摘要(yao):電磁流(liu)量計 量(liang)程寬、結(jie)構簡單(dan)應用廣(guang)泛。以電(dian)磁流量(liang)計的結(jie)構😘演變(bian)與幹擾(rao)抑制爲(wei)線索,兩(liang)個大方(fang)向下的(de)各個方(fang)向的電(dian)磁流量(liang)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼計,并分(fen)析了其(qi)未來發(fa)介紹了(le)展方向(xiang)和趨勢(shi),在電子(zi)不斷㊙️發(fa)展與流(liu)量計量(liang)方法呈(cheng)現多樣(yang)化基礎(chu)上,未來(lai)電磁流(liu)量計仍(reng)以提高(gao)線圈勵(li)磁精度(du)來抑制(zhi)噪聲幹(gan)擾爲主(zhu),同時又(you)不斷改(gai)變自身(shen)結構和(he)組合方(fang)法測量(liang),以适應(ying)越來越(yue)複雜的(de)流體測(ce)量環境(jing)。
0引言
　　從(cong)20世紀50年(nian)代以來(lai),電磁流(liu)量計憑(ping)借其精(jing)度高量(liang)程寬、反(fan)🌂應靈敏(min)、耐腐蝕(shi)等優點(dian)廣泛應(ying)用于石(shi)油、化工(gong)🔆、水計🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量(liang)、制藥等(deng)行業,迅(xun)速成爲(wei)實用性(xing)最爲廣(guang)泛的工(gong)業測量(liang)儀表之(zhi)一。經過(guo)幾十年(nian)的發展(zhan),電磁流(liu)量計的(de)結構、信(xin)号幹擾(rao)抑制技(ji)術革新(xin)成爲電(dian)磁流量(liang)📱計測量(liang)性能提(ti)高的重(zhong)要方向(xiang)。電磁流(liu)量計的(de)結構、電(dian)磁流量(liang)計幹擾(rao)抑制方(fang)法爲線(xian)索,總結(jie)近年來(lai)電磁流(liu)量計現(xian)狀及成(cheng)果.并分(fen)析其發(fa)展趨勢(shi),爲以後(hou)流量計(ji)的優化(hua)、設計✨、智(zhi)能化等(deng)工作提(ti)供一定(ding)的參📞考(kao)與基礎(chu)。
1電磁流(liu)量計基(ji)本原理(li)
　　電磁流(liu)量計的(de)基本工(gong)作原理(li)是法拉(la)第電磁(ci)感應定(ding)律，當被(bei)測液體(ti)經過測(ce)量管内(nei)部時會(hui)在磁場(chang)中切割(ge)磁感線(xian)産🧑🏽‍🤝‍🧑🏻生感(gan)💋應電動(dong)勢,在2個(ge)測量電(dian)極之間(jian)産生的(de)☎️感應電(dian)動勢爲(wei)E=kBDv,由流量(liang)❤️Q=πD2v/4可得流(liu)✂️量Q與感(gan)應電‼️動(dong)勢E的關(guan)系爲Q=πDE/4kB。其(qi)中,E爲感(gan)應電☔動(dong)勢,k爲常(chang)系數,B爲(wei)磁感應(ying)強度,D爲(wei)管道内(nei)徑的寬(kuan)度,v爲流(liu)體流速(su)。
　　由于傳(chuan)統電磁(ci)流量計(ji)對被測(ce)液體有(you)最低導(dao)電率的(de)要求🛀🏻，電(dian)磁♈流量(liang)計的測(ce)量管爲(wei)絕緣測(ce)量管或(huo)内部襯(chen)🔞裏有絕(jue)緣材料(liao),絕緣🙇🏻襯(chen)裏限制(zhi)了被測(ce)流體的(de)溫度範(fan)♈圍及流(liu)量計的(de)可靠性(xing)與适用(yong)性。傳統(tong)電磁流(liu)量計的(de)😘單電極(ji)對是根(gen)據感🌈應(ying)電壓信(xin)号計算(suan)整個流(liu)動截面(mian)處的平(ping)均速度(du),因而，對(dui)被測流(liu)體流速(su)分布敏(min)感,隻♊能(neng)測量滿(man)管流體(ti),測量精(jing)度受被(bei)測流體(ti)的非軸(zhou)㊙️對稱速(su)度分布(bu)影響大(da),因♋此對(dui)直管段(duan)要求高(gao);此外,單(dan)一電磁(ci)流量計(ji)無法正(zheng)确測量(liang)多相流(liu)中的導(dao)電相速(su)度,尤其(qi)⭕是在工(gong)業現場(chang)中存在(zai)🏃‍♂️的油水(shui)兩相流(liu)、油氣兩(liang)相流等(deng)測量工(gong)況下測(ce)量結果(guo)會👌有很(hen)大的誤(wu)差。因此(ci),需要改(gai)變電磁(ci)流量計(ji)結構、對(dui)勵磁方(fang)式和信(xin)号調理(li)技術進(jin)行🌈優化(hua)，使其适(shi)應更複(fu)雜的測(ce)量環境(jing)。
2電磁流(liu)量計結(jie)構演化(hua)分析
　　電(dian)磁流量(liang)計結構(gou)優化的(de)主要方(fang)式包括(kuo)從測量(liang)管、勵磁(ci)線圈結(jie)構、測量(liang)電極的(de)位置和(he)數量等(deng)方面進(jin)行改變(bian),從而得(de)到适☀️用(yong)複雜工(gong)況的電(dian)磁流量(liang)計。
2.1非絕(jue)緣測量(liang)管電磁(ci)流量計(ji)
　　電磁流(liu)量計絕(jue)緣襯裏(li)的作用(yong)是防止(zhi)感應信(xin)号被🥰金(jin)屬測量(liang)管短路(lu),提高了(le)流量計(ji)的測量(liang)精度。國(guo)内🌈的電(dian)磁流量(liang)計的常(chang)見襯裏(li)材料有(you)聚四氟(fu)乙烯、聚(ju)🎯三氟氣(qi)乙烯、硬(ying)橡膠、聚(ju)氨酯橡(xiang)✂️膠、乙烯(xi)與四氟(fu)氯乙烯(xi)共聚物(wu)等。但這(zhe)些絕緣(yuan)材料在(zai)耐磨性(xing)、耐高溫(wen)、耐氧化(hua)性、耐酸(suan)堿性等(deng)方面不(bu)能兼得(de),電磁流(liu)量計的(de)絕緣襯(chen)裏限制(zhi)📱了其測(ce)量流體(ti)的适用(yong)範圍及(ji)😘适用工(gong)況,因此(ci)希望電(dian)磁流量(liang)計能突(tu)破絕緣(yuan)襯裏和(he)絕緣測(ce)量管的(de)限制，采(cai)用非絕(jue)緣測量(liang)管進🔆行(hang)流量的(de)測量。
　　非(fei)絕緣測(ce)量管電(dian)磁流量(liang)計的原(yuan)理是建(jian)立流體(ti)與非絕(jue)緣金屬(shu)管壁之(zhi)間不同(tong)的邊界(jie)條件。通(tong)過施加(jia)💜與流體(ti)流量成(cheng)正比的(de)電壓,在(zai)管壁上(shang)形成電(dian)勢分布(bu),由于✊電(dian)流流🈚過(guo)金屬管(guan)壁,使得(de)管壁上(shang)的電勢(shi)分布與(yu)流體中(zhong)的流動(dong)💋信号電(dian)勢不同(tong),這就建(jian)立了管(guan)道與非(fei)絕緣金(jin)屬管壁(bi)之間的(de)邊界條(tiao)件,這個(ge)邊界條(tiao)件與絕(jue)緣襯裏(li)同樣起(qi)到了防(fang)止電流(liu)經過引(yin)起短路(lu)的作用(yong)。也稱這(zhe)種新🏃🏻的(de)控制方(fang)法爲“電(dian)勢補償(chang)法🚶‍♀️”。非絕(jue)緣測量(liang)管電磁(ci)流量計(ji)的結構(gou)如圖1所(suo)示。
 
2.2不同(tong)勵磁線(xian)圈形狀(zhuang)的電磁(ci)流量計(ji)
　　電磁流(liu)量計的(de)勵磁系(xi)統是由(you)勵磁線(xian)圈、導磁(ci)鐵芯和(he)🈲磁🏒轭等(deng)部分組(zu)成。電磁(ci)流量計(ji)的磁場(chang)特性不(bu)僅🌐和勵(li)💃🏻磁電流(liu)大小變(bian)🐇化有關(guan),還深受(shou)勵磁線(xian)圈的形(xing)狀、尺寸(cun)大小、匝(za)數等因(yin)素影響(xiang)🌈。電磁流(liu)量計工(gong)作磁場(chang)的穩定(ding)性和均(jun)勻性是(shi)設計分(fen)析勵磁(ci)系統最(zui)關鍵的(de)因素。不(bu)同的勵(li)磁線圈(quan)形狀對(dui)電磁流(liu)量計工(gong)🙇‍♀️作磁場(chang)的影響(xiang)也各具(ju)特點。
2.2.1典(dian)型勵磁(ci)線圈
　　工(gong)業生産(chan)中廣泛(fan)應用的(de)勵磁線(xian)圈的形(xing)狀主要(yao)有圓形(xing)線圈、菱(ling)形線圈(quan)矩形線(xian)圈、馬鞍(an)形線圈(quan)等。4種勵(li)磁線圈(quan)的仿真(zhen)📞幾何🤟模(mo)型如圖(tu)2所示。典(dian)型的線(xian)圈結✊構(gou)仍存在(zai)一些不(bu)足,如🈚亥(hai)姆霍茲(zi)線圈中(zhong)部的工(gong)作磁場(chang)均勻度(du)較好,而(er)邊緣處(chu)磁場卻(que)減弱🏃🏻‍♂️;菱(ling)形勵磁(ci)線圈和(he)矩形勵(li)磁線圈(quan)産生的(de)工作磁(ci)場在電(dian)極附近(jin)的分布(bu)均勻度(du)較差;馬(ma)鞍形勵(li)磁線圈(quan)的磁場(chang).均🏃‍♀️勻度(du)最好🥰,但(dan)輸出感(gan)應電動(dong)勢大小(xiao)比亥姆(mu)霍茲線(xian)🌏圈低。
 
2.2.2E形(xing)框架亥(hai)姆霍茲(zi)線圈
　　由(you)于勵磁(ci)線圈的(de)軸向長(zhang)度有限(xian),根據電(dian)磁感應(ying)原理,線(xian)圈産生(sheng)🐕的磁場(chang)是一系(xi)列圓形(xing)的閉環(huan)。在線圈(quan)彎曲的(de)磁場的(de)🤞邊緣處(chu)形成非(fei)均勻分(fen)布的磁(ci)場。即電(dian)磁場的(de)分布在(zai)測量管(guan)方向具(ju)有邊緣(yuan)效應。ShereliffJA的(de)數學模(mo)型中提(ti)到當勵(li)磁線圈(quan)的軸向(xiang)長度接(jie)近測量(liang)㊙️管半徑(jing)的3倍時(shi),有限磁(ci)場的靈(ling)敏度接(jie)近1。雖然(ran)分析了(le)電磁流(liu)量計靈(ling)敏度與(yu)磁場軸(zhou)向長度(du)之間的(de)關系,但(dan)勵磁線(xian)圈沿電(dian)極方向(xiang)的長度(du)仍未分(fen)析。
　　E形框(kuang)架亥姆(mu)霍茲線(xian)圈是一(yi)種在傳(chuan)統的亥(hai)姆霍茲(zi)💛線圈中(zhong)加入導(dao)磁材料(liao)制成的(de)E形框架(jia)來模拟(ni)磁場的(de)分布的(de)👅改進勵(li)磁結構(gou)。常用的(de)勵磁裝(zhuang)置亥姆(mu)霍🌐茲線(xian)圈具有(you)2個平行(hang)排列的(de)線圈,并(bing)且測量(liang)管中的(de)磁流場(chang)是2個線(xian)圈産生(sheng)的磁場(chang)的疊加(jia)。爲了減(jian)少在🌈線(xian)圈邊緣(yuan)漏磁通(tong)的影響(xiang),一種由(you)導磁材(cai)料構成(cheng)的㊙️E形勵(li)磁框架(jia),如圖3所(suo)示。線圈(quan)纏繞在(zai)E形框架(jia)的中心(xin)📱，整個勵(li)磁🌈裝置(zhi)由🏃🏻‍♂️2個彼(bi)此相對(dui)放置的(de)E形框架(jia)組成。線(xian)圈形狀(zhuang)是矩形(xing)的，由于(yu)E形框架(jia)具有高(gao)導磁率(lü),磁力線(xian)可以集(ji)中在E形(xing)框架的(de)中心區(qu)域，以提(ti)高‼️穿過(guo)測量管(guan)的磁場(chang)的強度(du)和均勻(yun)性,并且(qie)可以減(jian)小激勵(li)裝置的(de)尺💔寸。其(qi)中,E形框(kuang)架亥姆(mu)霍茲線(xian)圈沿着(zhe)測🔞量管(guan)⛱️的軸向(xiang)長度是(shi)48mm,即測量(liang)管半徑(jing)的3倍。此(ci)種結構(gou)⭐具有漏(lou)磁小、磁(ci)場分布(bu)均勻等(deng)優點。可(ke)将磁通(tong)量集中(zhong)在測量(liang)管周✔️圍(wei)的區域(yu)以确保(bao)有♍足夠(gou)的磁場(chang)🈲強度來(lai)檢測流(liu)量流速(su)信号。.
 
2.2.3雙(shuang)層勵磁(ci)線圈
　　明(ming)渠是一(yi)種具有(you)自由表(biao)面液體(ti)流動的(de)渠道。明(ming)渠水流(liu)✊也⛷️稱👄爲(wei)重力流(liu)和無壓(ya)流,其靠(kao)重力作(zuo)用産生(sheng),表面相(xiang)對壓力(li)爲零且(qie)具有自(zi)由表面(mian)，因此,明(ming)渠水📐流(liu)流經渠(qu)道的🌈截(jie)面是時(shi)刻變化(hua)的。明渠(qu)電磁流(liu)量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻計的(de)主要設(she)計問題(ti)是通過(guo)專門設(she)計的勵(li)磁線圈(quan)來保證(zheng)測量🌂區(qu)内磁場(chang)的📐均勻(yun)分布。線(xian)🐪圈的設(she)計還需(xu)應對幹(gan)擾電場(chang)的邊界(jie)效應，達(da)到此需(xu)求最簡(jian)單的方(fang)法是在(zai)軸向上(shang)增加線(xian)圈的長(zhang)度,但這(zhe)又增加(jia)🔴了線圈(quan)的制造(zao)成本。雙(shuang)層勵磁(ci)線圈結(jie)構♊爲解(jie)決明渠(qu)電磁流(liu)量計的(de)磁場分(fen)布問題(ti)奠定了(le)基礎。
　　爲(wei)了使明(ming)渠流量(liang)計測量(liang)區磁場(chang)達到最(zui)佳均勻(yun)性,将雙(shuang)層線圈(quan)和亥姆(mu)霍茲線(xian)圈兩種(zhong)勵磁線(xian)圈進行(hang)仿真比(bi)較🍓,圖4爲(wei)雙層勵(li)磁線圈(quan)和亥姆(mu)霍茲線(xian)圈的仿(pang)真模型(xing),發現雙(shuang)層線圈(quan)的設計(ji)要優❤️于(yu)亥姆霍(huo)茲線圈(quan),如果在(zai)亥姆霍(huo)✏️茲線圈(quan)中,在流(liu)向方向(xiang)上使線(xian)❓圈長度(du)增加50%,則(ze)得到的(de)磁⭐場分(fen)布均勻(yun)性與在(zai)雙層👌線(xian)圈中相(xiang)同。因🔴此(ci),雙層勵(li)磁線圈(quan)結構相(xiang)比亥📐姆(mu)霍茲勵(li)磁線圈(quan)更适用(yong)于明⭐渠(qu)電磁流(liu)量計。
 
2.3不(bu)同測量(liang)電極結(jie)構的電(dian)磁流量(liang)計
　　根據(ju)電極結(jie)構的不(bu)同,電磁(ci)流量計(ji)可分爲(wei)接觸式(shi)和非接(jie)☁️觸☔式兩(liang)種。接觸(chu)型電磁(ci)流量計(ji)使用金(jin)屬點電(dian)極穿透(tou)管壁。非(fei)接😄觸式(shi)電磁流(liu)量計是(shi)将大面(mian)積✉️的金(jin)屬電極(ji)粘☂️貼在(zai)測量管(guan)上,通過(guo)電容耦(ou)合的方(fang)式獲得(de)感應信(xin)号,因此(ci),又稱電(dian)容式電(dian)磁流量(liang)計。
2.3.1非接(jie)觸式電(dian)磁流量(liang)計
　　非接(jie)觸式電(dian)磁流量(liang)計具有(you)一些突(tu)出的優(you)點:一方(fang)面👣避👅免(mian)了被測(ce)液體與(yu)檢測電(dian)極直接(jie)接觸,解(jie)決了檢(jian)測❌電極(ji)容易受(shou)到液體(ti)腐蝕、磨(mo)損等問(wen)題;選擇(ze)合适的(de)襯裏材(cai)料,電容(rong)式電磁(ci)流📱量計(ji)也🎯可以(yi)實現對(dui)漿液型(xing)和較高(gao)腐蝕性(xing)流體的(de)檢測,增(zeng)大了流(liu)量儀表(biao)的使用(yong)範圍。另(ling)一方面(mian),電磁流(liu)量計通(tong)過電容(rong)耦合的(de)方式獲(huo)取被測(ce)液體流(liu)量信号(hao),被測流(liu)體與檢(jian)🔞測電極(ji)之間的(de)耦合電(dian)容決定(ding)了傳🐉感(gan)器的内(nei)阻;增加(jia)耦合電(dian)容值可(ke)以減小(xiao)傳感器(qi)的内阻(zu),降低流(liu)量信号(hao)檢出難(nan)度，從而(er)使被測(ce)流體電(dian)導率的(de)下限減(jian)♋小。
　　非接(jie)觸式電(dian)磁流量(liang)計的電(dian)極與被(bei)測流體(ti)間有絕(jue)緣☀️襯裏(li)隔離或(huo)者直接(jie)采用絕(jue)緣測量(liang)管。電極(ji)貼于測(ce)量管外(wai)面或鑲(xiang)嵌✊于測(ce)量管内(nei)部。非接(jie)觸式電(dian)磁流量(liang)計🛀🏻利用(yong)電極與(yu)被測流(liu)體通過(guo)絕緣襯(chen)裏形成(cheng)耦合電(dian)容來檢(jian)測被測(ce)流體流(liu)🔴量信号(hao)。主要結(jie)構形式(shi)按電極(ji)的安裝(zhuang)位置可(ke)🙇🏻分爲兩(liang)種:電極(ji)嵌人測(ce)量🔅管絕(jue)緣襯裏(li)(嵌人式(shi))、電極貼(tie)在測量(liang)管外(外(wai)貼👄式)。嵌(qian)入式電(dian)磁流量(liang)計和外(wai)貼式電(dian)磁流量(liang)計的結(jie)構如圖(tu)5所示,嵌(qian)人式結(jie)構🛀和普(pu)通電磁(ci)流量計(ji)電極結(jie)構類似(si),而外貼(tie)式多是(shi)采用陶(tao)瓷表面(mian)金屬化(hua)将電極(ji)貼在流(liu)量計測(ce)量管外(wai)部。
 
2.3.2多電(dian)極式電(dian)磁流量(liang)計
　　通過(guo)理論分(fen)析[10]發現(xian)，流體測(ce)量截面(mian)處的速(su)度分布(bu)對電🤞磁(ci)流量計(ji)的測量(liang)精度影(ying)響十分(fen)敏感,所(suo)以傳統(tong)單對電(dian)極電磁(ci)流量計(ji)測量流(liu)體時,要(yao)求流速(su)分布是(shi)軸對稱(cheng)的😄,因此(ci),需要被(bei)測流體(ti)滿管并(bing)具有足(zu)夠長的(de)直管段(duan)。在管徑(jing)大、流體(ti)未滿管(guan)或測量(liang)條件有(you)限時,單(dan)對電極(ji)電磁流(liu)量計的(de)測量結(jie)果會存(cun)在不同(tong)程度的(de)誤差，對(dui)于非滿(man)管流體(ti)和非軸(zhou)對稱速(su)度分布(bu)流💃體的(de)測量傳(chuan)統流量(liang)計不再(zai)适用,多(duo)電極式(shi)電磁流(liu)量計可(ke)以🔅通過(guo)測量多(duo)個點的(de)感應電(dian)動勢,獲(huo)得任意(yi)流型下(xia)的流體(ti)平均流(liu)速的表(biao)達式以(yi)😘及測量(liang)管内流(liu)體🏃‍♂️液面(mian)高度，适(shi)用于非(fei)軸對稱(cheng)流動和(he)非滿管(guan)條件下(xia)的流量(liang)♻️測量。
1)非(fei)滿管多(duo)電極式(shi)電磁流(liu)量計。其(qi)測量管(guan)壁上具(ju)有多♻️對(dui)電極,其(qi)中1對信(xin)号注人(ren)電極設(she)置在測(ce)量管底(di)部,用于(yu)滿管狀(zhuang)态判别(bie)的🔅滿管(guan)指示電(dian)極設置(zhi)在測量(liang)管頂部(bu),其餘3對(dui)電極爲(wei)測量電(dian)極設置(zhi)在測量(liang)管❌兩側(ce),用于管(guan)道流體(ti)液.位和(he)流速信(xin)号的測(ce)量。當對(dui)㊙️液位進(jin)行測量(liang)時,将電(dian)壓幅值(zhi)恒定的(de)👌交流信(xin)号施加(jia)于信号(hao)注人電(dian)極上,在(zai)流體滿(man)管情況(kuang)下,該流(liu)量計的(de)功能與(yu)普通的(de)電磁流(liu)量計相(xiang)同,因爲(wei)此時流(liu)體流經(jing)橫截面(mian)積是🈲固(gu)定的,隻(zhi)需根據(ju)感📧應電(dian)動勢推(tui)出被測(ce)流體的(de)流速,進(jin)而計算(suan)得到流(liu)量值。當(dang)流體未(wei)充滿管(guan)道時🐆,滿(man)管指示(shi)電極檢(jian)測到管(guan)道流體(ti)‼️爲非滿(man)管狀态(tai),并利用(yong)算法對(dui)測量值(zhi)進行修(xiu)正,此時(shi)流量計(ji)的測量(liang)方式則(ze)是測量(liang)流體流(liu)速和非(fei)滿管流(liu)體液😘位(wei)高度。通(tong)過測量(liang)管内被(bei)測液㊙️體(ti)的耦合(he),反映液(ye)位高度(du)變化的(de)合成信(xin)号可以(yi)通過3對(dui)測🏒量電(dian)極得到(dao),液位高(gao)度的準(zhun)确測量(liang)值是通(tong)過轉換(huan)器将合(he)成信号(hao)轉換獲(huo)得。非🌍滿(man)管多電(dian)極電❄️磁(ci)流量計(ji)結構簡(jian)圖如圖(tu)6所示。
 
2)非(fei)軸對稱(cheng)速度分(fen)布多電(dian)極式電(dian)磁流量(liang)計。由于(yu)測量⁉️截(jie)面🧡所在(zai)平面内(nei)管壁的(de)感應電(dian)動勢積(ji)分運算(suan)的測量(liang)結果與(yu)流體流(liu)速🐉分布(bu)無關,因(yin)此,多電(dian)極式電(dian)磁流量(liang)計可通(tong)過測🔞量(liang)多點的(de)感應電(dian)動勢來(lai)測量非(fei)軸對稱(cheng)速度分(fen)布下的(de)流體流(liu)量。非軸(zhou)對稱速(su)度分布(bu)多電極(ji)式電磁(ci)流量計(ji)按照測(ce)量電極(ji)個數可(ke)分爲四(si)電極式(shi)、六電極(ji)式、八電(dian)極式、十(shi)六電極(ji)式17等。從(cong)理論上(shang)講電極(ji)個數⚽越(yue)多,流體(ti)平均流(liu)速的測(ce)量精度(du)越高,但(dan)是從實(shi)際生産(chan)制作條(tiao)件📞與流(liu)量計可(ke)靠性來(lai)說,測量(liang)電極數(shu)目不🔅能(neng)無限增(zeng)多,而且(qie)随着電(dian)極數目(mu)的增多(duo),測量系(xi)統實時(shi)性也🌈會(hui)降低。
3電(dian)磁流量(liang)計幹擾(rao)抑制方(fang)法分析(xi)
　　在電磁(ci)流量計(ji)的測量(liang)過程中(zhong),電極采(cai)集的流(liu)量信💞号(hao)混雜了(le)🛀大量的(de)幹擾信(xin)号和噪(zao)聲。流量(liang)信号中(zhong)的幹擾(rao)信号根(gen)據産生(sheng)機理不(bu)同可分(fen)爲3類,第(di)一類是(shi)與電磁(ci)流量計(ji)的電磁(ci)感應原(yuan)理有關(guan)的同相(xiang)幹擾、微(wei)分幹擾(rao)等;第二(er)類是和(he)電化學(xue)作用有(you)關的漿(jiang)液噪聲(sheng)、極化幹(gan)💁擾、流動(dong)噪聲♋等(deng);第三類(lei)是因外(wai)部電路(lu)而引起(qi)的工頻(pin)🈲幹擾,可(ke)分爲串(chuan)模幹擾(rao)、共模幹(gan)擾兩種(zhong)。
　　不同勵(li)磁方式(shi)對流量(liang)計的功(gong)耗、精度(du)、實時性(xing)等參數(shu)有着影(ying)🈲響。勵磁(ci)方式可(ke)分爲采(cai)用交變(bian)磁場和(he)采用恒(heng)🌈定磁場(chang)2種基本(ben)形式,采(cai)用交變(bian)磁場包(bao)括正弦(xian)波勵磁(ci)、低頻矩(ju)形波勵(li)磁、三值(zhi)矩形波(bo)㊙️勵磁、雙(shuang)頻矩形(xing)波勵磁(ci)、三值梯(ti)形波勵(li)磁等方(fang)式,采用(yong)恒定磁(ci)場包括(kuo)直流電(dian)源勵磁(ci)和永磁(ci)鐵勵磁(ci)。
3.1交變磁(ci)場勵磁(ci)
　　最早應(ying)用在電(dian)磁流量(liang)計中的(de)勵磁方(fang)式是工(gong)頻正弦(xian)波勵磁(ci)🐪,此種電(dian)磁流量(liang)計測量(liang)迅速,這(zhe)種方式(shi)能有效(xiao)消除電(dian)極🚩表面(mian)⭕的極化(hua)現象,降(jiang)低電化(hua)學電勢(shi)的影響(xiang)和傳感(gan)⛷️器内阻(zu),但是由(you)于頻率(lü)高,會帶(dai)來一💃系(xi)列電磁(ci)幹擾如(ru)正交幹(gan)擾、同相(xiang)幹擾等(deng)。矩形波(bo)勵☀️磁将(jiang)直流勵(li)磁和交(jiao)流勵磁(ci)的優點(dian)結合起(qi)來,既具(ju)㊙️備交流(liu)勵磁極(ji)化幹擾(rao)小的特(te)點，又具(ju)有直流(liu)勵磁無(wu)正交幹(gan)擾和同(tong)相幹擾(rao)矩形波(bo)勵磁方(fang)式采樣(yang)時間窗(chuang)口.長且(qie)穩定,可(ke)使流量(liang)計的零(ling)點🐇穩定(ding)性得到(dao)🔞提高。
　　矩(ju)形波勵(li)磁根據(ju)工作頻(pin)率的高(gao)低分爲(wei)低頻矩(ju)形波勵(li)磁㊙️和高(gao)頻矩形(xing)波勵磁(ci)，低頻勵(li)磁雖然(ran)具有零(ling)點穩定(ding)和❌有效(xiao)🔞降低電(dian)磁幹擾(rao)的優勢(shi),但是會(hui)降低傳(chuan)感器的(de)響應速(su)度,不再(zai)适用☎️于(yu)高速變(bian)化流體(ti)的測量(liang)。高頻勵(li)磁具有(you)響應速(su)度🔅快的(de)優勢,但(dan)存在電(dian)磁幹擾(rao)問題導(dao)緻測量(liang)精度的(de)下降,其(qi)測量精(jing)度比不(bu)上低頻(pin)勵👈磁。随(sui)着工業(ye)生産生(sheng)活中對(dui)流體測(ce)量實時(shi)性和測(ce)量精度(du)的提高(gao),單頻的(de)高頻勵(li)磁和低(di)頻勵磁(ci)已經不(bu)能滿☎️足(zu)人們的(de)測量要(yao)求,于是(shi)國内😍外(wai)研究人(ren)員将目(mu)光投向(xiang)了雙頻(pin)勵磁。雙(shuang)頻勵磁(ci)電磁流(liu)量計結(jie)合低頻(pin)矩形波(bo)勵磁和(he)高頻矩(ju)形波勵(li)磁的優(you)點。利用(yong)雙頻中(zhong)低頻抑(yi)制測量(liang)液體噪(zao)聲、保持(chi)零點穩(wen)定性和(he)高頻激(ji)勵響應(ying)速度快(kuai)的特點(dian)在測量(liang)被測液(ye)體時取(qu)得了較(jiao)好的效(xiao)果🏃‍♀️和較(jiao)快的響(xiang)應速度(du)。之後雙(shuang)頻勵磁(ci)技術得(de)到快速(su)發展,衍(yan)生了高(gao)壓和脈(mo)沖寬度(du)調制(PWM)調(diao)制低壓(ya)勵磁、時(shi)分雙.頻(pin)勵磁、雙(shuang)頻梯形(xing)波勵磁(ci)等多種(zhong)雙頻勵(li)磁形式(shi)。時分雙(shuang)頻勵磁(ci)方式不(bu)僅兼顧(gu)了高頻(pin)低頻的(de)優點,還(hai)提高🔞了(le)流.量計(ji)的量程(cheng)比‼️。雙頻(pin)梯形波(bo)與矩形(xing)波相比(bi),梯形波(bo)具有🌈穩(wen)定部分(fen),增加了(le)信号的(de)穩定性(xing)，可以有(you)效消除(chu)差分幹(gan)擾。與三(san)角波相(xiang)比,梯形(xing)波有上(shang)🤩升沿和(he)下降沿(yan),提高了(le)電壓的(de)利用率(lü)。雖然雙(shuang)頻勵磁(ci)兼☁️具高(gao)頻勵磁(ci)響應速(su)度快和(he)低頻勵(li)磁穩定(ding)性好的(de)優點,但(dan)是雙頻(pin)勵磁需(xu)要執行(hang)的算法(fa)💜相更爲(wei)複雜，這(zhe)就使👌得(de)流量計(ji)功耗較(jiao)大。
3.2恒定(ding)磁場勵(li)磁
　　流量(liang)計采用(yong)恒定磁(ci)場勵磁(ci)時,其優(you)點是磁(ci)場強度(du)恒💃定不(bu)變🈲,比交(jiao)變磁場(chang)勵磁更(geng)容易實(shi)現,流量(liang)計結構(gou)也更加(jia)簡化,受(shou)工頻幹(gan)☔擾的影(ying)響小。恒(heng)定磁場(chang)勵磁技(ji)術遇到(dao)的最關(guan)鍵問題(ti)是電化(hua)學作用(yong)在測量(liang)電極上(shang)産生極(ji)化電壓(ya),由于電(dian)極輸出(chu)的流量(liang)測量信(xin)号和電(dian)極極化(hua)電壓均(jun)💘爲直流(liu)信号,導(dao)緻很難(nan)從🔞測量(liang)信号中(zhong)⚽剔除極(ji)化電壓(ya)幹擾信(xin)号,甚至(zhi)極化電(dian)壓過大(da)會掩蓋(gai)測👌量信(xin)号産生(sheng)的感應(ying)電動勢(shi)。因此,恒(heng)定磁場(chang)勵磁方(fang)式僅适(shi)用于内(nei)阻極小(xiao)📱、導電率(lü)極🍓高且(qie)不産生(sheng)極化電(dian)壓💔的特(te)殊液态(tai)金屬的(de)流量測(ce)量中。
　　目(mu)前克服(fu)電極表(biao)面極化(hua)的方法(fa)可以分(fen)爲:1)對極(ji)化🌐噪聲(sheng)⛹🏻‍♀️進行補(bu)🚩償。将非(fei)勵磁時(shi)段極化(hua)噪聲用(yong)來補償(chang)勵磁時(shi)段⁉️的極(ji)化噪聲(sheng)。2)低通濾(lü)波極化(hua)噪聲并(bing)反饋補(bu)償。采用(yong)階低通(tong)濾波💁器(qi)剝離極(ji)化噪聲(sheng),并進行(hang)反饋補(bu)償。因爲(wei)低通濾(lü)🏃‍♀️波器會(hui)使流量(liang)信号發(fa)生畸變(bian)🥵,故此方(fang)法尚未(wei)應用于(yu)商🤟業儀(yi)表。3)将極(ji)化電壓(ya)控制✌️在(zai)穩定值(zhi)。這💋是一(yi)種避開(kai)極化電(dian)壓原理(li)的方法(fa),代表方(fang)法有繼(ji)電器電(dian)容反饋(kui)抑制極(ji)化。基于(yu)這種理(li)念，利用(yong)動态反(fan)饋控制(zhi)的方法(fa)應用在(zai)永磁體(ti)勵磁的(de)電磁流(liu)量計上(shang)。目前,這(zhe)種方🏃🏻法(fa)是恒磁(ci)磁場勵(li)磁方法(fa)研究的(de)熱門領(ling)域。
4電磁(ci)流量計(ji)發展趨(qu)勢
4.1勵磁(ci)技術的(de)發展趨(qu)勢
　　随着(zhe)電子快(kuai)速發展(zhan),對勵磁(ci)電流和(he)勵磁信(xin)号的控(kong)制也越(yue)來越精(jing)确。勵磁(ci)方式将(jiang)向多頻(pin)方向發(fa)展,讓電(dian)磁🔱流量(liang)計兼具(ju)響應速(su)度快,零(ling)點穩定(ding)性好,輸(shu)出信号(hao)穩⁉️定等(deng)優點。勵(li)磁頻率(lü)也将向(xiang)智能變(bian)換方向(xiang)發展,根(gen)據電磁(ci)流量計(ji)輸出感(gan)💘應電勢(shi)信号中(zhong)噪聲的(de)大小來(lai)改變勵(li)磁頻率(lü)☎️。使電磁(ci)流量🛀🏻計(ji)不僅具(ju)有克服(fu)流體噪(zao)❌聲😍和信(xin)号零點(dian)漂☎️移的(de)能力,還(hai)能估計(ji)當前流(liu)體的漿(jiang)液濃度(du)值。信号(hao)處理技(ji)術也不(bu).再隻依(yi)靠電路(lu)進行濾(lü)波,可以(yi)利用MATLAB、快(kuai)速傅裏(li)⭐葉變換(huan)(fastFouriertransform,FFT)或小波(bo)變換等(deng)軟件處(chu)理😄方式(shi)對信号(hao)調理以(yi)抑🔞制幹(gan)擾,提高(gao)電磁流(liu)量十的(de)勵磁精(jing)度。
4.2複雜(za)工況組(zu)合測量(liang)的發展(zhan)趨勢
　　随(sui)着流體(ti)測量工(gong)況複雜(za)性的增(zeng)加,電磁(ci)流量計(ji)也在朝(chao)着與🌈其(qi)他方法(fa)組合測(ce)量的方(fang)向發展(zhan)。主要有(you)電磁流(liu)量計與(yu)🛀🏻弧形⁉️電(dian)導🔴探針(zhen)組合測(ce)量系統(tong)、電磁流(liu)量計🌈結(jie)合分相(xiang)法測量(liang)液體流(liu)量叫、電(dian)磁流量(liang)十和電(dian)阻層析(xi)成像雙(shuang)模态系(xi)統等。結(jie)合弧形(xing)電導探(tan)針靈敏(min)度高，探(tan)測場分(fen)布均勻(yun)的優點(dian),可以提(ti)高流體(ti)測量的(de)分辨率(lü)。分相法(fa)的結合(he)可以提(ti)高測量(liang)精度,成(cheng)功地使(shi)電磁流(liu)量計适(shi)用于原(yuan)🏃‍♀️始相分(fen)布不均(jun)勻⚽的氣(qi)液兩相(xiang)流。電磁(ci)流量計(ji)與電阻(zu)層析成(cheng)像雙模(mo)态系統(tong)🙇‍♀️可利用(yong)多維數(shu)據融合(he)的方法(fa)測量油(you)水⚽兩相(xiang)流的分(fen)相體積(ji)流量與(yu)流速。随(sui)着互相(xiang)關算法(fa)🏃🏻‍♂️與多傳(chuan)感器信(xin)息融合(he)技🏃🏻‍♂️術⁉️的(de)發展,電(dian)磁流量(liang)計與🏃🏻‍♂️其(qi)他測量(liang)方法組(zu)合進行(hang)流體計(ji)量成爲(wei)未來發(fa)展的方(fang)向。

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