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Hochpräziser magnetisch-induktiver Durchflussmesser mit Leerrohrerkennung über komplexe programmierbare Logikgeräte-basierte Wellenformerkennung

DOI:

10.3791/68390

June 27th, 2025

In This Article

Summary

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Diese Studie verbessert die Genauigkeit von magnetisch-induktiven Durchflussmessern durch Optimierung der Anregungswellenformen, Anwendung einer mehrstufigen Filterung und Verwendung einer auf CPLD (Complex Programmable Logic Device) basierenden Gleichrichtung. Eine neuartige, wellenformbasierte Methode zur Erkennung von Leerrohren erhöht die Zuverlässigkeit. Experimente zeigen eine Genauigkeit von 0,1 % innerhalb von 0,1-15 m/s, was die industrielle Anwendbarkeit bestätigt.

Abstract

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Herkömmliche magnetisch-induktive Durchflussmesser sind von Natur aus anfällig für externe Störungen und eine ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung während der Messung, was ihre Genauigkeit stark einschränkt. In dieser Studie wird ein verbessertes Verfahren vorgeschlagen, das die Wellenform des Erregerantriebs optimiert, eine mehrfache Filterung und Verstärkung des Elektrodeneingangs durchführt und eine komplexe programmierbare Logikvorrichtung verwendet, um ein schnelles Umschalten zwischen positiven und negativen Induktionssignalen zu erreichen. Dies ermöglicht eine reibungslose Entzerrung und erzielt in Kombination mit Software-Filtertechniken eine hochpräzise Leistung. Darüber hinaus wird die Leerrohrerkennung durch die Erkennung von Anregungswellenformen und Eingangswellenformmustern realisiert.

Die experimentelle Überprüfung zeigt, dass der konstruierte magnetisch-induktive Durchflussmesser eine Genauigkeit von 0,1 % innerhalb eines Strömungsgeschwindigkeitsbereichs von 0,1 bis 15 m/s erreicht, mit Systemwiederholbarkeitsfehlern von weniger als 1 %. Die Ergebnisse bestätigen die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Methode bei der hochpräzisen Durchflussmessung. Die Studie zeigt, dass eine hochpräzise Detektion mit minimalen zusätzlichen Kosten erreicht werden kann, was für industrielle Anwendungen wichtig ist.

Introduction

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Magnetisch-induktive Durchflussmesser sind Durchflussmessgeräte, die auf dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion basieren. Im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Durchflussmessern weisen magnetisch-induktive Durchflussmesser eine überlegene Anpassungsfähigkeit an verschiedene Medien auf und stellen geringere Anforderungen an gerade Rohrabschnitte1. Wenn Flüssigkeit durch die Rohrleitung strömt, erzeugt der magnetisch-induktive Durchflussmesser ein Magnetfeld und misst die induzierte Spannungsdifferenz in der Flüssigkeit, um die Strömungsgeschwindigkeit2 zu berechnen....

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Protocol

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1. Verarbeitung der elektrodeninduzierten Spannung

  1. Nehmen Sie die induzierte elektromotorische Kraft von beiden Seiten des Sensors als Eingangssignal (Abbildung 1A).
    HINWEIS: Das ursprüngliche Spannungssignal ist extrem schwach und stark durch Rauschen verunreinigt und weist ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) auf.
  2. Wenden Sie einen 10-fachen Differenzverstärker an, um das Signal zu verstärken (Abbildung 1B).
  3. Fahren Sie fort, das Signal in einen aktiven Bandpassfilter zweiter Ordnung einzuspeisen, der aus kaskadierten Hochpass- und Tiefpassfilterstufen besteht. Entfer....

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Results

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Um standardisierte Versuchsbedingungen und die Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, wird die in Abbildung 4 gezeigte Hydraulikpumpe verwendet, um einen stabilen Standardwasserfluss als Versuchsumgebung zu erzeugen. Der von dieser Hydraulikpumpe erzeugte Wasserstrom kann aufgrund ihrer stabilen Leistungsausgangseigenschaften als Strom mit konstanter Geschwindigkeit approximiert werden und erfüllt damit die experimentellen Anforderungen an eine glei.......

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Discussion

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Es gibt verschiedene Implementierungen von Anregungswellenformen in elektromagnetischen Durchflussmessern, unter denen die Rechteckanregung und die Stufenwellenanregung zwei häufig verwendete Typen sind. Die Rechteckwellenanregung ist aufgrund ihrer Einfachheit in der Implementierung weit verbreitet15. Dieses Verfahren ist jedoch anfällig dafür, während der transienten Phase der Erregerschaltung Wirbelstromeffekte zu induzieren, die sich negativ auf die Stabilität des Messsignals.......

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Disclosures

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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte anzugeben.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Magnetisch-induktiver DurchflussmesserABBABB-DN50Als Standardinstrument wird es mit dem Instrument in diesem Artikel verglichen.
Magnetisch-induktiver DurchflussmesserABBABB-DN50Wird zum Sammeln der induzierten elektromotorischen Kraft verwendet.

References

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$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Comparing performance of ultrasonic type and magnetic type flowmeters for desalination applications. Elgali, A. 2024 IEEE 4th International Maghreb Meeting of the Conference on Sciences and Techniques of Automatic Control and Computer Engineering (MI-STA), , 156-163 (2024).
  2. Kollár, L. E., Lucas, G. P., Zhang, Z. Proposed method for reconstructing velocity profiles using a multi-electrode electromagnetic flow meter. Meas Sci Technol.....

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