Histoire du débitmètre électromagnétique

Introduction aux débitmètres électromagnétiques

La mesure du débit à l'aide du principe de l'induction électromagnétique est l'une des méthodes les plus courantes parmi de nombreuses méthodes de mesure du débit. Il peut mesurer la vitesse et le débit d'écoulement de liquides conducteurs dans diverses formes de canaux d'écoulement et constitue une application de la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique. Le débitmètre électromagnétique est un instrument largement utilisé et abordable.

Découverte de l'induction électromagnétique

La loi de l'induction électromagnétique a été découverte par le physicien britannique Faraday en 1831. La loi de Faraday sur l'induction électromagnétique stipule que lorsqu'un conducteur coupe des lignes de force magnétiques dans un champ magnétique, une force électromotrice induite perpendiculaire à la direction du champ magnétique et à la direction du mouvement du conducteur sera induite aux deux extrémités du conducteur. L'amplitude de la force électromotrice induite est proportionnelle à l'intensité de l'induction magnétique et à la vitesse du mouvement.

Première expérience de débitmètre électromagnétique

En 1832, Faraday a placé deux tiges métalliques comme électrodes de chaque côté du pont Waterloo sur la Tamise, à un endroit perpendiculaire à la direction de l'écoulement de l'eau et dans la direction du champ géomagnétique. Il s'agissait de la première expérience de débitmètre électromagnétique au monde. Cependant, en raison de réactions électrochimiques, d'effets thermoélectriques, etc., le signal mesuré était faux et le signal de débit était court-circuité par le lit de la rivière. De plus, en raison des limitations des conditions de mesure de l'époque, il a échoué. Heureusement, en 1851, il a vu le succès de Wollsaton et d'autres dans la mesure des marées de la Manche en utilisant la méthode d'induction électromagnétique.

Faraday a découvert la loi de l'induction électromagnétique

Premiers développements dans le domaine des débitmètres électromagnétiques

En 1917, Smith et Spirean obtinrent un brevet pour l'application du principe d'induction électromagnétique à la fabrication d'un compteur de vitesse de navire et recommandèrent l'utilisation d'une excitation en courant alternatif pour surmonter l'effet de polarisation de l'eau, ouvrant ainsi l'application des courantomètres électromagnétiques en océanographie.

Avancées et contributions théoriques

En 1930, Williams fait couler une solution de sulfate de cuivre dans un tube circulaire non conducteur placé dans un champ magnétique continu. La tension continue entre les deux électrodes du tube circulaire est proportionnelle au débit. Cet appareil devient un simple débitmètre électromagnétique. Williams utilise pour la première fois des méthodes mathématiques pour analyser l'influence de la distribution de la vitesse d'écoulement dans le tube circulaire sur la mesure et propose la théorie selon laquelle la distribution de la vitesse d'écoulement symétrique à l'axe central du tube n'affecte pas la précision de mesure du débitmètre électromagnétique. Bien que son analyse soit mathématiquement erronée, la théorie de base du débitmètre électromagnétique est établie à partir de ce moment.

Applications biologiques et avancées de l'après-guerre

Vers 1932, sur la suggestion de Fabre, les biologistes Willams et A. Colin ont utilisé avec succès des débitmètres électromagnétiques pour mesurer et enregistrer le débit sanguin artériel instantané.

Après la Seconde Guerre mondiale, l'industrie de l'énergie atomique s'est rapidement développée, ce qui a permis la mesure de l'aimant permanent du métal liquide et le développement et l'application du débitmètre électromagnétique. Cependant, en raison du retard de la technologie électronique de l'époque, son champ d'application n'a pas pu être étendu à l'industrie générale.

Adoption industrielle et expansion mondiale

En 1950, les Hollandais ont été les premiers à utiliser des débitmètres électromagnétiques pour mesurer le débit de boue sur les dragues. Plus tard, les débitmètres électromagnétiques ont été utilisés dans la production industrielle générale aux États-Unis.

En 1955, Hokushin Electric et Yokogawa Electric du Japon ont lancé des produits de débitmètre électromagnétique de Fischer & Porter et Foxboro des États-Unis respectivement. Après une digestion, une absorption et une amélioration continues, leurs débitmètres électromagnétiques sont rapidement devenus des produits de pointe au niveau mondial. Vers 1955, l'ancienne Union soviétique, la Grande-Bretagne et l'Allemagne ont également produit avec succès des débitmètres électromagnétiques.

Analyse mathématique et maturation technologique

Au début des années 1960, J.A. Shercliff a complété l'analyse mathématique du débitmètre électromagnétique à champ magnétique uniforme infini par A. Kolin et d'autres prédécesseurs.

L'analyse mathématique de la vitesse d'écoulement sous un champ magnétique uniforme de longueur finie et la théorie de la fonction de poids ont révélé les caractéristiques microscopiques de la force électromotrice induite, ce qui a permis au débitmètre électromagnétique d'avoir une théorie de base systématique. Dans le même temps, dans les conditions de développement rapide de l'industrie électronique et d'amélioration continue du degré d'automatisation industrielle, le débitmètre électromagnétique s'est progressivement amélioré et a mûri, et est devenu un débitmètre aux excellentes performances, qui a été largement utilisé dans l'industrie.

De la fin des années 1960 au milieu des années 1970, avec l'étude approfondie des fonctions de pondération tridimensionnelles, des débitmètres électromagnétiques à champs magnétiques de distribution pondérée sont apparus, ce qui a considérablement raccourci la longueur limitée du champ magnétique et amélioré dans une certaine mesure l'insensibilité de la mesure à la vitesse d'écoulement. En même temps, cela est également propice à la simplification de la fabrication des débitmètres et à la réduction des coûts. Les résultats de la recherche sur les fonctions de pondération tridimensionnelles ont une importance directrice significative pour le développement des débitmètres électromagnétiques au cours de cette période. En raison du développement rapide des circuits intégrés au cours de cette période et des exigences de performance plus élevées pour les instruments de mesure de débit mises en avant par la crise énergétique mondiale, une nouvelle technologie d'excitation à onde rectangulaire basse fréquence est apparue. Les débitmètres électromagnétiques à excitation à onde rectangulaire basse fréquence concentrent les avantages des débitmètres à excitation CA dans la suppression des interférences de polarisation dans les signaux de champ magnétique CC et la réduction des composantes du signal d'interférence d'induction électromagnétique contenues dans les signaux des débitmètres à champ magnétique CA. Il améliore la stabilité du zéro, la sensibilité et la précision de mesure du débitmètre, réduit la consommation d'énergie, résout les problèmes d'interchangeabilité et constitue un point culminant dans le développement des débitmètres électromagnétiques.

Avancées et applications contemporaines

Depuis les années 1980, le développement rapide de la microélectronique et de la technologie informatique a rendu la technologie de fabrication des débitmètres électromagnétiques plus mature et parfaite, et son champ d'application s'est encore élargi. Les débitmètres électromagnétiques contemporains utilisent la technologie des micro-ordinateurs monopuces et des méthodes de traitement numérique pour améliorer en permanence la précision de mesure et les performances des débitmètres électromagnétiques, et peuvent pleinement utiliser les avantages des ordinateurs dans le stockage des informations, le traitement en temps partagé, les capacités de calcul et de contrôle. Par conséquent, il est relativement facile de réaliser des fonctions supplémentaires telles que la mesure bidirectionnelle, la détection de conduite vide, la commutation automatique multi-plages, le dialogue homme-ordinateur, la communication avec l'ordinateur hôte et l'autodiagnostic. La nouvelle génération de débitmètres électromagnétiques avec protocole HART et autres bus de terrain offre aux utilisateurs les conditions pour réaliser un tout nouveau contrôle et une toute nouvelle gestion de la production par bus de terrain. Par conséquent, les débitmètres électromagnétiques intégrés, à deux fils, antidéflagrants, haute pression et capables de communiquer deviennent de plus en plus populaires dans le contrôle automatique des processus de production industrielle tels que la chimie, le pétrole, l'acier et la métallurgie.

Technologies émergentes et orientations futures

Avec l'expansion du champ d'application, divers nouveaux instruments et systèmes de mesure du volume de liquide conducteur utilisant des méthodes d'induction électromagnétique ont émergé, tels que les débitmètres électromagnétiques capacitifs qui peuvent mesurer une faible conductivité,
Débitmètres électromagnétiques à tube partiellement plein pour la mesure du drainage gravitaire, débitmètres électromagnétiques submersibles pour la mesure en canal ouvert, débitmètres électromagnétiques et débitmètres électromagnétiques à insertion qui peuvent mesurer la vitesse d'écoulement ponctuelle dans les canaux ouverts et les tuyaux de grand diamètre, et systèmes de mesure en canal ouvert qui se composent de la méthode de la vitesse d'écoulement électromagnétique-niveau d'eau, etc.

Développement de débitmètres électromagnétiques en Chine

Français La Chine a commencé à développer des débitmètres électromagnétiques dès la fin des années 1950, et l'usine d'instruments de Shanghai Guanghua a commencé à fournir des produits à la société au début des années 1960. En 1967, l'Institut de recherche sur les instruments d'automatisation industrielle de Shanghai, l'usine d'instruments de Shanghai Guanghua, l'usine d'instruments de Kaifeng, l'usine d'instruments d'automatisation n° 3 de Tianjin, etc. ont participé à la conception unifiée nationale des débitmètres électromagnétiques organisée à l'Institut de recherche sur les instruments d'automatisation industrielle de Shanghai. Bien que le temps ait été court, tout le monde a réfléchi et amélioré la compréhension des débitmètres électromagnétiques. En moins d'un an, une série de débitmètres magnétiques chinois ont été conçus et développés. Plus important encore, cette conception unifiée nationale des débitmètres électromagnétiques a jeté les bases du développement ultérieur des débitmètres électromagnétiques en Chine et a cultivé des talents.

Progrès et avancées technologiques de la Chine

Au milieu des années 1970, sous l'influence des pays industriels avancés, la recherche sur la théorie des débitmètres électromagnétiques en Chine a également atteint son apogée. En juin 1975, les célèbres physiciens, le professeur Wang Zhuxi et le professeur Zhao Kaihua de l'Université de Pékin ont été invités par de nombreux fabricants chinois de débitmètres magnétiques à effectuer une analyse mathématique rigoureuse de la théorie de la fonction de pondération des débitmètres électromagnétiques et à donner des conférences, ce qui a conduit à la participation active de nombreuses universités telles que l'Université des sciences et technologies de Huazhong, l'Université des sciences et technologies du Nord-Est et l'Université Jiaotong de Shanghai à la recherche sur la théorie des débitmètres électromagnétiques et au développement des produits de débitmètres électromagnétiques à champ magnétique distribué pondéré de mon pays.

Situation actuelle et perspectives d'avenir

Le débitmètre électromagnétique chinois est l'un des produits de haute technologie qui a emprunté la voie de la réforme plus tôt et avec plus de succès, en introduisant des technologies de pointe étrangères et en établissant des coentreprises avec des entreprises de pointe étrangères. Cela a non seulement permis aux entreprises de production de débitmètres électromagnétiques de base de se développer rapidement, mais a également stimulé le progrès technologique d'autres petites et moyennes entreprises produisant des débitmètres électromagnétiques. À l'heure actuelle, la production de débitmètres électromagnétiques de mon pays est essentiellement basée sur l'excitation à ondes rectangulaires basse fréquence et est progressivement entrée dans l'ère du champ magnétique pondéré et des débitmètres intelligents. La taille du capteur du débitmètre magnétique varie de 3 mm à 3000 mm et la précision de mesure est comprise entre ± 0,3 % R ou ± 1 % FS. Le nombre de fabricants chinois de débitmètres électromagnétiques est passé de 4 au début des années 1980 à environ 30 à l'heure actuelle ; la production est passée de moins de 1 000 unités par an à près de 30 000 unités par an aujourd'hui. Que ce soit en termes de niveau de technologie de fabrication, de capacités de développement ou de développement du marché, l'écart entre les débitmètres électromagnétiques chinois et le niveau avancé mondial se réduit rapidement.

La Chine a formulé la norme industrielle des débitmètres électromagnétiques en 1980. Avec le développement et les progrès de la technologie, elle a été révisée en 1999 et a adopté la norme internationale ISO (ISO 9104 :

Les normes nationales GB/T 18659-2002 [Méthodes d'évaluation des performances des débitmètres électromagnétiques pour la mesure du débit de liquides conducteurs dans des conduites fermées] et GB/T 18660-2002 [Méthodes d'utilisation des débitmètres électromagnétiques pour la mesure du débit de liquides conducteurs dans des conduites fermées] ont été promulguées. Cela permettra aux débitmètres électromagnétiques chinois de suivre le rythme des normes internationales à l'avenir et de créer les conditions pour le développement des débitmètres électromagnétiques chinois.