História do medidor de vazão eletromagnético

Introdução aos medidores de vazão eletromagnéticos

Medir o fluxo usando o princípio da indução eletromagnética é um dos métodos mais comuns entre muitos métodos de medição de fluxo. Ele pode medir a velocidade do fluxo e a taxa de fluxo de líquidos condutores em vários formatos de canais de fluxo e é uma aplicação da lei de Faraday da indução eletromagnética. O medidor de fluxo eletromagnético é um instrumento amplamente usado e acessível.

Descoberta da indução eletromagnética

A lei da indução eletromagnética foi descoberta pelo físico britânico Faraday em 1831. A lei de indução eletromagnética de Faraday afirma que quando um condutor corta linhas magnéticas de força em um campo magnético, uma força eletromotriz induzida perpendicular à direção do campo magnético e à direção do movimento do condutor será induzida em ambas as extremidades do condutor. A magnitude da força eletromotriz induzida é proporcional à intensidade da indução magnética e à velocidade do movimento.

Primeiro experimento com medidor de vazão eletromagnético

Em 1832, Faraday colocou duas hastes de metal como eletrodos em ambos os lados da Ponte Waterloo do Rio Tâmisa em um lugar perpendicular à direção do fluxo de água e na direção do campo geomagnético. Este foi o primeiro experimento de medidor de vazão eletromagnético do mundo. No entanto, devido a reações eletroquímicas, efeitos termoelétricos, etc., o sinal medido era falso, e o sinal da taxa de vazão foi curto-circuitado pelo leito do rio. Além disso, devido às limitações das condições de medição na época, ele falhou. Felizmente, em 1851, ele viu o sucesso de Wollsaton e outros na medição das marés do Canal da Mancha usando o método de indução eletromagnética.

Faraday descobriu a lei da indução eletromagnética

Primeiros desenvolvimentos em medidores de vazão eletromagnéticos

Em 1917, Smith e Spirean obtiveram uma patente para a aplicação do princípio de indução eletromagnética na fabricação de um velocímetro de navio e recomendaram o uso de excitação CA para superar o efeito de polarização da água, abrindo assim a aplicação de medidores de corrente eletromagnética na oceanografia.

Avanços e Contribuições Teóricas

Em 1930, Williams fez uma solução de sulfato de cobre fluir em um tubo circular não condutor colocado em um campo magnético DC. A tensão DC entre os dois eletrodos do tubo circular era proporcional à taxa de fluxo. Este dispositivo se tornou um simples medidor de vazão eletromagnético. Williams usou métodos matemáticos para analisar a influência da distribuição da velocidade do fluxo no tubo circular na medição pela primeira vez, e propôs a teoria de que a distribuição da velocidade do fluxo simétrica ao eixo central do tubo não afeta a precisão da medição do medidor de vazão eletromagnético. Embora sua análise estivesse matematicamente errada, a teoria básica do medidor de vazão eletromagnético foi estabelecida a partir de então.

Aplicações biológicas e avanços do pós-guerra

Por volta de 1932, com base na sugestão de Fabre, os biólogos Willams e A. Colin usaram com sucesso medidores de vazão eletromagnéticos para medir e registrar o fluxo sanguíneo arterial instantâneo.

Após a Segunda Guerra Mundial, a indústria de energia atômica se desenvolveu rapidamente, o que permitiu a medição do ímã permanente de metal líquido, e o medidor de vazão eletromagnético foi desenvolvido e aplicado. No entanto, devido à tecnologia eletrônica atrasada naquela época, seu campo de aplicação não pôde ser expandido para a indústria em geral.

Adoção Industrial e Expansão Global

Em 1950, os holandeses usaram pela primeira vez medidores de vazão eletromagnéticos de lama para medir o fluxo de lama em dragas. Mais tarde, medidores de vazão eletromagnéticos foram usados na produção industrial geral nos Estados Unidos.

Em 1955, a Hokushin Electric e a Yokogawa Electric do Japão introduziram produtos de medidores de vazão eletromagnéticos da Fischer & Porter e da Foxboro dos Estados Unidos, respectivamente. Após digestão, absorção e melhoria contínuas, seus medidores de vazão eletromagnéticos logo se tornaram avançados mundialmente. Por volta de 1955, a antiga União Soviética, a Grã-Bretanha e a Alemanha também produziram com sucesso medidores de vazão eletromagnéticos.

Análise Matemática e Maturação Tecnológica

No início da década de 1960, JA Shercliff concluiu a análise matemática do medidor de vazão eletromagnético com campo magnético uniforme infinito por A. Kolin e outros predecessores.

A análise matemática da velocidade do fluxo sob o campo magnético uniforme de comprimento finito e a teoria da função de peso revelaram as características microscópicas da força eletromotriz induzida, o que fez com que o medidor de vazão eletromagnético tivesse uma teoria básica sistemática. Ao mesmo tempo, sob as condições do rápido desenvolvimento da indústria eletrônica e da melhoria contínua do grau de automação industrial, o medidor de vazão eletromagnético melhorou e amadureceu gradualmente, e se desenvolveu em um medidor de vazão com excelente desempenho, que tem sido amplamente utilizado na indústria.

Do final da década de 1960 até meados da década de 1970, com o estudo aprofundado das funções de peso tridimensionais, surgiram medidores de vazão eletromagnéticos com campos magnéticos de distribuição ponderada, o que encurtou muito o comprimento limitado do campo magnético e melhorou a insensibilidade da medição à velocidade do fluxo até certo ponto. Ao mesmo tempo, também é propício para simplificar a fabricação do medidor de vazão e reduzir custos. Os resultados da pesquisa de funções de peso tridimensionais têm um significado de orientação significativo para o desenvolvimento de medidores de vazão eletromagnéticos durante este período. Devido ao rápido desenvolvimento de circuitos integrados durante este período e aos maiores requisitos de desempenho para instrumentos de medição de vazão apresentados pela crise energética mundial, surgiu uma nova tecnologia de excitação de onda retangular de baixa frequência. Os medidores de vazão eletromagnéticos de excitação de onda retangular de baixa frequência concentram as vantagens dos medidores de vazão de excitação CA na supressão da interferência de polarização em sinais de campo magnético CC e na redução dos componentes do sinal de interferência de indução eletromagnética contidos nos sinais de medidores de vazão de campo magnético CA. Ele melhora a estabilidade zero, a sensibilidade e a precisão da medição do medidor de vazão, reduz o consumo de energia, resolve os problemas de intercambiabilidade e forma um clímax no desenvolvimento de medidores de vazão eletromagnéticos.

Avanços e aplicações contemporâneas

Desde a década de 1980, o rápido desenvolvimento da microeletrônica e da tecnologia de computadores tornou a tecnologia de fabricação de medidores de vazão eletromagnéticos mais madura e perfeita, e seu campo de aplicação foi expandido ainda mais. Os medidores de vazão eletromagnéticos contemporâneos usam tecnologia de microcomputador de chip único e métodos de processamento digital para melhorar continuamente a precisão da medição e o desempenho dos medidores de vazão eletromagnéticos, e podem utilizar totalmente as vantagens dos computadores em armazenamento de informações, processamento de compartilhamento de tempo, cálculo e recursos de controle. Portanto, é relativamente fácil realizar funções adicionais, como medição bidirecional, detecção de tubo vazio, comutação automática de vários intervalos, diálogo homem-computador, comunicação com o computador host e autodiagnóstico. A nova geração de medidores de vazão eletromagnéticos com protocolo HART e outros barramentos de campo fornecem aos usuários condições para realizar o controle e o gerenciamento de produção de barramento de campo totalmente novos. Portanto, medidores de vazão eletromagnéticos integrados, de dois fios, à prova de explosão, de alta pressão e com capacidade de comunicação estão se tornando cada vez mais populares no controle automático de processos de produção industrial, como química, petróleo, aço e metalurgia.

Tecnologias emergentes e direções futuras

Com a expansão do campo de aplicação, surgiram vários novos instrumentos e sistemas de medição de volume de líquido condutor usando métodos de indução eletromagnética, como medidores de vazão eletromagnéticos capacitivos que podem medir baixa condutividade,
Medidores de vazão eletromagnéticos de tubo parcialmente cheio para medir drenagem por gravidade, medidores de vazão eletromagnéticos submersíveis para medição de canal aberto, medidores de vazão eletromagnéticos e medidores de vazão eletromagnéticos de inserção que podem medir a velocidade do fluxo pontual em canais abertos e tubos de grande diâmetro, e sistemas de medição de canal aberto que consistem no método de velocidade do fluxo eletromagnético-nível de água, etc.

Desenvolvimento de medidores de vazão eletromagnéticos na China

A China começou a desenvolver medidores de vazão eletromagnéticos já no final da década de 1950, e a Shanghai Guanghua Instrument Factory começou a fornecer produtos para a sociedade no início da década de 1960. Em 1967, o Shanghai Industrial Automation Instrument Research Institute, a Shanghai Guanghua Instrument Factory, a Kaifeng Instrument Factory, a Tianjin Automation Instrument Factory No. 3, etc. participaram do projeto nacional unificado de medidores de vazão eletromagnéticos organizado no Shanghai Industrial Automation Instrument Research Institute. Embora o tempo tenha sido curto, todos fizeram um brainstorming e melhoraram a compreensão dos medidores de vazão eletromagnéticos. Em menos de um ano, uma série de medidores de vazão magnéticos da China foi projetada e desenvolvida. Mais importante, esse projeto nacional unificado de medidores de vazão eletromagnéticos estabeleceu a base para o desenvolvimento subsequente de medidores de vazão eletromagnéticos na China e cultivou talentos.

Progresso e avanços tecnológicos da China

Em meados da década de 1970, influenciada pelos países industriais avançados, a pesquisa sobre a teoria do medidor de vazão eletromagnético na China também atingiu o clímax. Em junho de 1975, os famosos físicos, Professor Wang Zhuxi e Professor Zhao Kaihua da Universidade de Pequim foram convidados por muitos fatores famosos de medidores de vazão magnéticos da China para conduzir uma análise matemática rigorosa da teoria da função de peso do medidor de vazão eletromagnético e dar palestras, o que levou à participação ativa de muitas universidades, como a Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, a Universidade de Ciência e Tecnologia do Nordeste e a Universidade Jiaotong de Xangai na pesquisa da teoria do medidor de vazão eletromagnético e no desenvolvimento dos produtos de medidor de vazão eletromagnético de campo magnético distribuído ponderado do meu país.

Situação atual e perspectivas futuras

O medidor de vazão eletromagnético da China é um dos produtos de alta tecnologia que tomou o caminho da reforma mais cedo e com mais sucesso, introduzindo tecnologia avançada estrangeira e estabelecendo joint ventures com empresas avançadas estrangeiras. Isso não só permitiu que as empresas de produção de medidores de vazão eletromagnéticos de backbone se desenvolvessem rapidamente, mas também impulsionou o progresso tecnológico de outras pequenas e médias empresas que produzem medidores de vazão eletromagnéticos. Atualmente, a produção de medidores de vazão eletromagnéticos do meu país é basicamente baseada na excitação de onda retangular de baixa frequência e gradualmente entrou na era do campo magnético ponderado e medidores de vazão inteligentes. O tamanho do sensor do medidor de vazão magnético varia de 3 mm a 3000 mm, e a precisão da medição está dentro da faixa de ±0,3%R ou ±1%FS. O número de fabricantes de medidores de vazão eletromagnéticos da China cresceu de 4 no início dos anos 1980 para cerca de 30 atualmente; a produção aumentou de menos de 1.000 conjuntos por ano para quase 30.000 conjuntos por ano hoje. Seja em termos de nível de tecnologia de fabricação, capacidades de desenvolvimento ou desenvolvimento de mercado, a lacuna entre os medidores de vazão eletromagnéticos da China e o nível avançado do mundo está diminuindo rapidamente.

A China formulou o padrão da indústria de medidores de vazão eletromagnéticos em 1980. Com o desenvolvimento e o progresso da tecnologia, ele foi revisado em 1999 e adotou o padrão internacional ISO (ISO 9104:

Os padrões nacionais GB/T 18659-2002 [Métodos para avaliar o desempenho de medidores de vazão eletromagnéticos para medir o fluxo de líquidos condutores em tubos fechados] e GB/T 18660-2002 [Métodos para usar medidores de vazão eletromagnéticos para medir o fluxo de líquidos condutores em tubos fechados] foram promulgados. Isso permitirá que os medidores de vazão eletromagnéticos da China acompanhem os padrões internacionais no futuro e criem condições para o desenvolvimento dos medidores de vazão eletromagnéticos da China.