Débitmètre électromagnétique de haute précision avec détection de tuyaux vides via une reconnaissance de forme d’onde basée sur un dispositif logique programmable complexe

Résumé

Cette étude améliore la précision du débitmètre électromagnétique en optimisant les formes d’onde d’excitation, en appliquant un filtrage à plusieurs étages et en utilisant un redressement basé sur un dispositif logique programmable complexe (CPLD). Une nouvelle méthode de détection des tuyaux vides basée sur la forme d’onde améliore la fiabilité. Les expériences montrent une précision de 0,1 % entre 0,1 et 15 m/s, ce qui valide l’applicabilité industrielle.

Résumé

Les débitmètres électromagnétiques traditionnels sont intrinsèquement sujets aux interférences externes et à la distribution inégale de la vitesse pendant la mesure, ce qui limite considérablement leur précision. Dans cette étude, une méthode améliorée est proposée, qui optimise la forme d’onde du moteur d’excitation, effectue un filtrage et une amplification multiples de l’entrée de l’électrode et utilise un dispositif logique programmable complexe pour réaliser une commutation rapide entre les signaux d’induction positifs et négatifs. Cela permet une rectification en douceur et, en combinaison avec des techniques de filtrage logiciel, permet d’obtenir des performances très précises. De plus, la détection des tuyaux vides est réalisée en reconnaissant les formes d’onde d’excitation et les modèles de formes d’onde d’entrée.

La vérification expérimentale montre que le débitmètre électromagnétique conçu atteint une précision de 0,1 % dans une plage de vitesse d’écoulement de 0,1 à 15 m/s, avec des erreurs de répétabilité du système inférieures à 1 %. Les résultats valident l’efficacité de la méthode proposée dans la mesure de débit de haute précision. L’étude démontre qu’une détection de haute précision peut être obtenue avec un coût supplémentaire minimal, ce qui est important pour les applications industrielles.

Introduction

Les débitmètres électromagnétiques sont des instruments de mesure de débit qui fonctionnent selon la loi de Faraday sur l’induction électromagnétique. Par rapport aux débitmètres mécaniques traditionnels, les débitmètres électromagnétiques présentent une adaptabilité supérieure à divers fluides et ont des exigences inférieures pour les sections de tuyaux droites¹. Lorsque le fluide passe dans la canalisation, le débitmètre électromagnétique génère un champ magnétique et mesure la différence de tension induite dans le fluide pour calculer la vitesse d’écoulement². Les débitmètres électrom....

Protocole

1. Traitement de la tension induite par l’électrode

1. Prenez la force électromotrice induite des deux côtés du capteur comme signal d’entrée (Figure 1A).
   REMARQUE : Le signal de tension d’origine est extrêmement faible et gravement contaminé par le bruit, présentant un faible rapport signal/bruit (SNR).
2. Appliquez un amplificateur différentiel 10x pour amplifier le signal (Figure 1B).
3. Passez ensuite à l’alimentation du signal dans un filtre passe-bande actif de second ordre comprenant des étages de filtre passe-haut et passe-bas en cascade. Dans un premier temps, retirez les co....

Résultats

Pour garantir des conditions expérimentales normalisées et la fiabilité des résultats, l’expérience utilise la pompe hydraulique illustrée à la figure 4 pour générer un débit d’eau standard stable comme environnement expérimental. Le débit d’eau généré par cette pompe hydraulique peut être approximé comme un flux à vitesse constante en raison de ses caractéristiques de puissance de sortie stables, répondant ainsi aux exigences expérimentales pour une distribu.......

Discussion

Il existe diverses implémentations de formes d’onde d’excitation dans les débitmètres électromagnétiques, parmi lesquelles l’excitation à ondes carrées et l’excitation à ondes pas sont deux types couramment utilisés. L’excitation à ondes carrées est largement adoptée en raison de sa simplicité de mise en œuvre¹⁵. Cependant, cette méthode est susceptible d’induire des effets de courants de Foucault pendant la phase transitoire de commutation d’excitation, ce qui a un impact négatif sur la stabilité.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Débitmètre électromagnétique	ABB	ABB-DN50	En tant qu’instrument standard, il est comparé à l’instrument dans cet article.
Capteur de débitmètre électromagnétique	ABB	ABB-DN50	Utilisé pour la collecte de la force électromotrice induite.