היסטוריית מד זרימה אלטרומגנטית

מבוא למדדי זרימה אלקטרומגנטיים

מדידת זרימה באמצעות עקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית היא אחת השיטות הנפוצות ביותר מבין שיטות מדידת זרימה רבות. הוא יכול למדוד את מהירות הזרימה וקצב הזרימה של נוזלים מוליכים בצורות שונות של תעלות זרימה והוא יישום של חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי. מד זרימה אלקטרומגנטי הוא מכשיר בשימוש נרחב ובמחיר סביר.

גילוי של אינדוקציה אלקטרומגנטית

חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית התגלה על ידי הפיזיקאי הבריטי פאראדיי בשנת 1831. חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי קובע שכאשר מוליך חותך קווי כוח מגנטיים בשדה מגנטי, כוח אלקטרו-מוטיבי מושרה בניצב לכיוון השדה המגנטי ולכיוון של תנועת המנצח תושרה בשני קצוות המנצח. גודל הכוח האלקטרומוטיבי המושרה הוא פרופורציונלי לעוצמת האינדוקציה המגנטית ולמהירות התנועה.

ניסוי מד זרימה אלקטרומגנטי ראשון

בשנת 1832 הציב פאראדיי שני מוטות מתכת כאלקטרודות משני צידי גשר ווטרלו של נהר התמזה במקום מאונך לכיוון זרימת המים ובכיוון השדה הגיאומגנטי. זה היה הניסוי הראשון בעולם במד זרימה אלקטרומגנטי. עם זאת, עקב תגובות אלקטרוכימיות, השפעות תרמו-אלקטריות וכו', האות הנמדד היה שקרי, ואות קצב הזרימה קוצר על ידי אפיק הנהר. בנוסף, בשל מגבלות תנאי המדידה דאז, הוא נכשל. למרבה המזל, בשנת 1851, הוא ראה את הצלחתם של וולסטון ואחרים במדידת הגאות והשפל של התעלה האנגלית בשיטת האינדוקציה האלקטרומגנטית.

פאראדיי גילה את חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית

התפתחויות מוקדמות במדדי זרימה אלקטרומגנטיים

בשנת 1917, סמית' וספיראן השיגו פטנט על יישום עקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית לייצור מד מהירות ספינה, והמליצו על שימוש בעירור AC כדי להתגבר על אפקט הקיטוב של מים, ובכך לפתוח את היישום של מדי זרם אלקטרומגנטי באוקיאנוגרפיה .

התקדמות ותרומות תיאורטיות

בשנת 1930, וויליאמס גרם לתמיסת סולפט נחושת לזרום בצינור עגול לא מוליך שהונח בשדה מגנטי DC. מתח ה-DC בין שתי האלקטרודות של הצינור העגול היה פרופורציונלי לקצב הזרימה. מכשיר זה הפך למד זרימה אלקטרומגנטי פשוט. וויליאמס השתמש לראשונה בשיטות מתמטיות כדי לנתח את השפעת התפלגות מהירות הזרימה בצינור העגול על המדידה, והציע את התיאוריה לפיה התפלגות מהירות הזרימה הסימטרית לציר המרכזי של הצינור אינה משפיעה על דיוק המדידה של הצינור. מד זרימה אלקטרומגנטי. למרות שהניתוח שלו היה שגוי מבחינה מתמטית, התיאוריה הבסיסית של מד הזרימה האלקטרומגנטי הוקמה מכאן ואילך.

יישומים ביולוגיים והתקדמות לאחר המלחמה

בסביבות 1932, בהתבסס על הצעתו של פאברה, הביולוגים ווילאם וא. קולין השתמשו בהצלחה במדדי זרימה אלקטרומגנטיים כדי למדוד ולתעד זרימת דם עורקית מיידית.

לאחר מלחמת העולם השנייה התפתחה במהירות תעשיית האנרגיה האטומית, שאפשרה מדידת המגנט הקבוע של מתכת נוזלית, ופותח ויישם מד הזרימה האלקטרומגנטי. עם זאת, בשל הטכנולוגיה האלקטרונית הנחשלת באותה תקופה, לא ניתן היה להרחיב את תחום היישום שלה לתעשייה הכללית.

אימוץ תעשייתי והתרחבות גלובלית

בשנת 1950, ההולנדים השתמשו לראשונה במדדי זרימה אלקטרומגנטיים של תמיסה כדי למדוד זרימת בוץ על ספינות מחפר. מאוחר יותר, נעשה שימוש במדדי זרימה אלקטרומגנטיים בייצור תעשייתי כללי בארצות הברית.

בשנת 1955, Hokushin Electric ו-Yokogawa Electric מיפן הציגו מוצרי מדי זרימה אלקטרומגנטיים מבית Fischer & Porter ו-Foxboro מארצות הברית, בהתאמה. לאחר עיכול מתמשך, ספיגה ושיפור, מדי הזרימה האלקטרומגנטיים שלהם הפכו במהרה למתקדמים בעולם. בסביבות 1955, ברית המועצות לשעבר, בריטניה וגרמניה ייצרו בהצלחה מדי זרימה אלקטרומגנטיים.

ניתוח מתמטי והתבגרות טכנולוגית

בתחילת שנות ה-60 השלים JA שרקליף את הניתוח המתמטי של מד זרימה אלקטרומגנטי עם שדה מגנטי אחיד אינסופי על ידי א. קולין וקודמים אחרים.

הניתוח המתמטי של מהירות הזרימה תחת השדה המגנטי האחיד באורך סופי ותאוריית פונקציית המשקל חשפו את המאפיינים המיקרוסקופיים של הכוח האלקטרו-מוטורי המושרה, שגרמו למד הזרימה האלקטרומגנטי להיות בעל תיאוריה בסיסית שיטתית. יחד עם זאת, בתנאי ההתפתחות המהירה של תעשיית האלקטרוניקה והשיפור המתמשך של מידת האוטומציה התעשייתית, מד הזרימה האלקטרומגנטי השתפר והבשיל בהדרגה והתפתח למד זרימה בעל ביצועים מצוינים, אשר זכה להרחבה. בשימוש בתעשייה.

מסוף שנות ה-60 ועד אמצע שנות ה-70, עם מחקר מעמיק של פונקציות משקל תלת מימדיות, הופיעו מדי זרימה אלקטרומגנטיים עם שדות מגנטיים משוקללים, אשר קיצרו מאוד את אורך השדה המגנטי המוגבל ושיפרו את חוסר הרגישות של המדידה למהירות הזרימה. במידה מסוימת. יחד עם זאת, זה גם תורם לפישוט ייצור מד הזרימה ולהפחתת עלויות. לתוצאות המחקר של פונקציות משקל תלת מימדיות יש משמעות מנחה משמעותית לפיתוח מדי זרימה אלקטרומגנטיים בתקופה זו. בשל ההתפתחות המהירה של מעגלים משולבים בתקופה זו ודרישות הביצועים הגבוהות יותר למכשירי מדידת זרימה שהועלו על ידי משבר האנרגיה העולמי, הופיעה טכנולוגיה חדשה של עירור גל מלבני בתדר נמוך. מדי זרימה אלקטרומגנטיים לעירור גל מלבני בתדר נמוך מרכזים את היתרונות של מדי זרימת עירור AC בדיכוי הפרעות קיטוב באותות של שדה מגנטי DC ובהפחתת רכיבי אותות הפרעות אינדוקציה אלקטרומגנטית הכלולים באותות של מדי זרימה של שדה מגנטי AC. הוא משפר את אפס היציבות, הרגישות ודיוק המדידה של מד הזרימה, מפחית את צריכת החשמל, פותר את בעיות ההחלפה ומהווה שיא בפיתוח מדי זרימה אלקטרומגנטיים.

התקדמות ויישומים עכשוויים

מאז שנות ה-80, ההתפתחות המהירה של מיקרו-אלקטרוניקה וטכנולוגיית מחשבים הפכה את טכנולוגיית הייצור של מדי זרימה אלקטרומגנטיים לבגרות ומושלמת יותר, ותחום היישום שלה הורחב עוד יותר. מדי זרימה אלקטרומגנטיים עכשוויים משתמשים בטכנולוגיית מיקרו-מחשב יחיד-שבב ובשיטות עיבוד דיגיטליות כדי לשפר באופן מתמיד את דיוק המדידה והביצועים של מדי זרימה אלקטרומגנטיים, ויכולים לנצל באופן מלא את היתרונות של מחשבים באחסון מידע, עיבוד זמן, חישוב ובקרה. לכן, קל יחסית לממש פונקציות נוספות כגון מדידה דו-כיוונית, זיהוי צינור ריק, מיתוג אוטומטי רב-טווח, דיאלוג בין אדם למחשב, תקשורת עם המחשב המארח ואבחון עצמי. הדור החדש של מדי זרימה אלקטרומגנטיים עם פרוטוקול HART ואוטובוסי שטח אחרים מספקים למשתמשים תנאים למימוש בקרת ייצור וניהול של אוטובוסי שדה חדשים לגמרי. לכן, מדי זרימה אלקטרומגנטיים משולבים, דו-חוטיים, חסיני פיצוץ, בעלי לחץ גבוה ותקשורת הופכים פופולריים יותר ויותר בבקרה האוטומטית של תהליכי ייצור תעשייתיים כגון כימיקלים, נפט, פלדה ומטלורגיה.

טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים

עם הרחבת תחום היישום, הופיעו מכשירים ומערכות חדשות למדידת נפח נוזל מוליכים שונים המשתמשים בשיטות אינדוקציה אלקטרומגנטית, כגון מדי זרימה אלקטרומגנטיים קיבוליים שיכולים למדוד מוליכות נמוכה,
מדי זרימה אלקטרומגנטיים בצנרת מלאה באופן חלקי למדידת ניקוז כוח הכבידה, מדי זרימה אלקטרומגנטיים צוללים למדידת תעלות פתוחות, מדי זרימה אלקטרומגנטיים ומדדי זרימה אלקטרומגנטיים להכנסה שיכולים למדוד מהירות זרימה נקודתית בתעלות פתוחות ובצינורות בעלי קוטר גדול, ומערכות מדידת תעלות פתוחות המורכבות מהזרימה האלקטרומגנטית. שיטת מהירות-מפלס מים וכו'.

פיתוח מדי זרימה אלקטרומגנטיים בסין

סין החלה לפתח מדי זרימה אלקטרומגנטיים כבר בסוף שנות ה-50, ומפעל שנחאי Guanghua Instrument החל לספק מוצרים לחברה בתחילת שנות ה-60. בשנת 1967 השתתפו בתכנון הלאומי המאוחד של מדי זרימה אלקטרומגנטיים, שנערך במכון המחקר למכשירי אוטומציה תעשייתית של שנחאי, בשנת 1967. למרות שהזמן היה קצר, כולם עשו סיעור מוחות ושיפרו את ההבנה של מדי זרימה אלקטרומגנטיים. תוך פחות משנה תוכננה ופותחה סדרה של מדי זרימה מגנטיים בסין. חשוב מכך, העיצוב הלאומי המאוחד הזה של מדי זרימה אלקטרומגנטיים הניח את הבסיס לפיתוח שלאחר מכן של מדי זרימה אלקטרומגנטיים בסין וכישרונות מטופחים.

ההתקדמות וההתקדמות הטכנולוגית של סין

באמצע שנות ה-70, בהשפעת מדינות התעשייה המתקדמות, גם המחקר על תיאוריית מד הזרימה האלקטרומגנטי בסין נכנס לשיא. ביוני 1975 הוזמנו הפיזיקאים המפורסמים, פרופסור וואנג ז'ושי ופרופסור ג'או קאיהואה מאוניברסיטת פקין על ידי גורמי מד זרימה מגנטי מפורסמים רבים בסין לערוך ניתוח מתמטי קפדני של תיאוריית פונקציית המשקל של מד הזרימה האלקטרומגנטי ולתת הרצאות, מה שהוביל לפעילות הפעילה. השתתפות של אוניברסיטאות רבות כמו Huazhong University of Science and Technology, Northeastern University of Science and Technology, ואוניברסיטת שנגחאי Jiaotong במחקר של תיאוריית מד הזרימה האלקטרומגנטי ופיתוח מוצרי מדי זרימה אלקטרומגנטיים של שדה מגנטי משוקלל של ארצי.

מצב נוכחי וצפי עתידי

מד הזרימה האלקטרומגנטי של סין הוא אחד ממוצרי ההייטק שעשו את דרך הרפורמה מוקדם יותר ובהצלחה רבה יותר, תוך הצגת טכנולוגיה זרה מתקדמת והקמת מיזמים משותפים עם מפעלים מתקדמים זרים. זה לא רק אפשר למפעלי הייצור של מד הזרימה האלקטרומגנטי בעמוד השדרה להתפתח במהירות, אלא גם הניע את ההתקדמות הטכנולוגית של ארגונים קטנים ובינוניים אחרים המייצרים מדי זרימה אלקטרומגנטיים. נכון לעכשיו, הייצור של מדי זרימה אלקטרומגנטיים במדינה שלי מבוסס בעצם על עירור גל מלבני בתדר נמוך, ונכנס בהדרגה לעידן של שדה מגנטי משוקלל ומדדי זרימה אינטליגנטיים. גודל חיישן מד הזרימה המגנטי נע בין 3 מ"מ ל-3000 מ"מ, ודיוק המדידה הוא בטווח של ±0.3%R או ±1%FS. מספר יצרני מדי הזרימה האלטרומגנטיים בסין גדל מ-4 בתחילת שנות ה-80 לכ-30 כיום; התפוקה גדלה מפחות מ-1,000 סטים בשנה לכמעט 30,000 סטים בשנה כיום. בין אם במונחים של רמת טכנולוגית ייצור, יכולות פיתוח או פיתוח שוק, הפער בין מדי הזרימה האלקטרומגנטיים של סין לרמה המתקדמת בעולם מצטמצם במהירות.

סין גיבשה את תקן תעשיית מד הזרימה האלקטרומגנטי בשנת 1980. עם התפתחות והתקדמות הטכנולוגיה, הוא עודכן בשנת 1999 ואימץ את התקן הבינלאומי ISO (ISO 9104:

התקנים הלאומיים GB/T 18659-2002 [שיטות להערכת ביצועים של מדי זרימה אלקטרומגנטיים למדידת זרימת נוזלים מוליכים בצינורות סגורים] ו- GB/T 18660-2002 [שיטות לשימוש במדדי זרימה אלקטרומגנטיים למדידת זרימת נוזלים מוליכים ב צינורות סגורים] פורסמו. זה יאפשר למדדי הזרימה האלקטרומגנטיים של סין לעמוד בקצב הסטנדרטים הבינלאומיים בעתיד וליצור תנאים לפיתוח מדי הזרימה האלקטרומגנטיים של סין.