Method Article

Caudalímetro electromagnético de alta precisión con detección de tuberías vacías mediante reconocimiento de forma de onda basado en dispositivos lógicos programables complejos

DOI:

10.3791/68390

June 27th, 2025

In This Article

Summary

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Este estudio mejora la precisión del caudalímetro electromagnético mediante la optimización de las formas de onda de excitación, la aplicación de filtrado de múltiples etapas y el uso de la rectificación basada en un dispositivo lógico programable complejo (CPLD). Un novedoso método de detección de tuberías vacías basado en formas de onda mejora la fiabilidad. Los experimentos muestran una precisión del 0,1% entre 0,1 y 15 m/s, lo que valida la aplicabilidad industrial.

Abstract

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Los caudalímetros electromagnéticos tradicionales son inherentemente propensos a las interferencias externas y a la distribución desigual de la velocidad durante la medición, lo que limita gravemente su precisión. En este estudio, se propone un método mejorado, que optimiza la forma de onda del impulsor de excitación, realiza múltiples filtrados y amplificación de la entrada del electrodo, y utiliza un dispositivo lógico programable complejo para lograr un cambio rápido entre señales de inducción positivas y negativas. Esto permite una rectificación fluida y, en combinación con técnicas de filtrado de software, logra un rendimiento altamente preciso. Además, la detección de tuberías vacías se realiza mediante el reconocimiento de la forma de onda de excitación y los patrones de forma de onda de entrada.

La verificación experimental muestra que el caudalímetro electromagnético diseñado alcanza una precisión del 0,1% dentro de un rango de velocidad de flujo de 0,1-15 m/s, con errores de repetibilidad del sistema de menos del 1%. Los resultados validan la efectividad del método propuesto en la medición de caudal de alta precisión. El estudio demuestra que la detección de alta precisión se puede lograr con un costo adicional mínimo, lo cual es importante para las aplicaciones de la industria.

Introduction

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Los caudalímetros electromagnéticos son instrumentos de medición de caudal que funcionan según la ley de inducción electromagnética de Faraday. En comparación con los medidores de flujo mecánicos tradicionales, los medidores de flujo electromagnéticos exhiben una adaptabilidad superior a varios medios y tienen requisitos más bajos para secciones de tubería rectas1. Cuando el fluido pasa a través de la tubería, el medidor de flujo electromagnético genera un campo magnético y mide la diferencia de voltaje inducida en el fluido para calcular la velocidad del flujo2. Los caudalímetros electr....

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Protocol

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1. Procesamiento de voltaje inducido por electrodos

  1. Tome la fuerza electromotriz inducida de ambos lados del sensor como señal de entrada (Figura 1A).
    NOTA: La señal de voltaje original es extremadamente débil y está gravemente contaminada por el ruido, exhibiendo una baja relación señal-ruido (SNR).
  2. Aplique un amplificador diferencial 10x para amplificar la señal (Figura 1B).
  3. Proceda a alimentar la señal en un filtro de paso de banda activo de segundo orden que comprende etapas de filtro de paso alto y paso bajo en cascada. Inicialmente, retire los componentes de baja frecu....

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Results

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Para garantizar las condiciones experimentales estandarizadas y la confiabilidad de los resultados, el experimento utiliza la bomba hidráulica que se muestra en la Figura 4 para generar un flujo de agua estándar estable como entorno experimental. El flujo de agua generado por esta bomba hidráulica se puede aproximar como una corriente de velocidad constante debido a sus características de salida de potencia estables, cumpliendo así con los requisitos experime.......

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Discussion

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Existen varias implementaciones de formas de onda de excitación en caudalímetros electromagnéticos, entre las cuales la excitación de onda cuadrada y la excitación de onda escalonada son dos tipos comúnmente utilizados. La excitación de onda cuadrada es ampliamente adoptada debido a su simplicidad en la implementación15. Sin embargo, este método es propenso a inducir efectos de corrientes parásitas durante la fase transitoria de la conmutación de excitación, lo que afecta negativamente la estabili.......

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Disclosures

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Los autores no tienen conflictos de intereses que declarar.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Caudalímetro electromagnéticoABBABB-DN50Como instrumento estándar, se compara con el instrumento de este artículo.
Sensor de caudalímetro electromagnéticoABBABB-DN50Se utiliza para recoger la fuerza electromotriz inducida.

References

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  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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