁流量(liang)計使用(yong)金屬點(diǎn)電極穿(chuān)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(tong)過電容(róng)耦合的(de)方💞式獲(huo)得感應(ying)信号,因(yin)此,又稱(cheng)電容式(shi)電磁流(liú)量計。
2.3.1非(fēi)接觸式(shi)電磁流(liú)量計
　　非(fēi)接觸式(shi)電磁流(liú)量計具(ju)有一些(xiē)突出的(de)優點:一(yi)方面避(bi)免了被(bèi)測液體(ti)與檢測(cè)電極直(zhí)接接觸(chù),解決了(le)檢測電(diàn)極容易(yi)受到液(ye)體腐蝕(shi)、磨損等(děng)問題;選(xuan)擇合😍适(shi)的襯🐪裏(lǐ)材料,電(diàn)容式🆚電(diàn)磁流☎️量(liàng)計也可(kě)以實現(xian)對📧漿液(ye)型和較(jiào)高腐蝕(shí)性流體(tǐ)的檢測(ce),增大🌂了(le)流量儀(yí)💋表的使(shi)用範圍(wéi)。另一方(fang)面,電磁(ci)流量計(jì)🆚通過電(dian)容耦合(he)的方式(shi)獲取被(bèi)測液體(ti)流量信(xìn)号,被測(cè)流體與(yǔ)檢測電(diàn)極之間(jiān)的耦合(he)電容決(jué)定了傳(chuan)感器的(de)内阻;增(zeng)加📞耦合(he)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(chu)難度，從(cóng)而使被(bèi)測流⭐體(ti)電導率(lǜ)的下限(xian)減🔱小。
　　非(fēi)接觸式(shi)電磁流(liu)量計的(de)電極與(yǔ)被測流(liu)體間有(you)絕🌐緣🔴襯(chèn)裏✍️隔離(lí)或者直(zhí)接采用(yong)絕緣測(cè)量管。電(dian)極貼于(yú)⁉️測量管(guan)外面或(huo)🔴鑲嵌于(yu)測量管(guan)内部。非(fēi)接觸式(shi)電磁流(liu)量計😄利(li)用電極(jí)與被測(cè)流體通(tōng)過絕緣(yuan)襯裏形(xíng)成耦合(he)電容來(lai)檢測被(bèi)測流體(tǐ)流量信(xìn)号。主要(yào)結構形(xing)式按電(diàn)極的安(ān)裝位置(zhi)可分爲(wèi)兩種:電(dian)極嵌人(ren)測量管(guan)絕緣襯(chen)裏(嵌🏃🏻人(ren)式)、電極(ji)貼在測(cè)量管外(wai)(外貼式(shì))。嵌入式(shi)電磁💔流(liu)量計♋和(he)外貼式(shi)電磁流(liú)量計的(de)結構如(rú)圖5所示(shi),嵌人式(shì)結構和(hé)普通電(dian)磁流量(liang)計電極(ji)結構🛀類(lei)似,而外(wài)貼式多(duō)是采用(yong)陶瓷表(biao)面金屬(shǔ)化将電(dian)極貼在(zai)流量計(jì)測量👌管(guan)外部。
 
2.3.2多(duō)電極式(shì)電磁流(liú)量計
　　通(tōng)過理論(lun)分析[10]發(fa)現，流體(ti)測量截(jié)面處的(de)速度分(fèn)布對電(diàn)磁流量(liàng)計的測(cè)量精度(du)影響十(shi)分敏感(gan),所以傳(chuan)統單對(dui)電極電(diàn)磁流量(liang)計測量(liàng)流體時(shí),要求流(liu)速分布(bù)是軸對(dui)稱的,因(yīn)此,需要(yao)被測流(liu)體滿🐇管(guǎn)并具有(yǒu)足夠長(zhang)的直管(guǎn)段。在管(guǎn)徑大、流(liú)體未滿(mǎn)管或🔴測(ce)量條件(jian)♍有限時(shi),單對電(dian)極電磁(cí)流量計(jì)的測量(liang)結果會(hui)存在不(bu)同程度(du)的誤差(cha)，對于非(fei)滿管流(liú)體和非(fēi)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(yòng),多電極(jí)👄式電磁(cí)流量計(jì)可以✏️通(tōng)過測量(liàng)多個點(diǎn)的感應(ying)電動勢(shi),獲得任(rèn)意流型(xíng)下的💃流(liu)體平均(jun1)流速的(de)表達式(shi)以🔅及測(ce)量管内(nèi)流體液(ye)面高度(dù)，适用于(yú)非軸對(duì)稱流動(dòng)和非滿(mǎn)管條件(jian)下的流(liu)量測量(liang)。
1)非滿管(guan)多電極(ji)式電磁(ci)流量計(ji)。其測量(liang)管壁上(shang)具有多(duō)對電極(jí),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(pàn)别的滿(man)管指示(shì)電極設(shè)置在測(cè)量管頂(dǐng)部,其餘(yu)3對電極(jí)爲測量(liàng)電極設(shè)置在測(ce)量管兩(liang)側,用于(yú)💘管道流(liu)體液.位(wèi)和流速(su)信号的(de)測量。當(dang)對🏃🏻‍♂️液位(wei)進行測(cè)量時,将(jiāng)電壓幅(fú)值恒定(ding)的交流(liú)信号施(shi)加于信(xìn)号注人(ren)🚩電極上(shang),在流體(tǐ)滿管情(qing)況下,該(gai)流量計(jì)的功能(neng)與普通(tōng)的電磁(cí)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(yīng)電動勢(shi)推出被(bèi)測流體(ti)的流速(su),進而計(ji)算得到(dao)流量值(zhí)。當流體(ti)未充滿(mǎn)管道時(shí)‼️,滿管指(zhi)示電極(jí)檢測到(dào)管道流(liu)體⭐爲非(fei)滿管狀(zhuàng)🔴态,并利(li)用算法(fǎ)㊙️對測量(liang)值進行(háng)修正,此(ci)時流量(liàng)計的測(ce)量方式(shì)則是測(cè)量流體(tǐ)流速和(he)非滿管(guǎn)流體液(yè)✔️位高度(dù)。通過測(cè)量管内(nei)🆚被測液(yè)😄體的耦(ou)合,反映(ying)液位高(gāo)度變化(huà)的合成(cheng)信号可(ke)以通過(guo)3對測量(liang)電極得(dé)到,液位(wèi)高度的(de)準确測(ce)量值是(shi)通過轉(zhuǎn)換器将(jiang)合成信(xìn)号轉換(huàn)獲得。非(fei)滿管多(duo)電極電(dian)磁流量(liang)計結構(gòu)簡圖如(ru)圖6所示(shì)。
 
2)非軸對(duì)稱速度(du)分布多(duo)電極式(shì)電磁流(liú)量計。由(you)于測量(liang)截面所(suo)在平面(miàn)内管壁(bì)的感應(ying)電動勢(shi)積分運(yùn)算💔的測(cè)量結果(guo)與流體(ti)流速分(fen)布無關(guan),因此,多(duō)電極式(shi)電磁流(liú)💛量計可(ke)通過測(ce)量多點(dian)的感應(yīng)電動勢(shi)來測量(liang)非軸對(dui)稱速度(dù)分布下(xià)的流體(tǐ)流量。非(fēi)軸對稱(chēng)速🧡度分(fèn)布多電(diàn)極式電(diàn)磁流量(liàng)計按照(zhào)測量電(dian)極個數(shu)可分爲(wèi)四電極(ji)式、六電(dian)極式、八(bā)電極式(shi)、十六電(dian)極式17等(děng)。從理論(lùn)🆚上講電(dian)👨‍❤️‍👨極個數(shù)越多,流(liu)體平均(jun1)流速的(de)測量精(jīng)度越高(gāo),但是從(cóng)實際生(sheng)産制作(zuò)條件與(yu)流量計(jì)可靠性(xìng)來說,測(ce)量電極(jí)數目不(bú)能無限(xian)增多,而(ér)且随着(zhe)電極數(shu)目的增(zeng)多,測量(liang)系統實(shi)時性也(ye)會降低(dī)。
3電磁流(liú)量計幹(gàn)擾抑制(zhi)方法分(fen)析
　　在電(dian)磁流量(liàng)計的測(cè)量過程(chéng)中,電極(jí)采集的(de)流量信(xin)号混雜(zá)了大☁️量(liàng)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(chan)生機理(li)不同可(kě)分爲3類(lei),第一類(lèi)是與電(dian)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(di)二類是(shì)和電化(hua)學作用(yong)有關的(de)漿液噪(zao)聲、極化(hua)幹擾、流(liu)動噪聲(shēng)等;第三(sān)類是因(yin)外部電(diàn)路💞而引(yǐn)起的工(gong)🌈頻幹擾(rǎo),可分爲(wei)串模幹(gàn)擾、共模(mo)幹擾兩(liǎng)種。
　　不同(tóng)勵磁方(fāng)式對流(liú)量計的(de)功耗、精(jīng)度、實時(shi)性等參(can)數有着(zhe)💞影響。勵(lì)磁方式(shi)可分爲(wei)采用交(jiao)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(chǎng)包括正(zhèng)弦波勵(lì)磁、低頻(pín)矩形波(bo)勵磁、三(san)值🤟矩形(xíng)波勵磁(cí)、雙頻矩(jǔ)形波勵(li)磁、三值(zhí)梯形波(bō)勵磁等(děng)方式,采(cǎi)用恒定(ding)磁場包(bao)括直流(liú)電源勵(li)磁和永(yǒng)磁鐵勵(lì)磁。
3.1交變(biàn)磁場勵(lì)磁
　　最早(zǎo)應用在(zai)電磁流(liú)量計中(zhōng)的勵磁(cí)方式是(shi)工頻正(zheng)♈弦波勵(lì)磁🐇,此種(zhong)電磁流(liú)量計測(ce)量迅速(sù),這種方(fang)式能📧有(you)效消除(chú)電極表(biao)面的極(ji)化現象(xiàng),降低電(diàn)化學電(dian)勢的影(yǐng)響和傳(chuan)感器内(nei)阻㊙️,但是(shì)由于頻(pín)率高,會(huì)帶來一(yi)系列電(diàn)磁💔幹擾(rǎo)如正交(jiāo)幹擾、同(tóng)相幹擾(rǎo)等。矩形(xíng)波勵磁(cí)将直流(liu)勵🤩磁和(he)交流勵(lì)磁的優(yōu)點結合(he)起來,既(jì)具備交(jiao)流勵磁(ci)極化幹(gàn)擾小的(de)特🌈點，又(yòu)具有直(zhí)流勵磁(cí)無正交(jiāo)幹擾和(he)同相幹(gan)擾🏃‍♀️矩形(xing)波勵磁(ci)方式采(cǎi)樣時間(jian)窗口.長(zhǎng)且穩定(ding),可使流(liú)量計的(de)零點穩(wěn)♉定性得(dé)到提高(gao)。
　　矩形波(bō)勵磁根(gēn)據工作(zuò)頻率的(de)高低分(fen)爲低頻(pín)矩形波(bo)勵磁和(he)🐅高頻矩(ju)形波勵(lì)磁，低頻(pín)勵磁雖(suī)然具有(you)零點穩(wen)定和有(you)效降低(di)電磁幹(gàn)擾的優(you)勢,但是(shì)會降低(di)傳感器(qì)✔️的響應(ying)‼️速度,不(bu)再适用(yong)于高速(su)變化流(liu)體的測(cè)量。高頻(pín)勵磁具(jù)有🍉響應(ying)速度快(kuai)的優勢(shì),但存在(zài)電磁幹(gàn)擾問題(ti)導緻測(ce)量精度(du)的下降(jiàng),其測量(liang)精度比(bǐ)☀️不上低(di)頻勵磁(cí)。随着工(gong)業生産(chǎn)生活中(zhong)對流體(ti)測量實(shi)時性和(hé)😘測量精(jing)🌂度的提(ti)高,單頻(pín)的🔆高頻(pín)勵磁和(he)低頻勵(li)磁已經(jing)不能滿(man)足人們(men)的測量(liang)要求,于(yu)是國内(nei)外研究(jiū)人員将(jiāng)目光投(tou)向了雙(shuang)頻勵磁(cí)。雙頻勵(lì)磁電磁(cí)流量計(ji)結合低(dī)頻矩形(xing)波勵磁(cí)和高頻(pin)矩形波(bō)勵磁的(de)優點。利(lì)用雙頻(pín)中低頻(pín)抑制測(ce)量液體(ti)噪聲、保(bao)持零點(diǎn)穩定性(xìng)和高頻(pin)激㊙️勵響(xiǎng)應速度(dù)快的特(tè)點在測(ce)量被測(ce)液體時(shi)取得了(le)較好的(de)效果和(he)💯較快的(de)響💰應速(su)度。之後(hòu)雙頻勵(li)磁技術(shu)得到快(kuài)速發展(zhǎn),衍生了(le)高壓和(he)脈沖寬(kuān)度調✉️制(zhì)(PWM)調制低(dī)㊙️壓勵磁(ci)、時分雙(shuāng).頻勵磁(ci)、雙🥰頻梯(tī)形波勵(lì)磁等多(duō)種雙頻(pín)勵磁形(xing)式。時分(fèn)雙頻勵(lì)磁方式(shi)不僅兼(jiān)顧了高(gāo)頻低頻(pin)的優點(dian),還提高(gāo)了流.量(liang)計的量(liàng)程比。雙(shuāng)頻梯形(xing)波與㊙️矩(jǔ)形波相(xiàng)比,梯形(xing)波具有(you)穩定部(bù)分,增加(jiā)了信号(hao)的穩定(dìng)🙇‍♀️性，可以(yǐ)有效消(xiao)除差分(fèn)幹擾。與(yǔ)三角波(bō)相比,梯(ti)形波有(yǒu)上升沿(yan)💃🏻和下降(jiàng)沿,提高(gao)了電壓(yā)的利用(yòng)率。雖然(rán)雙頻勵(li)磁兼具(ju)高頻勵(li)磁響應(ying)速度快(kuài)和低頻(pin)勵磁穩(wen)定性好(hǎo)的優點(diǎn),但是雙(shuang)頻勵磁(ci)需要執(zhí)行的算(suan)法相更(geng)爲複雜(za)㊙️，這就使(shǐ)🌍得流量(liang)計功耗(hao)較大。
3.2恒(héng)定磁場(chǎng)勵磁
　　流(liu)量計采(cai)用恒定(dìng)磁場勵(li)磁時,其(qí)優點是(shi)磁場強(qiang)度恒定(dìng)🎯不變,比(bǐ)交變磁(ci)場勵磁(ci)更容易(yì)實現,流(liu)量計結(jié)構也更(gèng)加簡化(huà),受工頻(pin)幹擾的(de)影響小(xiǎo)。恒定磁(ci)場勵磁(ci)技術遇(yu)到的🌈最(zuì)關鍵問(wen)題是電(dian)化學作(zuò)用在測(cè)量電極(ji)上産生(sheng)極化電(diàn)壓,由于(yu)電極輸(shū)出的流(liú)量測量(liang)信号和(hé)電極極(jí)化電壓(yā)均❌爲直(zhí)流信号(hào),導緻很(hen)難從🌐測(ce)量信号(hào)中剔除(chu)極化電(diàn)壓幹擾(rǎo)信号,甚(shen)至極化(hua)電壓過(guò)大會掩(yan)蓋測量(liang)信号産(chǎn)生的感(gan)應電動(dòng)勢。因此(ci),恒定磁(ci)場勵磁(cí)方式僅(jǐn)适用于(yu)内阻極(jí)小🌍、導電(dian)率極高(gao)且不産(chǎn)生極化(huà)電壓的(de)特殊液(yè)态金屬(shǔ)的流量(liang)測✨量中(zhōng)。
　　目前克(kè)服電極(ji)表面極(ji)化的方(fāng)法可以(yi)分爲:1)對(dui)極化㊙️噪(zào)🔴聲🙇🏻進❌行(hang)補償。将(jiang)非勵磁(ci)時段極(jí)化噪聲(shēng)用來補(bǔ)償勵磁(cí)時段的(de)極化噪(zao)聲。2)低通(tōng)濾波極(jí)化噪聲(sheng)并反饋(kui)補償。采(cai)用階低(di)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼通濾波(bo)☀️器剝離(li)極化噪(zao)聲,并進(jin)行反饋(kui)補償。因(yīn)爲低通(tong)濾🈚波器(qi)會使流(liu)量信号(hào)🍓發生畸(jī)變👉,故此(ci)方法尚(shang)未應用(yòng)于商🙇‍♀️業(yè)儀表。3)将(jiāng)極化電(dian)壓控制(zhì)🐅在穩定(ding)值。這是(shi)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(fan)饋抑制(zhì)極化。基(jī)于這種(zhǒng)理念🏃，利(lì)用動态(tài)反饋控(kòng)制的方(fang)法應用(yòng)在永磁(ci)體勵磁(cí)的電磁(cí)流量計(jì)上。目前(qian),這種方(fang)法是恒(héng)磁磁場(chǎng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼勵磁方(fāng)法研究(jiu)的熱門(mén)領域。
4電(diàn)磁流量(liang)計發展(zhǎn)趨勢
4.1勵(lì)磁技術(shù)的發展(zhǎn)趨勢
　　随(suí)着電子(zi)快速發(fa)展,對勵(lì)磁電流(liu)和勵磁(cí)信号的(de)控制也(ye)越來越(yue)精确。勵(li)磁方式(shi)将向多(duō)頻方向(xiang)發展,讓(ràng)電磁流(liu)量計兼(jian)具響應(yīng)速📱度快(kuài),零點穩(wen)定性好(hǎo),輸出信(xin)号穩定(dìng)等優♊點(dian)。勵磁頻(pin)率也将(jiang)向智✌️能(neng)變換方(fāng)向發展(zhǎn),根據電(dian)磁流量(liang)計輸出(chū)感應電(dian)勢信号(hào)中噪聲(shēng)的大小(xiao)來改變(bian)勵磁頻(pin)率。使電(dian)磁流量(liang)計不僅(jǐn)具有克(kè)服流體(ti)噪📧聲和(hé)信号零(ling)點漂移(yí)的能力(li),還能估(gū)計當前(qian)流體的(de)漿液濃(nong)度值。信(xìn)号處理(lǐ)技術也(ye)不.再隻(zhī)依靠電(diàn)路進行(háng)濾波,可(ke)以利用(yòng)MATLAB、快速傅(fu)裏葉變(biàn)換(fastFouriertransform,FFT)或小(xiǎo)波變換(huàn)🔴等軟件(jiàn)處理方(fang)式對信(xin)号調理(li)以抑制(zhi)幹擾,提(tí)高電磁(cí)流量十(shi)的勵磁(cí)精度。
4.2複(fu)雜工況(kuang)組合測(cè)量的發(fā)展趨勢(shi)
　　随着流(liu)體測量(liang)工況複(fú)雜性的(de)增加,電(dian)磁流量(liang)計也在(zài)‼️朝着與(yǔ)其他方(fang)法組合(he)測量的(de)方向發(fā)展。主要(yào)有電磁(ci)流量計(jì)與弧形(xing)💃🏻電導㊙️探(tan)針組合(hé)測量系(xi)統、電磁(ci)流量計(jì)🌈結合分(fen)相法測(ce)量液體(ti)流量叫(jiao)、電磁流(liu)量十🌈和(he)電阻層(ceng)析成像(xiàng)雙模态(tai)系統等(deng)。結合弧(hú)形電導(dǎo)探針靈(líng)敏度高(gāo)，探測場(chǎng)分布均(jun)勻的優(yōu)點,可以(yǐ)提高流(liú)體測量(liàng)的分㊙️辨(biàn)率。分相(xiàng)法的結(jie)合可以(yǐ)提高測(cè)💯量精🐅度(du),成功地(di)🈚使電磁(ci)流量計(ji)适用于(yú)原始相(xiang)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(xī)成像雙(shuāng)模态系(xi)統可利(li)用多維(wéi)數據融(rong)合的方(fāng)法測量(liàng)油水兩(liang)相流的(de)分相體(tǐ)積流量(liang)🍓與流速(su)。随着互(hù)相關算(suan)法💃與多(duō)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(chéng)爲未來(lái)發展的(de)方向。

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