ประวัติของเครื่องวัดอัตราการไหลด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า

บทนำเกี่ยวกับเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า

การวัดอัตราการไหลโดยใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นหนึ่งในวิธีการทั่วไปที่สุดในบรรดาวิธีการวัดอัตราการไหลหลายๆ วิธี ซึ่งสามารถวัดความเร็วการไหลและอัตราการไหลของของเหลวที่มีสภาพเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในช่องไหลที่มีรูปร่างต่างๆ ได้ และยังเป็นการประยุกต์ใช้กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์อีกด้วย เครื่องวัดอัตราการไหลด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นเครื่องมือที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและราคาไม่แพง

การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบโดยฟาราเดย์ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษในปี พ.ศ. 2374 กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ระบุว่า เมื่อตัวนำตัดเส้นแรงแม่เหล็กในสนามแม่เหล็ก แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ตั้งฉากกับทิศทางของสนามแม่เหล็กและทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำจะถูกเหนี่ยวนำที่ปลายทั้งสองด้านของตัวนำ ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะแปรผันตามความเข้มของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กและความเร็วของการเคลื่อนที่

การทดลองเครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้าครั้งแรก

ในปี ค.ศ. 1832 ฟาราเดย์ได้วางแท่งโลหะสองแท่งเป็นอิเล็กโทรดไว้ทั้งสองข้างของสะพานวอเตอร์ลูแม่น้ำเทมส์ในตำแหน่งที่ตั้งฉากกับทิศทางการไหลของน้ำและในทิศทางของสนามแม่เหล็กโลก นี่เป็นการทดลองเครื่องวัดอัตราการไหลด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าเครื่องแรกของโลก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี ผลของเทอร์โมอิเล็กทริก ฯลฯ สัญญาณที่วัดได้จึงเป็นเท็จ และสัญญาณอัตราการไหลก็เกิดการลัดวงจรโดยพื้นแม่น้ำ นอกจากนี้ เนื่องจากข้อจำกัดของเงื่อนไขการวัดในขณะนั้น ฟาราเดย์จึงล้มเหลว โชคดีที่ในปี ค.ศ. 1851 เขาได้เห็นความสำเร็จของวอลซาตอนและคนอื่นๆ ในการวัดกระแสน้ำของช่องแคบอังกฤษโดยใช้วิธีการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ฟาราเดย์ค้นพบกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

พัฒนาการเบื้องต้นของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า

ในปีพ.ศ. 2460 สมิธและสไปเรียนได้รับสิทธิบัตรสำหรับการประยุกต์ใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในการผลิตมาตรวัดความเร็วเรือ และแนะนำให้ใช้การกระตุ้นไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อเอาชนะเอฟเฟกต์โพลาไรเซชันของน้ำ ซึ่งเปิดโอกาสให้มีการประยุกต์ใช้เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้าในวิชาสมุทรศาสตร์

ความก้าวหน้าและการมีส่วนสนับสนุนทางทฤษฎี

ในปี 1930 วิลเลียมส์ได้ทำการไหลของสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตในท่อกลมที่ไม่นำไฟฟ้าซึ่งวางอยู่ในสนามแม่เหล็ก DC แรงดันไฟฟ้า DC ระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสองของท่อกลมนั้นเป็นสัดส่วนกับอัตราการไหล อุปกรณ์นี้จึงกลายมาเป็นเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างง่าย วิลเลียมส์ใช้หลักคณิตศาสตร์ในการวิเคราะห์อิทธิพลของการกระจายความเร็วการไหลในท่อกลมที่มีต่อการวัดเป็นครั้งแรก และเสนอทฤษฎีที่ว่าการกระจายความเร็วการไหลที่สมมาตรกับแกนกลางของท่อไม่ส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการวัดของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า แม้ว่าการวิเคราะห์ของเขาจะผิดพลาดทางคณิตศาสตร์ แต่ทฤษฎีพื้นฐานของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้รับการกำหนดขึ้นตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

การประยุกต์ใช้ทางชีวภาพและความก้าวหน้าหลังสงคราม

ประมาณปีพ.ศ. 2475 นักชีววิทยา Willams และ A. Colin ได้ใช้ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อวัดและบันทึกอัตราการไหลของเลือดแดงในทันทีตามข้อเสนอแนะของ Fabre ได้สำเร็จ

หลังสงครามโลกครั้งที่ 2 อุตสาหกรรมพลังงานปรมาณูพัฒนาอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้สามารถวัดแม่เหล็กถาวรของโลหะเหลวได้ และเครื่องวัดอัตราการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้รับการพัฒนาและนำไปใช้งาน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ล้าสมัยในเวลานั้น จึงไม่สามารถขยายขอบเขตการใช้งานไปสู่ภาคอุตสาหกรรมทั่วไปได้

การยอมรับทางอุตสาหกรรมและการขยายตัวทั่วโลก

ในปี 1950 ชาวดัตช์ได้ใช้ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าของสารละลาย เป็นครั้งแรกเพื่อวัดการไหลของโคลนบนเรือขุดลอก ต่อมา เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในการผลิตทางอุตสาหกรรมทั่วไปในสหรัฐอเมริกา

ในปี 1955 บริษัท Hokushin Electric และ Yokogawa Electric ของญี่ปุ่นได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าจากบริษัท Fischer & Porter และ Foxboro ในสหรัฐอเมริกาตามลำดับ หลังจากผ่านกระบวนการย่อย การดูดซึม และการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าของบริษัทเหล่านี้ก็ได้รับการพัฒนาให้ทันสมัยไปทั่วโลกอย่างรวดเร็ว ในราวปี 1955 อดีตสหภาพโซเวียต อังกฤษ และเยอรมนีก็ประสบความสำเร็จในการผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นกัน

การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์และการพัฒนาทางเทคโนโลยี

ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 JA Shercliff ได้ทำการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีสนามแม่เหล็กสม่ำเสมออนันต์โดย A. Kolin และบรรดาผู้บุกเบิกคนอื่นๆ เสร็จสิ้น

การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ของความเร็วการไหลภายใต้สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอความยาวจำกัดและทฤษฎีของฟังก์ชันน้ำหนักเผยให้เห็นลักษณะเฉพาะในระดับจุลภาคของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ซึ่งทำให้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้ามีทฤษฎีพื้นฐานที่เป็นระบบ ในเวลาเดียวกัน ภายใต้เงื่อนไขของการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของระดับของระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการปรับปรุงและพัฒนาจนดีขึ้นเรื่อยๆ และพัฒนาเป็นเครื่องวัดอัตราการไหลที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยม ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม

ตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1960 ถึงกลางทศวรรษ 1970 ด้วยการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับฟังก์ชันน้ำหนักสามมิติ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีสนามแม่เหล็กกระจายน้ำหนักจึงปรากฏขึ้น ซึ่งทำให้ความยาวของสนามแม่เหล็กที่จำกัดสั้นลงอย่างมาก และปรับปรุงความไม่ไวต่อการวัดต่อความเร็วการไหลในระดับหนึ่ง ในเวลาเดียวกัน ยังเอื้อต่อการลดความซับซ้อนในการผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลและลดต้นทุนอีกด้วย ผลการวิจัยของฟังก์ชันน้ำหนักสามมิติมีความสำคัญอย่างมากต่อการพัฒนาเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงเวลานี้ เนื่องจากการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวงจรรวมในช่วงเวลานี้และความต้องการประสิทธิภาพที่สูงขึ้นสำหรับเครื่องมือวัดอัตราการไหลที่กำหนดโดยวิกฤตพลังงานโลก จึงเกิดเทคโนโลยีใหม่ของการกระตุ้นคลื่นสี่เหลี่ยมความถี่ต่ำ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้ากระตุ้นคลื่นสี่เหลี่ยมความถี่ต่ำมุ่งเน้นข้อดีของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกระตุ้นไฟฟ้ากระแสสลับในการระงับการรบกวนโพลาไรเซชันในสัญญาณสนามแม่เหล็ก DC และลดองค์ประกอบสัญญาณรบกวนจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีอยู่ในสัญญาณของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกระตุ้นไฟฟ้ากระแสสลับ ช่วยปรับปรุงเสถียรภาพที่เป็นศูนย์ ความไวและความแม่นยำในการวัดของมาตรวัดอัตราการไหล ลดการใช้พลังงาน แก้ปัญหาความสามารถในการสับเปลี่ยน และเป็นจุดสุดยอดในการพัฒนามาตรวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า

ความก้าวหน้าและการประยุกต์ใช้ในปัจจุบัน

นับตั้งแต่ทศวรรษ 1980 การพัฒนาอย่างรวดเร็วของไมโครอิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ทำให้เทคโนโลยีการผลิตของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้ามีความสมบูรณ์และสมบูรณ์แบบมากขึ้น และขอบเขตการใช้งานก็ขยายออกไปอีก เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าในปัจจุบันใช้เทคโนโลยีไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียวและวิธีการประมวลผลแบบดิจิทัลเพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการวัดและประสิทธิภาพของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง และสามารถใช้ประโยชน์จากข้อดีของคอมพิวเตอร์ได้อย่างเต็มที่ในการจัดเก็บข้อมูล การประมวลผลแบบแบ่งเวลา การคำนวณ และความสามารถในการควบคุม ดังนั้น จึงค่อนข้างง่ายที่จะตระหนักถึงฟังก์ชันเพิ่มเติม เช่น การวัดแบบสองทาง การตรวจจับท่อว่าง การสลับอัตโนมัติหลายช่วง การสนทนาระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ การสื่อสารกับคอมพิวเตอร์โฮสต์ และการวินิจฉัยตนเอง เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้ารุ่นใหม่ที่มีโปรโตคอล HART และบัสภาคสนามอื่นๆ มอบเงื่อนไขให้กับผู้ใช้ในการรับรู้การควบคุมและการจัดการการผลิตแบบฟิลด์บัสใหม่ล่าสุด ดังนั้น เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าแบบสองสายที่บูรณาการ ป้องกันการระเบิด แรงดันสูง และสามารถสื่อสารได้ จึงได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ ในการควบคุมอัตโนมัติของกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรม เช่น เคมี ปิโตรเลียม เหล็ก และโลหะวิทยา

เทคโนโลยีใหม่และทิศทางในอนาคต

ด้วยการขยายตัวของสาขาการใช้งาน เครื่องมือวัดปริมาณของเหลวที่มีสภาพนำไฟฟ้าแบบใหม่ต่างๆ และระบบที่ใช้วิธีการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้เกิดขึ้น เช่น เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าแบบเก็บประจุที่สามารถวัดค่าการนำไฟฟ้าต่ำได้
เครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้าแบบท่อเต็มบางส่วนสำหรับวัดการระบายแรงโน้มถ่วง เครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้าแบบจุ่มสำหรับการวัดช่องเปิด เครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้าและ เครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้าแบบแทรก ที่สามารถวัดความเร็วการไหลแบบจุดในช่องเปิดและท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ และระบบการวัดช่องเปิดที่ประกอบด้วยวิธีความเร็วการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้า-ระดับน้ำ ฯลฯ

การพัฒนาเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าในประเทศจีน

จีนเริ่มพัฒนาเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1950 และโรงงาน Shanghai Guanghua Instrument เริ่มจัดหาผลิตภัณฑ์ให้กับสังคมในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ในปี 1967 สถาบันวิจัยเครื่องมืออัตโนมัติทางอุตสาหกรรมเซี่ยงไฮ้ โรงงาน Shanghai Guanghua Instrument โรงงาน Kaifeng Instrument โรงงาน Tianjin Automation Instrument หมายเลข 3 เป็นต้น ได้เข้าร่วมในการออกแบบเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าแบบรวมแห่งชาติที่จัดขึ้นที่สถาบันวิจัยเครื่องมืออัตโนมัติทางอุตสาหกรรมเซี่ยงไฮ้ แม้ว่าเวลาจะสั้น แต่ทุกคนก็ระดมความคิดและปรับปรุงความเข้าใจเกี่ยวกับเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า ในเวลาไม่ถึงหนึ่งปี เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าของจีนหลายชุดได้รับการออกแบบและพัฒนา ที่สำคัญกว่านั้น การออกแบบเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าแบบรวมแห่งชาตินี้ได้วางรากฐานสำหรับการพัฒนาเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าในเวลาต่อมาในประเทศจีนและปลูกฝังพรสวรรค์

ความก้าวหน้าและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของประเทศจีน

ในช่วงกลางทศวรรษ 1970 การวิจัยเกี่ยวกับทฤษฎีมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าในจีนก็เข้าสู่จุดสูงสุดเช่นกัน โดยได้รับอิทธิพลจากประเทศอุตสาหกรรมขั้นสูง ในเดือนมิถุนายน 1975 นักฟิสิกส์ชื่อดังอย่างศาสตราจารย์หวาง จูซีและศาสตราจารย์จ่าว ไคฮวาแห่งมหาวิทยาลัยปักกิ่งได้รับเชิญจากปัจจัยมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีชื่อเสียงหลายรายของจีนให้ทำการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์อย่างเข้มงวดเกี่ยวกับทฤษฎีฟังก์ชันน้ำหนักของมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าและให้การบรรยาย ซึ่งนำไปสู่การมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันของมหาวิทยาลัยหลายแห่ง เช่น มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหัวจง มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีภาคตะวันออกเฉียงเหนือ และมหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เจียวทง ในการวิจัยทฤษฎีมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าและการพัฒนาผลิตภัณฑ์มิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าแบบกระจายน้ำหนักของประเทศของฉัน

สถานะปัจจุบันและแนวโน้มในอนาคต

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าของจีน เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ไฮเทคที่ก้าวเข้าสู่เส้นทางการปฏิรูปอย่างรวดเร็วและประสบความสำเร็จมากขึ้น โดยนำเทคโนโลยีขั้นสูงจากต่างประเทศมาใช้และจัดตั้งบริษัทร่วมทุนกับบริษัทชั้นนำจากต่างประเทศ ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้บริษัทผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นแกนหลักสามารถพัฒนาได้อย่างรวดเร็วเท่านั้น แต่ยังผลักดันความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของบริษัทขนาดเล็กและขนาดกลางอื่นๆ ที่ผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย ปัจจุบัน การผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าของประเทศของฉันนั้นใช้คลื่นสี่เหลี่ยมความถี่ต่ำเป็นพื้นฐาน และค่อยๆ เข้าสู่ยุคของสนามแม่เหล็กถ่วงน้ำหนักและเครื่องวัดอัตราการไหลอัจฉริยะ ขนาดเซ็นเซอร์ของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้ามีตั้งแต่ 3 มม. ถึง 3,000 มม. และความแม่นยำในการวัดอยู่ภายในช่วง ±0.3%R หรือ ±1%FS จำนวนผู้ผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าของจีนเพิ่มขึ้นจาก 4 รายในช่วงต้นทศวรรษ 1980 เป็นประมาณ 30 รายในปัจจุบัน ผลผลิตเพิ่มขึ้นจากน้อยกว่า 1,000 ชุดต่อปีเป็นเกือบ 30,000 ชุดต่อปีในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็นในแง่ของระดับเทคโนโลยีการผลิต ความสามารถในการพัฒนา หรือการพัฒนาตลาด ช่องว่างระหว่างเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าของจีนและระดับขั้นสูงของโลกกำลังลดลงอย่างรวดเร็ว

จีนได้กำหนดมาตรฐานอุตสาหกรรมเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นในปี 1980 พร้อมกับการพัฒนาและความก้าวหน้าของเทคโนโลยี จึงได้มีการแก้ไขเพิ่มเติมในปี 1999 และนำมาตรฐานสากล ISO (ISO 9104:

มาตรฐานแห่งชาติ GB/T 18659-2002 [วิธีการประเมินประสิทธิภาพของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับวัดการไหลของของเหลวที่มีสภาพเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในท่อปิด] และ GB/T 18660-2002 [วิธีการใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับวัดการไหลของของเหลวที่มีสภาพเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในท่อปิด] ได้รับการประกาศใช้ ซึ่งจะช่วยให้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าของจีนสามารถก้าวทันมาตรฐานสากลในอนาคตและสร้างเงื่อนไขสำหรับการพัฒนาเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าของจีน