电磁流量计的发展与应用

电磁流量计的发展与应用
   电磁流量计是随着电子技术的发展而迅速发展起来的基于法拉第电磁感应定理的用来测量导电性液体体积流量的仪表"，6，，f17l。
   一、技术发展动向
   在科学技术飞速发展的今天，世界各国的流量计生产厂商都努力将应用到产品的设计中，以提高产品的性能，扩大产品的使用范围。具体表现在如下几个方面：
   1、提高仪表智能性p’13J4，15,20,22,26】。仪表的智能性主要是功能上的智能性，特别是近年来新型微处理器的出现和应用，使仪表通过软件控制和管理整个测量的工作过程得以实现，充分发挥出微机的功能和灵活性。另外，流量仪表的智能性还体现在空管检测、正／反向流量测量、小信号处理、非线性补偿、数字滤波、零点自校准等新功能的增加上。
   2、提高励磁技术水平，改善测量性能啪9,26,27,64,68】。测量精度和稳定性是电磁流量计的重要技术指标，并与所采用的励磁技术密切相关。随着电磁流量计和电子技术的发展，励磁技术也从直流励磁、交流励磁、低频矩形励磁发展到三值低频矩形励磁及双频励磁技术阶段，其目的就是为了减少干扰、提高检测精度和仪表零点稳定性。目前低频矩形励磁和三值低频矩形励磁已成为国外电磁流量励磁方式的主流。另外，国外还出现了可由微机控制励磁电压，可按被测流体性质选用所需励磁方式，并能根据各种励磁方式进行信号运算处理，准确地找出被各种噪声埋没的流量信号的智能电磁流量计。
   3、增强信号处理能力，减小测量误差114，1即1’23’2‘29’地“。智能化电磁流量计经降低励磁电流、改进传感器结构及其磁通分布密度，使其小型、轻量一体化的目标得以实现，但其单位流速电感也变得更小，而对于不同的测量介质，流量传导内阻变化很大，增加了信号处理的难度。随着微电子技术和计算机技术的进步， 用高性能集成芯片和微处理器来提高信号放大处理精度、拓宽仪表检测量程、补偿检测误差及零点校准己成为当今仪表的发展方向之一。同时，在软件上采取非线性补偿和数字滤波等高级处理能力也是增强仪表信号处理能力、减少测量误差的一个重要举措。
   4、提高系统的开放性[13,14,15,20,25,26】。系统的开放性包括硬件电路开放性、软件结构开放性、通讯接口开放性以及人机界面开放性。增强系统开放性有利于系统功能扩展、仪表问的互联以及系统组网，更有利于操作和维护。随着EDA工具及可编程器件技术的发展和日趋成熟，流量仪表工业进入了新的发展时期。目前， 国外各大公司纷纷推出新一代各具特色的智能化流量仪表，其中，应用PLD实现系统数字逻辑接口电路及逻辑运算的智能化电磁流量计的开发尤其引人注目。
   二、应用现状
   电磁流量计是一种测量导电介质体积流量的计量仪表，具有无节流阻流部件， 不易堵塞，耐腐蚀性好，适用介质范围广，测量精度不受被测介质温度、粘度、密度、压力、比重等物理参数的影响，其示值与被标定的液体种类在一定的导电率范围内无关等特点。除可测量一般液体的流量外，还可测量液固两相流、高枯度液流及盐类、强酸、强碱液体的体积流量。可广泛应用于水泥、化工、轻纺、冶金、矿山、造纸、医药、给排水、食品饮料、制糖、酿造等工业技术部门，特别是在环保领域，电磁流量仪表己成为定量管理企业污水排放的有力手段。当前国外电磁流量计专业生产厂有50家以上，而我国电磁流量计在工业上应用始于60年代初，其中上海光华仪表厂是家提供产品的企业。目前国内仪表行业己可提供较为完整的系列仪表，其中口径已可做到3m。近年国内电磁流量计全国销售台数估计在8500．10000台之间，并且每年以35％的比例增加。迄今为止我国至少有2l家电磁流量计制造厂，产量排在前4位的是：上海光华·爱而美特仪器有限公司、开封仪表厂、上海横河电机有限公司和上海光华仪表厂，它们占有电磁流量计中国市场80％左右的份额㈦4·5，8J”7”。
   1．4本课题研究的意义
    流量检测仪表与系统测量的目的就是在生产过程中给管理者或控制系统提供流量参量的准确数值，以便做出合理的判断与调节，达到优良的控制，提高产品的质量与产量。可以说，应用流量仪表测量流量值是提高企业科学管理水平、极大的发挥经济效益和社会效益的有力措施。
   电磁流量检测仪表是利用法拉弟电磁感应原理制成的测量导电流体体积的仪表，与现有各种非电磁流量检测仪表相比，性能好，适用范围广，是目前应用泛的流量仪表之一。
   我国经过多年的技术探索和产品开发，虽然己在电磁流量检测仪表开发方面取得了一定的成绩，但由于起步迟、起点低，还处于比较落后的状况。主要表现在№7,67,68,70l：
   l、功能弱。目前国产的流量检测仪表一般只有信号放大、转换、积算、记忆保存及显示等基本功能，而缺少正反向流量检测、空管检测等高级功能。
   2、检测精度低。国产流量仪表多数缺乏量程自动切换、零点自校准、小信号切除、非线性补偿以及数字滤波等高级信号处理能力，影响了流量检测精度。
   3、可靠性不高。系统设计存在不足，信息转换环节多，增加了信号处理的中间环节和信号之间的连线，易引入干扰信号，影响系统的检测精度和抗力。另外，没有很好地采用有效的软硬件容错、隔离等抗干扰措施。
   4、开放性差。目前的电磁流量计在硬件结构上多由分离式模拟器件构成，未采用新型集成芯片，使仪表的结构、功能扩充性和使用维护都较困难：软件设计采用过程化软件设计思想，其可读性和可扩展性较差；网络通讯接口一般只配置RS232类串行接口，只有物理联接上的规定，缺乏数据通讯和校验等链路层协议标准，因此，难以满足用户开放性、易组态的要求。在本课题的研究中，我们设计了基于16位的Intel 80C196KC单片机微处理器，采用CPLD来处理数字逻辑电路的新型智能电磁流量计，软件设计中，我们采用了C196作为编程开发语言，充分利用了单片机系统良好的软硬件资源，达到了增强仪表功能、提高测量精度、可靠性及开放性的目的。因此，本项目的开展，不仅能增强我国电磁流量仪表产品的性能质量、更广泛地满足用户需求，而且对促进我国流量检测技术的发展和开发水平提高等方面有着重大的意义。
   1．5本论文的任务与安排
   我们采用新型微处理器、高性能集成电路及成熟的通信技术，研究开发出具有组网通信功能的智能化电磁流量检测仪表。开发出的电磁流量计符合国外电磁流量计智能化、网络化、一体化等发展趋势，因此有助于改变国内电磁流量计产品的落后现状。本论文主要在智能电磁流量计的软件设计及相关方面做了重点设计，主要完成的任务为：
  1、以hnel 80C196KC单片机为核心器件构筑出功能*的智能单元，增强电磁流量计系统的智能性和运算控制能力；
   2、采用单片机控制的，可灵活选择的励磁方式，适应了于对不同流体采用励磁方式，提高了测量准确性；
  3、采用高精度仪器放大器和高性能A／D转换器来实现信号转换，提高系统抗力和检测精度，减少测量误差；
  4、采用C196作为单片机的软件开发语言，提高系统软件的质量和开发效率；
  5、采用非线性补偿、数字滤波等多种技术措施提高系统的可靠性。
   基于以上任务，我们对本文各章内容做出如下安排：
  章：简要介绍了智能电磁流量计的测量原理、发展历史及现状，探讨了研究和开发电磁流量计的意义，给出全文的研究内容及其安排；
  第二章：通过对电磁流量计系统的关键技术分析，提出了智能电磁流量计系统的总体结构设计；
  第三章：简单分析了Intel 80C196KC单片机的基本结构，并对系统进行了模块化的划分。然后对智能流量计的励磁电路，模数转换电路，键盘接口，LCD显示接口等功能模块的设计实现做了详细的介绍；
  第四章：用C196语言实现智能电磁流量计的系统软件设计；
  第五章：对全文所作工作进行了总结与展望。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：