Ιστορία του ηλεκτρομαγνητικού μετρητή ροής

Εισαγωγή στα Ηλεκτρομαγνητικά Ροόμετρα

Η μέτρηση της ροής χρησιμοποιώντας την αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής είναι μια από τις πιο κοινές μεθόδους μεταξύ πολλών μεθόδων μέτρησης ροής. Μπορεί να μετρήσει την ταχύτητα ροής και το ρυθμό ροής των αγώγιμων υγρών σε διάφορα σχήματα καναλιών ροής και είναι μια εφαρμογή του νόμου του Faraday για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Το ηλεκτρομαγνητικό ροόμετρο είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο και προσιτό όργανο.

Ανακάλυψη της Ηλεκτρομαγνητικής Επαγωγής

Ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής ανακαλύφθηκε από τον Βρετανό φυσικό Faraday το 1831. Ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Faraday δηλώνει ότι όταν ένας αγωγός κόβει μαγνητικές γραμμές δύναμης σε ένα μαγνητικό πεδίο, μια επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη κάθετη προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου και την κατεύθυνση του η κίνηση του αγωγού θα προκληθεί και στα δύο άκρα του αγωγού. Το μέγεθος της επαγόμενης ηλεκτροκινητικής δύναμης είναι ανάλογο με την ένταση της μαγνητικής επαγωγής και την ταχύτητα κίνησης.

Πρώτο Πείραμα Ηλεκτρομαγνητικού Ροόμετρου

Το 1832, ο Faraday τοποθέτησε δύο μεταλλικές ράβδους ως ηλεκτρόδια και στις δύο πλευρές της γέφυρας Waterloo του ποταμού Τάμεση σε μια θέση κάθετη προς την κατεύθυνση της ροής του νερού και προς την κατεύθυνση του γεωμαγνητικού πεδίου. Αυτό ήταν το πρώτο πείραμα ηλεκτρομαγνητικού ροόμετρου στον κόσμο. Ωστόσο, λόγω ηλεκτροχημικών αντιδράσεων, θερμοηλεκτρικών επιδράσεων κ.λπ., το μετρούμενο σήμα ήταν ψευδές και το σήμα του ρυθμού ροής βραχυκυκλώθηκε από την κοίτη του ποταμού. Επιπλέον, λόγω των περιορισμών των τότε συνθηκών μέτρησης, απέτυχε. Ευτυχώς, το 1851, είδε την επιτυχία του Wollsaton και άλλων στη μέτρηση της παλίρροιας της Μάγχης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Ο Faraday ανακάλυψε τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής

Πρώιμες εξελίξεις στα Ηλεκτρομαγνητικά Ροόμετρα

Το 1917, οι Smith και Spirean απέκτησαν δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την εφαρμογή της αρχής της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής για την κατασκευή ενός ταχύμετρου πλοίου και συνέστησαν τη χρήση διέγερσης εναλλασσόμενου ρεύματος για να ξεπεραστεί η επίδραση πόλωσης του νερού, ανοίγοντας έτσι την εφαρμογή μετρητών ηλεκτρομαγνητικού ρεύματος στην ωκεανογραφία. .

Προόδους και Θεωρητικές Συνεισφορές

Το 1930, ο Williams έκανε ένα διάλυμα θειικού χαλκού να ρέει σε έναν μη αγώγιμο κυκλικό σωλήνα τοποθετημένο σε μαγνητικό πεδίο συνεχούς ρεύματος. Η τάση συνεχούς ρεύματος μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων του κυκλικού σωλήνα ήταν ανάλογη με τον ρυθμό ροής. Αυτή η συσκευή έγινε ένα απλό ηλεκτρομαγνητικό ροόμετρο. Ο Williams χρησιμοποίησε μαθηματικές μεθόδους για να αναλύσει την επίδραση της κατανομής της ταχύτητας ροής στον κυκλικό σωλήνα στη μέτρηση για πρώτη φορά και πρότεινε τη θεωρία ότι η κατανομή της ταχύτητας ροής συμμετρική προς τον κεντρικό άξονα του σωλήνα δεν επηρεάζει την ακρίβεια μέτρησης του ηλεκτρομαγνητικό ροόμετρο. Αν και η ανάλυσή του ήταν μαθηματικά λανθασμένη, η βασική θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού ροόμετρου καθιερώθηκε από τότε.

Βιολογικές Εφαρμογές και Μεταπολεμικές Προόδους

Γύρω στο 1932, με βάση την πρόταση του Fabre, οι βιολόγοι Willams και A. Colin χρησιμοποίησαν επιτυχώς ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα για τη μέτρηση και την καταγραφή της στιγμιαίας ροής αρτηριακού αίματος.

Μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, η βιομηχανία ατομικής ενέργειας αναπτύχθηκε γρήγορα, η οποία επέτρεψε τη μέτρηση του μόνιμου μαγνήτη του υγρού μετάλλου και αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε το ηλεκτρομαγνητικό ροόμετρο. Ωστόσο, λόγω της καθυστερημένης ηλεκτρονικής τεχνολογίας εκείνη την εποχή, το πεδίο εφαρμογής της δεν μπορούσε να επεκταθεί στη γενική βιομηχανία.

Βιομηχανική Υιοθέτηση και Παγκόσμια Επέκταση

Το 1950, οι Ολλανδοί χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα πολτού για να μετρήσουν τη ροή λάσπης σε βυθοκόρους. Αργότερα, τα ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα χρησιμοποιήθηκαν στη γενική βιομηχανική παραγωγή στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Το 1955, η Hokushin Electric και η Yokogawa Electric της Ιαπωνίας παρουσίασαν προϊόντα ηλεκτρομαγνητικών ροομέτρων από τις Fischer & Porter και Foxboro των Ηνωμένων Πολιτειών αντίστοιχα. Μετά από συνεχή πέψη, απορρόφηση και βελτίωση, τα ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα τους έγιναν σύντομα παγκοσμίως προηγμένα. Γύρω στο 1955, η πρώην Σοβιετική Ένωση, η Βρετανία και η Γερμανία παρήγαγαν επίσης με επιτυχία ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα.

Μαθηματική Ανάλυση και Τεχνολογική Ωρίμανση

Στις αρχές της δεκαετίας του 1960, ο JA Shercliff ολοκλήρωσε τη μαθηματική ανάλυση του ηλεκτρομαγνητικού ροόμετρου με άπειρο ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο από τον A. Kolin και άλλους προκατόχους.

Η μαθηματική ανάλυση της ταχύτητας ροής κάτω από το πεπερασμένου μήκους ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο και η θεωρία της συνάρτησης βάρους αποκάλυψαν τα μικροσκοπικά χαρακτηριστικά της επαγόμενης ηλεκτροκινητικής δύναμης, γεγονός που έκανε το ηλεκτρομαγνητικό ροόμετρο να έχει μια συστηματική βασική θεωρία. Ταυτόχρονα, υπό τις συνθήκες της ταχείας ανάπτυξης της βιομηχανίας ηλεκτρονικών και της συνεχούς βελτίωσης του βαθμού βιομηχανικού αυτοματισμού, το ηλεκτρομαγνητικό ροόμετρο βελτιώθηκε και ωριμάσει σταδιακά και εξελίχθηκε σε ροόμετρο με εξαιρετική απόδοση, το οποίο έχει ευρέως χρησιμοποιείται στη βιομηχανία.

Από τα τέλη της δεκαετίας του 1960 έως τα μέσα της δεκαετίας του 1970, με τη σε βάθος μελέτη των τρισδιάστατων συναρτήσεων βάρους, εμφανίστηκαν ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα με σταθμισμένα μαγνητικά πεδία κατανομής, τα οποία μείωσαν σημαντικά το περιορισμένο μήκος μαγνητικού πεδίου και βελτίωσαν την αναισθησία της μέτρησης στην ταχύτητα ροής σε κάποιο βαθμό. Ταυτόχρονα, είναι επίσης ευνοϊκό για την απλοποίηση της κατασκευής του ροόμετρου και τη μείωση του κόστους. Τα ερευνητικά αποτελέσματα των τρισδιάστατων συναρτήσεων βάρους έχουν σημαντική καθοδηγητική σημασία για την ανάπτυξη ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Λόγω της ταχείας ανάπτυξης των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου και των υψηλότερων απαιτήσεων απόδοσης για όργανα μέτρησης ροής που προέκυψαν από την παγκόσμια ενεργειακή κρίση, εμφανίστηκε μια νέα τεχνολογία διέγερσης ορθογώνιων κυμάτων χαμηλής συχνότητας. Τα ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα διέγερσης ορθογώνιων κυμάτων χαμηλής συχνότητας συγκεντρώνουν τα πλεονεκτήματα των ροόμετρων διέγερσης εναλλασσόμενου ρεύματος στην καταστολή των παρεμβολών πόλωσης σε σήματα μαγνητικού πεδίου συνεχούς ρεύματος και στη μείωση των στοιχείων σήματος παρεμβολής ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής που περιέχονται στα σήματα των ροόμετρων μαγνητικού πεδίου AC. Βελτιώνει τη μηδενική σταθερότητα, την ευαισθησία και την ακρίβεια μέτρησης του ροόμετρου, μειώνει την κατανάλωση ενέργειας, επιλύει τα προβλήματα εναλλαξιμότητας και αποτελεί κορύφωση στην ανάπτυξη ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων.

Σύγχρονες προόδους και εφαρμογές

Από τη δεκαετία του 1980, η ταχεία ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής και της τεχνολογίας υπολογιστών έχει κάνει την τεχνολογία κατασκευής ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων πιο ώριμη και τέλεια, και το πεδίο εφαρμογής της έχει διευρυνθεί περαιτέρω. Τα σύγχρονα ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα χρησιμοποιούν τεχνολογία μικροϋπολογιστή με ένα chip και μεθόδους ψηφιακής επεξεργασίας για να βελτιώνουν συνεχώς την ακρίβεια μέτρησης και την απόδοση των ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων και μπορούν να αξιοποιήσουν πλήρως τα πλεονεκτήματα των υπολογιστών στην αποθήκευση πληροφοριών, την επεξεργασία χρόνου, τον υπολογισμό και τον έλεγχο. Επομένως, είναι σχετικά εύκολο να πραγματοποιηθούν πρόσθετες λειτουργίες, όπως μέτρηση αμφίδρομης κατεύθυνσης, ανίχνευση κενών σωλήνων, αυτόματη εναλλαγή πολλαπλών εύρους, διάλογος ανθρώπου-υπολογιστή, επικοινωνία με τον κεντρικό υπολογιστή και αυτοδιάγνωση. Η νέα γενιά ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων με πρωτόκολλο HART και άλλους διαύλους πεδίου παρέχουν στους χρήστες προϋποθέσεις για την πραγματοποίηση ολοκαίνουργιου ελέγχου και διαχείρισης παραγωγής fieldbus. Ως εκ τούτου, τα ενσωματωμένα ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα δύο καλωδίων, αντιεκρηκτικά, υψηλής πίεσης και επικοινωνίας γίνονται όλο και πιο δημοφιλή στον αυτόματο έλεγχο διαδικασιών βιομηχανικής παραγωγής όπως η χημική, το πετρέλαιο, ο χάλυβας και η μεταλλουργία.

Αναδυόμενες Τεχνολογίες και Μελλοντικές Κατευθύνσεις

Με την επέκταση του πεδίου εφαρμογής, έχουν προκύψει διάφορα νέα αγώγιμα όργανα μέτρησης όγκου υγρού και συστήματα που χρησιμοποιούν μεθόδους ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, όπως χωρητικά ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα που μπορούν να μετρήσουν χαμηλή αγωγιμότητα,
Ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα μερικώς πλήρους σωλήνα για τη μέτρηση της βαρυτικής αποστράγγισης, υποβρύχια ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα για μέτρηση ανοιχτού καναλιού, ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα και ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα εισαγωγής που μπορούν να μετρήσουν την ταχύτητα σημείου ροής σε ανοιχτά κανάλια και σωλήνες μεγάλης διαμέτρου και συστήματα μέτρησης ανοιχτών καναλιών που αποτελούνται από ηλεκτρομαγνήσιο μέθοδος ταχύτητας-στάθμης νερού κ.λπ.

Ανάπτυξη Ηλεκτρομαγνητικών Ροομέτρων στην Κίνα

Η Κίνα άρχισε να αναπτύσσει ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα ήδη από τα τέλη της δεκαετίας του 1950 και το Shanghai Guanghua Instrument Factory άρχισε να παρέχει προϊόντα στην κοινωνία στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Το 1967, το Shanghai Industrial Automation Instrument Research Institute, το Shanghai Guanghua Instrument Factory, το Kaifeng Instrument Factory, το Tianjin Automation Instrument Factory No. 3, κ.λπ. συμμετείχαν στον εθνικό ενοποιημένο σχεδιασμό ηλεκτρομαγνητικών ροομέτρων που οργανώθηκε στο Shanghai Industrial Research Automation Instru. Αν και ο χρόνος ήταν σύντομος, όλοι έκαναν καταιγισμό ιδεών και βελτίωσαν την κατανόηση των ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων. Σε λιγότερο από ένα χρόνο, σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε μια σειρά μετρητών μαγνητικής ροής της Κίνας. Το πιο σημαντικό, αυτός ο εθνικός ενοποιημένος σχεδιασμός ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων έθεσε τα θεμέλια για τη μετέπειτα ανάπτυξη ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων στην Κίνα και καλλιέργησε ταλέντα.

Η πρόοδος και οι τεχνολογικές εξελίξεις της Κίνας

Στα μέσα της δεκαετίας του 1970, επηρεασμένη από τις προηγμένες βιομηχανικές χώρες, η έρευνα για τη θεωρία των ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρου στην Κίνα εισήλθε επίσης σε κορύφωση. Τον Ιούνιο του 1975, οι διάσημοι φυσικοί, ο καθηγητής Wang Zhuxi και ο καθηγητής Zhao Kaihua του Πανεπιστημίου του Πεκίνου προσκλήθηκαν από πολλούς διάσημους κινεζικούς παράγοντες μαγνητικού μετρητή ροής να πραγματοποιήσουν μια αυστηρή μαθηματική ανάλυση της θεωρίας της συνάρτησης βάρους του ηλεκτρομαγνητικού ροόμετρου και να δώσουν διαλέξεις, οι οποίες οδήγησαν στην ενεργό συμμετοχή πολλών πανεπιστημίων όπως το Huazhong University of Science and Technology, Northeastern University of Science and Technology και Shanghai Jiaotong University στην έρευνα της θεωρίας των ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρου και στην ανάπτυξη των προϊόντων ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρου σταθμισμένου κατανεμημένου μαγνητικού πεδίου της χώρας μου.

Τρέχουσα κατάσταση και μελλοντικές προοπτικές

Το ηλεκτρομαγνητικό ροόμετρο της Κίνας είναι ένα από τα προϊόντα υψηλής τεχνολογίας που έχουν πάρει το δρόμο της μεταρρύθμισης νωρίτερα και με μεγαλύτερη επιτυχία, εισάγοντας ξένη προηγμένη τεχνολογία και ιδρύοντας κοινοπραξίες με ξένες προηγμένες επιχειρήσεις. Αυτό όχι μόνο έδωσε τη δυνατότητα στις βασικές επιχειρήσεις παραγωγής ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων να αναπτυχθούν γρήγορα, αλλά και οδήγησε την τεχνολογική πρόοδο άλλων μικρομεσαίων επιχειρήσεων που παράγουν ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα. Προς το παρόν, η παραγωγή ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων στη χώρα μου βασίζεται βασικά σε διέγερση ορθογώνιων κυμάτων χαμηλής συχνότητας και έχει εισέλθει σταδιακά στην εποχή του σταθμισμένου μαγνητικού πεδίου και των ευφυών ροόμετρων. Το μέγεθος του αισθητήρα μαγνητικού μετρητή ροής κυμαίνεται από 3 mm έως 3000 mm και η ακρίβεια μέτρησης είναι εντός του εύρους ±0,3%R ή ±1%FS. Ο αριθμός των κινεζικών κατασκευαστών ηλεκτρομαγνητικών μετρητών ροής έχει αυξηθεί από 4 στις αρχές της δεκαετίας του 1980 σε περίπου 30 σήμερα. η παραγωγή έχει αυξηθεί από λιγότερο από 1.000 σετ ετησίως σε σχεδόν 30.000 σετ ετησίως σήμερα. Είτε όσον αφορά το επίπεδο τεχνολογίας κατασκευής, τις δυνατότητες ανάπτυξης ή την ανάπτυξη της αγοράς, το χάσμα μεταξύ των ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων της Κίνας και του προηγμένου επιπέδου του κόσμου μειώνεται γρήγορα.

Η Κίνα διατύπωσε το βιομηχανικό πρότυπο ηλεκτρομαγνητικού ροόμετρου το 1980. Με την ανάπτυξη και την πρόοδο της τεχνολογίας, αναθεωρήθηκε το 1999 και υιοθέτησε το διεθνές πρότυπο ISO (ISO 9104:

Τα εθνικά πρότυπα GB/T 18659-2002 [Μέθοδοι για την αξιολόγηση της απόδοσης των ηλεκτρομαγνητικών ροομέτρων για τη μέτρηση της ροής αγώγιμων υγρών σε κλειστούς σωλήνες] και GB/T 18660-2002 [Μέθοδοι χρήσης ηλεκτρομαγνητικών ροομέτρων για μέτρηση της ροής αγώγιμων υγρών κλειστοί σωλήνες] έχουν εκδοθεί. Αυτό θα επιτρέψει στα ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα της Κίνας να συμβαδίζουν με τα διεθνή πρότυπα στο μέλλον και να δημιουργήσουν συνθήκες για την ανάπτυξη των κινεζικών ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων.