电磁流量计干标定技术
电磁流量计干标定技术的国内外研究现状
由于湿标定的固有缺点难以避免，干标定技术一直以来就被广大科学家和流量计生产厂家所关注。我国流量专家北京化工大学孙延祚教授在((2020流量仪表科技发展规划的建议》中明确建议研究大口径电磁流量计及其干标定技术(可与俄罗斯专家合作研究)，以适应水工业的需要I埘。超声波流量计、差压式流量计、涡街流量计、电磁流量计因其测量原理可追溯性好，被认为是四种干标定的流量计。但因干标定技术对相应流量计产品的一致性要求较高，只有少数发达工业国家对此项技术开展了相应研究。目前，日本已成功实现涡街流量计干标定技术的工业化应用，并建立了相应的工业标准《涡流流量计——流量测定方法》。我国在涡街流量计干标定技术上做过探索，重庆工业自动化仪表研究所于1990年发布了《涡街流量计干标定研究工作报告》，是我国在此领域取得的宝贵成果I圳l瑚。
一般来说，电磁流量计由于采用电磁感应定律，从原理上讲可追溯性好，适合于干标定。但是，干标定技术的应用对电磁流量计产品的一致性要求较高，这成为限制其工业应用的一个门槛。另外，电磁流量计干标定技术的研究从技术本身来讲也存在不少难点。因此，虽然许多国家对该项技术有过研究，但是取得有效成果的却很少。日本在20世纪70年代为了解决大口径电磁流量计无法实现湿标定的问题，进行过电磁流量计干标定研究，并作为日本工业标准JIS Z 8764— 1975《应用电磁流量计测量流量的方法》的内容。但是由于精确度相对较低，现在已很少采用Ill。我国在电磁流量计干标定技术上也曾做过一些探索。上海光华仪表厂和天津自动化仪表三厂曾经分别对自己生产的LD500和LD25规格的电磁流量计进行过干标定试验，但是计算与实际结果偏差为1．8％，误差不能满足仪表规定的要求。
虽然电磁流量计干标定技术研究和应用遇到了不少困难和挫折，但是在研究这项技术的过程中，也产生了一些宝贵的研究成果和技术难点共识。例如，尽管各个研究使用的研究方式彼此不同，但是大家都普遍认同电磁流量计干标定的关键技术是准确地获取电磁流量传感器管道有效区域内各点的磁场信息。要获取电磁流量传感器管道有效区域内各点的磁场信息，使用磁场检测仪器在电磁流量传感器管道内直接逐点测量已经被证实行不通。目前，解决此难题的新思路为：利用电磁流量计磁场的交变特性，通过测量电磁感应所产生的其它物理量间接获取电磁流量计有效区域内的磁场信息。这样，无须直接测取电磁流量计内部磁场便有可能实现对电磁流量计的干标定。英国Cranfield大学J．Hemp 教授提出的涡电场测量法、我国上海大学李斌教授提出的HALL效应法与俄罗斯热工仪表所Velt．1．D教授提出的面权重函数法都类似于这种方法。以下对这三种方法进行简单介绍。
(1)涡电场测量法121II卅
涡电场测量法是由英国Cranfield大学的J．Hemp教授提出的，这种测量法主要思想如下：电磁流量计在应用过程中有流体通过传感器管道时，由于交变磁场的作用，管道中将伴随产生涡电场，该电场不受流速分布的影响，通过测量电磁流量计电极所在位置涡电场强度测取电磁流量传感器标定系数。基于以上思想，将电磁流量传感器竖直放置，管段内充满被测介质(例如水)， 在磁场交变时，管段中将产生涡电场。如图卜6所示，图中Ezl，EZ2表示涡电场在管道轴向的分量。图卜6涡电场测量法原理示意图
当电磁流量计采用矩形脉冲信号励磁且电磁流量传感器管道中流体速度分布平坦时，在流量计两电极处各放入一个涡电场测量传感器，每个涡电场测量传感器由绝缘衬底及一对电极组成，每对电极间距离为6，则涡电场测量传感器电极问将产生电势差El、E2。图卜7表示了磁感应强度B、流量计电极问电势差AU及涡电场传感器电极间电压E。、E2信号之间的关系。涡电场测量法在正确搞清楚三者关系的基础上，通过测量涡电场而问接测量电磁流量传感器内部磁场，从而实现了对电磁流量传感器的标定。磁感应强度B 流量计电极间屯势差AU 传图卜7涡电场测量法信号示意图
涡电场测量法理论模型基于电磁流量传感器管段内速度分布平坦的假设，因此无法对非理想流场情况下的电磁流量传感器精度进行检测。在电磁流量计实际应用中，只要有上、下游直管段的保证，电磁流量传感器管段内的流场为*发展，速度分布趋于平坦，大口径电磁流量计在理想状态下的速度分布便是如此。因此，此方法可适用于较大口径电磁流量计。对于小口径的电磁流量计，由于电磁流量传感器及其电极尺寸的限制，测量精度将难以保证。另外，使用涡电场测量法标定电磁流量计的过程中，无法模拟多相流和介质的速度分布。这也是它的又一不足之处。
(2)HALL效应法127I
HALL效应法是由我国上海大学的李斌教授提出的，这种方法基于的思想是：利用电解质溶液的HALL效应，在电磁流量传感器管道中建立HALL系统， 将对电磁流量传感器磁场的测量转化为对HALL电压的测量，从而实现对电磁流量传感器的干标定。
基于以上思想，在电磁流量传感器管道中建立如图卜8的电磁流量计HALL 系统。图中，1，2是两个电极；3，4是两个平板导体；5是电解液。该系统工作时，首先在3，4和电解液之间建立电流回路，在电磁流量传感器管道中磁场的作用下，传感器管道中将发生HALL效应，电极l处将聚集正电荷，在电极2 处将聚集负电荷，于是1，2电极之间将形成电压信号U输出。正是在建立电压信号u和磁感应强度B的关系下，实现了通过直接测量u而间接测量磁感应强度B的效果，从而能够实现电磁流量传感器的标定。U 图卜8 HALL效应法原理示意图在使用HALL效应法时，由于溶液对温度的敏感性要远远大于固体，一般测量系统的稳定性要求在1％以内时必须考虑测量体系的温度。同时，各种电解质溶液的离子动力学参数随温度变化的关系研究本身就是一个比较困难的问题， 因此溶液HALL效应的较高精度测量要采用对溶液的恒温控制。从这方面来讲， 该方法很难达到很高的标定精度。
(3)面权重函数法I勰1129]1301
面权重函数法是由俄罗斯热工仪表所的Velt．I．D教授提出的，这种方法基于的基本思想是：通过MFC传感器中绕制的线圈和电磁流量传感器线圈之间的互感作用，在电磁流量传感器管道中的磁场交变时，测量MFC传感器输出的感应电压信号，从而实现对电磁流量传感器的干标定。图卜9 MFC传感器法原理示意图由于面权重函数法的MFC传感器根据面权重函数W。的等值线制得，如图卜9所示。w。包含了流速分布等流场信息，因此可根据实际流场制作不同MFC 传感器，从而完成不同流场情况下的电磁流量传感器干标定。装置亦可用于浆液、粘性介质及流体的运动学和动力学特性，甚至多相流对电磁流量计测量精度影响的研究，具有较大的学术意义与实用价值。扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、V锥流量计、V型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入涡街流量计、智能涡街流量计，更多信息请访问开封中仪网站：
