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              2017年新型電磁流量計測量技術的發展方向
              發布日期:2017-5-15 14:32:52
              2017年新型電磁流量計測量技術的發展方向
              2017年新型電磁流量計測量技術的發展方向:
                 根據調查報告顯示,2003年中國市場的電磁流量計計超過了4600萬美元;到2008年中國的電磁流量計計市場預計將達到大約7700萬美元。由于水資源供需不平衡,中國政府將在供水、排水處理方面計劃投資220億美元。ARC預測,該領域將對電磁流量計計流量的需求量將會很大.。目前,國內外的學者和生產廠家關于電磁流量計計的研究開發主要集中在以下幾個方面: 
              2016新型電磁流量計
                1、勵磁技術水平的改善“”’:勵磁方式決定了傳感器工作磁場特征、電磁流量計計的抗干擾能力大小和零點穩定性能的好壞,因此勵磁技術始終是電磁流量計計的一個重要的研究方向。目前,低頻矩形波勵磁己成為國內外電磁流量計計勵磁方式的豐流。然而,應用實踐發現該方式對于抗流動噪聲和抗漿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計研究機構目前已推出了幾種改進的激磁方式,如:雙頻率勵磁技術、頻率可調整矩形波勵磁技術、脈沖交流勵磁技術等。其中,德國Turbo Messtechnik公司推出的脈沖交流勵磁技術效果最為突出。應用該技術制作的電磁流量計計,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。
                2、多電極電磁流量計計的研究:兩電極電磁流量計計不能用于測量非軸對稱流型流體和小流量測量,其根本原因在于靠近電極區域對流型變化的“過度敏感”。當流型為軸對稱時, 電極附近的過度敏感區被遠離電極的欠敏感區所平衡,故可以準確測量;而當流速分布偏離軸對稱時,這種敏感平衡關系被破壞,測量將會出現誤差。多對電極、兩對線圈的多電極電磁流量計計能明顯改善這一狀況,即使流型嚴重偏離軸對稱,誤差也不大,測量精度仍能滿足一般的工程需要。”。多電極電磁流量計計還可用于流場速度分布的求解。國內外有許多研究者正在進行此項課題的研究。1996年清華大學的張小章提出了摹于流動電磁測量理論的流場重建,即用多電極電磁流量計計測量管道截面流速分布,并對多電極電磁流量計計用于流速分布的測量進行了數值模擬,證實了采用流動的電磁測量方法求解流場速度分布的可行性”刎。白1999年開始,浙江大學在基于電磁感應原理的多電極流量測量方法方面做了深入的研究,取得了一系列的研究成果,并于2000年開發成功多電極成像式電磁流量計計【翹】O 
                 3、絕緣介質流量測量:在上個世紀60年代,電磁流量計計首次應用于測量絕緣液體流量.1。但是,磁芯和旁邊的導電材料中的渦電流產生了衰退脈沖余波,造成為了等待衰退脈沖余波消退而信號采樣每半周期均產生滯后。問題是使用高頻勵磁,沒有足夠的時間等待余波完全消退,因而產生了零點遷移。對此,V.Cushing提出了一種根據零點遷移電壓方程的時間獨立性來剔除零點遷移的電磁信號處理方法,在高頻勵磁下,可以校正零點遷移,使得電磁流量計計可以測量包括絕緣流體在內的各種流體o”。
                 4、零點穩定性及測量下限拓展:電磁流量計計的零點穩定性決定了儀表的測量準確度和測量下限。提高零點穩定性是進一步拓展測量下限必要條件。為此,許多學者做了大量工作,例如從電路抗干擾角度入手,設計出高信噪比的電路;根據零點的變化方式提出了插入法預測零點電平變化的軟件處理方法;通過電路反饋法來消除零點漂移等。以上方法均是針對某種噪聲信號直接通過硬件電路消除或在采樣后通過軟件消除。2003年,浙江大學提出了基于相關檢測原理的電磁流量計計,通過硬件電路將信號中的所有干擾噪聲提取出來, 對感應電動勢信號進行相位相關處理,將實時變化的零點噪聲抵消,從而提高了零點穩定性和低流速下測量準確度,拓展了電磁流量計計的測量下限.。2004年,天津工業大學李小京也使用相關算法對電磁流量計計低流速性能進行了改進m.。
                5、勵磁線圈及傳感器內部磁場的優化設計:勵磁線圈的大小、形狀及放置位置直接影響傳感器內部磁場分布。其中磁場的邊緣效應對其測量準確度影響很大,因此勵磁線圈的優化設計成為了電磁流量計計的重要研究方向。波蘭學者A.Michalski,S.Wincenciak和J.Staezynski等人,采用有限元分析方法,對明渠電磁流量計計傳感器及勵磁線圈進行2D 和3D建模,在磁場快速減小的區域較好的消除了磁場邊緣效應產生的誤差影響,并做出了電磁流量計計傳感器設計的GUI軟件.~。
                 本課題的研究意義
                 本課題依托于天津市重大科技攻關項目一現場總線智能化儀表計主控系統成套產品的研發和產業化,主要研究摹于HART協議的智能電磁流量計變送器關鍵技術。通過對HART協議的解讀,建立HART協議現場總線通信機制,應用于電磁流量計變送器的設計之中,實現HART總線協議的通信和互操作,并且要符合HART協議儀表低功耗的技術要求,并對其關鍵技術進行研究。
                 電磁流量計計廣泛應用于水泥、化工、紡織、醫藥、造紙、給排水、食品飲料等領域, 其產品質量和性能對上述企業的經濟效益有著重要的影響。我國雖然己在電磁流量計計開發方面取得了一定的成績,但由于起點低,還存在一定的缺陷,主要表現如下: 
                1、國產的流量檢測儀表在系統設計上存在較多信息轉換環節,因此增加了信號處理的中間環節和信號之間的連線,易引入干擾信號,從而影響系統的檢測精度和抗干擾能力。另外國產的流量檢測儀表還沒有采用有效地軟硬件容錯、隔離等抗干擾措施。
                 2、檢測精度低。國產的流量檢測儀表對傳感器流量信號的轉換精度不高,且多數缺少小信號切除、非線形補償以及數字濾波等高級信號處理能力,從而影響流量檢測的精度??煽啃圆桓?。
                3、開放性差。目前的電磁流量計計轉換器多由分離式模擬器件構成,從而使儀表的結構、功能等的擴充和使用維護變得困難,軟件采用過程化軟件設計思想,其可讀性和可擴展性較差,網絡通訊接口一般只配置單獨RS一232或單獨RS一485串行接口,組網和通訊能力差。儀表行業是我市重要支柱產業之一,對推動我市改革開放和經濟發展具有重要的地位。通過對基于HART協議的智能電磁流量計變送器關鍵技術的研究,既實現智能電磁流量計變送器的現場總線的通信、智能化要求和提高其轉換精度及抗干擾能力,可以大力促進天儀集團儀表研制、開發和制造進程,從而促進天津市儀表行業的發展,以信息化帶動產業化,推動天津市整體經濟素質的提高。
                 本論文的主要研究內容:
                 本文采用現場總線和計算機控制技術,研究開發出符合國外電磁流量計計智能化、網絡化、小型化等發展趨勢、具有組網通訊功能的智能化電磁流量計檢測儀表,有助于改變國內電磁流量計計產品的落后現狀。主要研究內容如下: 
                (1)對HART協議內容進行深入解讀,對其消息包結構進行剖析。分析基于HART協議系統的通信模式,解讀其操作命令和數據格式。靈活應用HART協議的物理層、數據鏈路層及應用層的規范,建立基于HART協議的總線通信機制。
                (2)采用模塊化結構設計系統硬件電路,使其具有可擴展性和易維護性。著重對HART 通信電路進行分析,研究HART信號的整形及濾波電路的原理,分析HART調制解調器的通信原理,搭建符合HART物理層規范的硬件平臺。
                (3)分析轉換放大電路的實現機理并采用低線性誤差V/F轉換器,實現對前端傳感器信號的采集和轉換輸出,提高儀表的檢測精度,減少測量誤差。
               (4)采用模塊化程序設計方法設計系統軟件,各模塊之間保持相對的獨立性。根據HART協議要求,編寫設備接收和響應處理程序,實現儀表與豐設備之間的通信功能。同時,采用容錯、軟件陷阱、數據濾波等多種措施,提高系統的可靠性。本論文的豐要創新點如下: 
                (1)為電磁流量計變送器設計了HART標準總線的通訊接口,通過實驗得到了關鍵元器件的經典參數,增強了該儀表的組網能力和通訊的可靠性。
                (2)通過解讀HART協議文本,編寫了設備接收命令予程序和響應命令予程序,實現了HART總線儀表與上位機的通信功能,使儀表可以在不干擾4~20mA模擬信號的情況下進行雙向數字通訊.


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