開封市中儀流量儀表有限公司
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閱讀：238發(fā)布時間：2021-12-27
電磁流量計存在的問題及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1．2電磁流量計目前存在的問題
經(jīng)過多年的技術(shù)探索和產(chǎn)品開發(fā)，世界各國在電磁流量檢測儀表開發(fā)方面雖然已取得了一定的成績，但是還存在著一定的問題。主要表現(xiàn)在：
1．智能性差。電磁流量計一般只有信號放大、轉(zhuǎn)換、積算、記憶保存及顯示等基本功能，而缺少正反向流量檢測、空管檢測等功能。此外，電磁流量計的勵磁模塊較少采用開關(guān)式恒流源，多數(shù)采用模擬式恒流源，效率低。這種恒流源的線圈電阻適應(yīng)范圍不夠大，往往需要很大的散熱器才能正常工作。
2．測量性能和靈敏度低。對傳感器流量信號的轉(zhuǎn)換精度不高，且多數(shù)缺乏小信號切除、非線性補(bǔ)償以及數(shù)字濾波等高級信號處理能力，從而影響了流量檢測精度。
3．可靠性不高。在系統(tǒng)設(shè)計上電磁流量計存在較多的信息轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因此增加了信號處理的中間環(huán)節(jié)和信號之間的連線，易引入干擾信號，從而影響系統(tǒng)的檢測精度和抗力。另外，還沒有采用有效的軟硬件容錯、隔離等抗干擾措施。
4．?dāng)?shù)字化程度不夠。電磁流量計一般采用模擬電流或電壓信號傳輸，這種方式的缺點在于量程范圍小、線形失真大、分辨率低、傳播距離較短，傳遞容量小、抗震動性能差、且后續(xù)處理復(fù)雜，所以并不能適應(yīng)對精密測量的要求。
5．系統(tǒng)開放性差。目前的電磁流量計的轉(zhuǎn)換器多由分離式模擬器件構(gòu)成， 從而使儀表的結(jié)構(gòu)、功能等的擴(kuò)充和使用維護(hù)變得困難；在軟件中采用過程化軟件設(shè)計思想，其可讀性和擴(kuò)展性較差。網(wǎng)絡(luò)通訊接口一般只配置RS．232或RS-485串行接口，所以電磁流量計的組網(wǎng)和通訊能力差。
1．3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
針對于以上出現(xiàn)的問題，本文認(rèn)真對國內(nèi)外面前電磁流量計的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了一些調(diào)查和相關(guān)的研究，可從如下的兩個方面進(jìn)行討論。
一、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，世界各國的流量計生產(chǎn)廠家都努力將應(yīng)用到產(chǎn)品的設(shè)計中，以提高產(chǎn)品的性能，擴(kuò)大產(chǎn)品的使用范圍。具體表現(xiàn)在如下幾個方面：
1．在儀表智能性的提高方面。儀表的智能性主要是指功能上的智能性。近年來，各流量計生產(chǎn)廠家不斷將新型微處理器應(yīng)用于其產(chǎn)品中，使電磁流量計具備了通過軟件控制整個工作過程的能力。因此，空管檢測、正／反向流量測量、非線性補(bǔ)償、數(shù)字濾波、零點自校準(zhǔn)等新功能相繼出現(xiàn)在各電磁流量計生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品中。此外，各電磁流量計生產(chǎn)廠家還在不斷地改進(jìn)電磁流量傳感器的設(shè)計，以達(dá)到提高電磁流量計智能水平的目的。目前，F(xiàn)ischer&Porter、愛知時計電機(jī)、東芝、跏llIle等公司己相繼向世人展示或推出了非滿管電磁流量計。該電磁流量計突破了傳統(tǒng)電磁流量計只能準(zhǔn)確測量滿管流量的限制，實現(xiàn)了電磁流量檢測技術(shù)的重大飛躍。在已推向市場的非滿管電磁流量計中，№e公司產(chǎn)品的測量誤差<-1％FS，成為該類產(chǎn)品中的者。
2．在勵磁技術(shù)水平和測量性能的改善方面。測量精度和零點穩(wěn)定性對電磁流量計來說至關(guān)重要，而這些技術(shù)指標(biāo)與流量計所采用的勵磁技術(shù)密切相關(guān)。為了提高電磁流量計的測量性能，世界各國的流量計生產(chǎn)廠家都在不斷開展勵磁技術(shù)的研究。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，勵磁技術(shù)從直流勵磁和交流勵磁發(fā)展到低頻矩形波勵磁、三值低頻矩形波勵磁等技術(shù)階段。目前，低頻矩形波勵磁已成為國內(nèi)外電磁流量計勵磁方式的主流。然而，應(yīng)用實踐發(fā)現(xiàn)低頻矩形波勵磁抗流動噪聲和抗?jié){液噪聲的能力并不理想。針對這一缺點，國外一些電磁流量計研究機(jī)構(gòu)目前己經(jīng)采用了幾種改進(jìn)的激磁方式如：雙頻率勵磁技術(shù)、頻率可調(diào)整矩形波勵磁技術(shù)、脈沖交流勵磁技術(shù)等。其中，德國Turbo Messtechnik公司推出的脈沖交流勵磁技術(shù)效果突出。應(yīng)用該技術(shù)制作的電磁流量計，其檢測到的流量信號幅值為通常矩形波勵磁儀表的10倍，且具有較高的信噪比。
3．在測量靈敏度的提高和勵磁功耗的降低方面。電磁流量傳感器的靈敏度以單位流速所產(chǎn)生感應(yīng)電勢的值來表示，數(shù)值愈小靈敏度愈高。早期交流勵磁方式儀表的靈敏度為1～1．5mV／(ngs)，低頻矩形波勵磁方式初期為0．2～ 0．4mV／(州，現(xiàn)在則進(jìn)一步提高到0．02"-'0．04mV／(m／s)。在所需勵磁功率方面， 早期的交流勵磁方式需要數(shù)百瓦的功率，低頻矩形波勵磁方式初期需要10,-一20W，現(xiàn)在則可降低到數(shù)十毫瓦。勵磁功率的降低不僅使流量傳感器在設(shè)計上實現(xiàn)了本質(zhì)安全防爆和結(jié)構(gòu)輕巧的目標(biāo)，而且還使采用蓄電池為勵磁線圈供電的想法變?yōu)榭赡堋Ｔ谶@種情況下，國外的一些流量計生產(chǎn)廠家推出了采用蓄電池供電的儀表。例如，英國ABB Kent-Tagler公司推向市場的VBC型儀表和商業(yè)名Aquamag的儀表，Aquamag儀表采取了瞬間供電運(yùn)行，即每隔15分鐘給勵磁線圈通電6s，其電池壽命可超過1年，并也可由太陽能電池供電：日本愛知時計電機(jī)公司的SW型電磁流量計，其內(nèi)置電池可連續(xù)使用10年。此外，目前市場上還出現(xiàn)了傳感器和轉(zhuǎn)換器間只需信號線相連的二線制電磁流量計。代表性產(chǎn)品有日本山武·雷尼韋爾的SMF．3000型和愛知時計的TAV型。
4．在信號處理能力的增強(qiáng)和測量誤差的減小方面。電磁流量計降低勵磁電流、改進(jìn)傳感器結(jié)構(gòu)及磁通分布密度，就可實現(xiàn)小型、輕量一體化的目標(biāo)。但是，以上改進(jìn)會使液體單位流速所產(chǎn)生的電感變小，對于不同的測量介質(zhì)流量傳導(dǎo)內(nèi)阻也會產(chǎn)生很大變化，從而增加了信號處理的難度，延緩了電磁流量計向前發(fā)展的速度。隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，各電磁流量計生產(chǎn)廠家采用高性能集成芯片和微處理器來提高信號放大處理精度、補(bǔ)償檢測誤差， 以克服傳感器、勵磁電流等方面改進(jìn)所帶來的弊端，大大加快了流量計向前發(fā)展的速度。采用各項新技術(shù)后，電磁流量計不僅在體積方面縮小，而且在精度上有了較大提高。
5．在系統(tǒng)開放性的提高方面。系統(tǒng)的開放性包括硬件電路開放性、軟件結(jié)構(gòu)開放性、通訊接口開放性以及人機(jī)界面開放性。增強(qiáng)系統(tǒng)開放性有利于系統(tǒng)功能擴(kuò)展、儀表間的互聯(lián)及系統(tǒng)組網(wǎng)，更有利于操作和維護(hù)。隨著電子、通信等技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟，電磁流量儀表工業(yè)進(jìn)入了新的發(fā)展時期。目前，國外各電磁流量計公司已將RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線、CAN總線、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)應(yīng)用于電磁流量計系統(tǒng)的設(shè)計中，推出了具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的電磁流量儀表。
二、市場狀況
電磁流量計是一種測量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的計量僅表，它主要由電磁流量傳感器、流量轉(zhuǎn)換和處理儀表等部分組成。具有無節(jié)流阻流部件，不易堵塞， 耐腐蝕性好，適用介質(zhì)范圍廣，測量精度不受被測介質(zhì)溫度、粘度、密度、壓力、比重等物理參數(shù)的影響，其示值在一定的電導(dǎo)率范圍內(nèi)與被標(biāo)定的液體種類無關(guān)等特點。電磁流量計除可測量一般液體的流量外，還可測量液固兩相液體、高粘度液體及鹽類、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿液體的體積流量，可廣泛應(yīng)用于水泥、化工、輕紡、冶金、礦山、造紙、醫(yī)藥、給排水、食品飲料、制糖、釀造等工業(yè)技術(shù)部門，特別是在環(huán)保領(lǐng)域。目前，電磁流量計己成為環(huán)保部門定量管理企業(yè)污水排放的有效工具。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國內(nèi)外生產(chǎn)電磁流量計的廠家如雨后春筍般迅速發(fā)展起來。當(dāng)前國外電磁流量計專業(yè)生產(chǎn)廠有50家以上，其中美國至少有18家， 德國和日本至少各有10家，英國至少有5家。有競爭力和有一定生產(chǎn)規(guī)模的電磁流量計專業(yè)制造企業(yè)有：Bailey．Fischer&Porter、Krohne、橫河、Endress+Hauser、ABB KentTayler、Foxboro、山武、Brook／Rosemount、Danfoss、東芝、富士電機(jī)、Turbowerk、Sparling等。
我國電磁流量計在工業(yè)上的應(yīng)用始于60年代初，其中上海光華儀表廠是國內(nèi)生產(chǎn)該產(chǎn)品的企業(yè)。目前國內(nèi)儀表行業(yè)己經(jīng)可以提供較為完整的系列儀表，其中上海光華·愛而美特儀器有限公司可以做到口徑為3m的流量計。近年國內(nèi)電磁流量計全國銷售臺數(shù)估計在8500．10000臺之間，并且每年以35％的比例增加。迄今我國至少有21家電磁流量計制造廠，產(chǎn)量排在前4位的是：上海光華·愛而美特儀器有限公司、開封儀表廠、上海橫河電機(jī)有限公司和上海光華儀表廠。它們占有電磁流量計中國市場80％左右的份額。在當(dāng)代流量儀表品種(壓差式、浮子式、容積式、電磁式、渦輪式、渦街式、超聲式、科里奧利斯質(zhì)量式、熱式和明渠式)中，電磁流量計的銷售金額和生產(chǎn)臺數(shù)均占有相當(dāng)大比重。據(jù)統(tǒng)計，電磁流量計在1997年的世界流量計*僅次于差壓式流量計排在第二位。而開封電磁流量計目前*排在第二位，而其市場增長率卻大于壓差式流量計。我們可以預(yù)期：在未來的數(shù)十年內(nèi)，隨著智能電磁流量計優(yōu)點的增多、缺點的不斷解決，電磁流量計會依據(jù)其自身*的優(yōu)點在*上一舉超過壓差式流量計，成為流量計市場的。
據(jù)報道，美國1989年的實際流量儀表市場為7．25億美元，電磁流量計占9．7％；日本1992年的實際流量儀表市場為591億日元，其中電磁流量計占16．5％， 僅次于差壓式流量計位于第二，由此可見電磁流量計在流量計量工業(yè)中的重要地位。近年來電磁流量計更是以突飛猛進(jìn)的速度在發(fā)展，隨著國內(nèi)供水行業(yè)自動化技術(shù)水平不斷提高以及貿(mào)易結(jié)算計量的要求，其在給排水行業(yè)的應(yīng)用也越來越得到重視。
根據(jù)ARC近期的一項研究，電磁流量計在未來5年的年復(fù)合增長率可達(dá)到3．5％。這一市場2006年達(dá)到7．304億美元，預(yù)計至201 1年將達(dá)到8．66億美元。
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