Sejarah Flow Meter Elektromagnetik

Pengantar Flowmeter Elektromagnetik

Mengukur aliran menggunakan prinsip induksi elektromagnetik merupakan salah satu metode yang paling umum di antara banyak metode pengukuran aliran. Alat ini dapat mengukur kecepatan aliran dan laju aliran cairan konduktif dalam berbagai bentuk saluran aliran dan merupakan penerapan hukum induksi elektromagnetik Faraday. Flowmeter elektromagnetik merupakan instrumen yang banyak digunakan dan terjangkau.

Penemuan Induksi Elektromagnetik

Hukum induksi elektromagnetik ditemukan oleh fisikawan Inggris Faraday pada tahun 1831. Hukum induksi elektromagnetik Faraday menyatakan bahwa ketika sebuah konduktor memotong garis gaya magnet dalam medan magnet, gaya gerak listrik induksi yang tegak lurus terhadap arah medan magnet dan arah gerakan konduktor akan diinduksi di kedua ujung konduktor. Besarnya gaya gerak listrik induksi sebanding dengan intensitas induksi magnetik dan kecepatan gerakan.

Percobaan Flowmeter Elektromagnetik Pertama

Pada tahun 1832, Faraday menempatkan dua batang logam sebagai elektroda di kedua sisi Jembatan Waterloo Sungai Thames di tempat yang tegak lurus dengan arah aliran air dan arah medan geomagnetik. Ini adalah percobaan flowmeter elektromagnetik pertama di dunia. Namun, karena reaksi elektrokimia, efek termoelektrik, dll., sinyal yang diukur salah, dan sinyal laju aliran dihubung pendek oleh dasar sungai. Selain itu, karena keterbatasan kondisi pengukuran saat itu, ia gagal. Untungnya, pada tahun 1851, ia melihat keberhasilan Wollsaton dan yang lainnya dalam mengukur pasang surut Selat Inggris menggunakan metode induksi elektromagnetik.

Faraday menemukan hukum induksi elektromagnetik

Perkembangan Awal Flowmeter Elektromagnetik

Pada tahun 1917, Smith dan Spirean memperoleh paten untuk penerapan prinsip induksi elektromagnetik untuk memproduksi speedometer kapal, dan merekomendasikan penggunaan eksitasi AC untuk mengatasi efek polarisasi air, sehingga membuka penerapan pengukur arus elektromagnetik dalam oseanografi.

Kemajuan dan Kontribusi Teoritis

Pada tahun 1930, Williams membuat aliran larutan tembaga sulfat dalam tabung melingkar nonkonduktif yang ditempatkan dalam medan magnet DC. Tegangan DC antara dua elektroda tabung melingkar tersebut sebanding dengan laju aliran. Perangkat ini menjadi flowmeter elektromagnetik sederhana. Williams menggunakan metode matematika untuk menganalisis pengaruh distribusi kecepatan aliran dalam tabung melingkar terhadap pengukuran untuk pertama kalinya, dan mengajukan teori bahwa distribusi kecepatan aliran yang simetris terhadap sumbu pusat tabung tidak memengaruhi akurasi pengukuran flowmeter elektromagnetik. Meskipun analisisnya secara matematis salah, teori dasar flowmeter elektromagnetik ditetapkan sejak saat itu.

Aplikasi Biologi dan Kemajuan Pasca-Perang

Sekitar tahun 1932, berdasarkan saran Fabre, ahli biologi Willams dan A. Colin berhasil menggunakan pengukur aliran elektromagnetik untuk mengukur dan merekam aliran darah arteri sesaat.

Setelah Perang Dunia II, industri energi atom berkembang pesat, yang memungkinkan pengukuran magnet permanen logam cair, dan flowmeter elektromagnetik dikembangkan dan diterapkan. Namun, karena teknologi elektronik yang terbelakang pada saat itu, bidang penerapannya tidak dapat diperluas ke industri umum.

Adopsi Industri dan Ekspansi Global

Pada tahun 1950, Belanda pertama kali menggunakan flowmeter elektromagnetik untuk mengukur aliran lumpur pada kapal keruk. Kemudian, flowmeter elektromagnetik digunakan dalam produksi industri umum di Amerika Serikat.

Pada tahun 1955, Hokushin Electric dan Yokogawa Electric dari Jepang memperkenalkan produk flowmeter elektromagnetik dari Fischer & Porter dan Foxboro dari Amerika Serikat. Setelah melalui proses pencernaan, penyerapan, dan penyempurnaan yang berkelanjutan, flowmeter elektromagnetik mereka segera menjadi yang terdepan di dunia. Sekitar tahun 1955, bekas Uni Soviet, Inggris, dan Jerman juga berhasil memproduksi flowmeter elektromagnetik.

Analisis Matematika dan Pematangan Teknologi

Pada awal 1960-an, JA Shercliff menyelesaikan analisis matematis flowmeter elektromagnetik dengan medan magnet seragam tak terbatas oleh A. Kolin dan pendahulu lainnya.

Analisis matematis kecepatan aliran di bawah medan magnet seragam dengan panjang terbatas dan teori fungsi berat mengungkapkan karakteristik mikroskopis gaya gerak listrik yang diinduksi, yang membuat flowmeter elektromagnetik memiliki teori dasar yang sistematis. Pada saat yang sama, di bawah kondisi perkembangan pesat industri elektronik dan peningkatan berkelanjutan dari tingkat otomasi industri, flowmeter elektromagnetik secara bertahap telah meningkat dan matang, dan berkembang menjadi flowmeter dengan kinerja yang sangat baik, yang telah banyak digunakan dalam industri.

Dari akhir tahun 1960-an hingga pertengahan tahun 1970-an, dengan studi mendalam tentang fungsi bobot tiga dimensi, flowmeter elektromagnetik dengan medan magnet distribusi tertimbang muncul, yang sangat memperpendek panjang medan magnet yang terbatas dan meningkatkan ketidakpekaan pengukuran terhadap kecepatan aliran sampai batas tertentu. Pada saat yang sama, hal ini juga kondusif untuk menyederhanakan pembuatan flowmeter dan mengurangi biaya. Hasil penelitian fungsi bobot tiga dimensi memiliki signifikansi pemandu yang signifikan untuk pengembangan flowmeter elektromagnetik selama periode ini. Karena perkembangan pesat sirkuit terpadu selama periode ini dan persyaratan kinerja yang lebih tinggi untuk instrumen pengukuran aliran yang diajukan oleh krisis energi dunia, teknologi baru eksitasi gelombang persegi panjang frekuensi rendah telah muncul. Flowmeter elektromagnetik eksitasi gelombang persegi panjang frekuensi rendah memusatkan keuntungan dari flowmeter eksitasi AC dalam menekan interferensi polarisasi dalam sinyal medan magnet DC dan mengurangi komponen sinyal interferensi induksi elektromagnetik yang terkandung dalam sinyal flowmeter medan magnet AC. Ini meningkatkan stabilitas nol, sensitivitas dan akurasi pengukuran flowmeter, mengurangi konsumsi daya, memecahkan masalah pertukaran, dan membentuk klimaks dalam pengembangan flowmeter elektromagnetik.

Kemajuan dan Aplikasi Kontemporer

Sejak tahun 1980-an, perkembangan pesat mikroelektronika dan teknologi komputer telah membuat teknologi manufaktur flowmeter elektromagnetik lebih matang dan sempurna, dan bidang aplikasinya telah diperluas lebih lanjut. Flowmeter elektromagnetik kontemporer menggunakan teknologi mikrokomputer chip tunggal dan metode pemrosesan digital untuk terus meningkatkan akurasi pengukuran dan kinerja flowmeter elektromagnetik, dan dapat sepenuhnya memanfaatkan keunggulan komputer dalam penyimpanan informasi, pemrosesan pembagian waktu, kemampuan kalkulasi dan kontrol. Oleh karena itu, relatif mudah untuk mewujudkan fungsi tambahan seperti pengukuran dua arah, deteksi pipa kosong, peralihan otomatis multi-rentang, dialog manusia-komputer, komunikasi dengan komputer induk, dan diagnosis mandiri. Flowmeter elektromagnetik generasi baru dengan protokol HART dan bus lapangan lainnya memberi pengguna kondisi untuk mewujudkan kontrol dan manajemen produksi bus lapangan yang benar-benar baru. Oleh karena itu, flowmeter elektromagnetik yang terintegrasi, dua kawat, tahan ledakan, bertekanan tinggi, dan mampu berkomunikasi menjadi semakin populer dalam kontrol otomatis proses produksi industri seperti kimia, minyak bumi, baja, dan metalurgi.

Teknologi Baru dan Arah Masa Depan

Dengan perluasan bidang aplikasi, berbagai instrumen dan sistem pengukuran volume cairan konduktif baru yang menggunakan metode induksi elektromagnetik telah muncul, seperti flowmeter elektromagnetik kapasitif yang dapat mengukur konduktivitas rendah,
Pengukur aliran elektromagnetik pipa sebagian penuh untuk mengukur drainase gravitasi, pengukur aliran elektromagnetik submersible untuk pengukuran saluran terbuka, pengukur aliran elektromagnetik dan pengukur aliran elektromagnetik penyisipan yang dapat mengukur kecepatan aliran titik di saluran terbuka dan pipa berdiameter besar, dan sistem pengukuran saluran terbuka yang terdiri dari metode kecepatan aliran elektromagnetik-ketinggian air, dsb.

Pengembangan Flowmeter Elektromagnetik di Tiongkok

Tiongkok mulai mengembangkan flowmeter elektromagnetik sejak akhir tahun 1950-an, dan Shanghai Guanghua Instrument Factory mulai menyediakan produk kepada masyarakat pada awal tahun 1960-an. Pada tahun 1967, Shanghai Industrial Automation Instrument Research Institute, Shanghai Guanghua Instrument Factory, Kaifeng Instrument Factory, Tianjin Automation Instrument Factory No. 3, dll. berpartisipasi dalam desain terpadu nasional flowmeter elektromagnetik yang diselenggarakan di Shanghai Industrial Automation Instrument Research Institute. Meskipun waktunya singkat, semua orang bertukar pikiran dan meningkatkan pemahaman tentang flowmeter elektromagnetik. Dalam waktu kurang dari setahun, serangkaian flowmeter magnetik Tiongkok dirancang dan dikembangkan. Yang lebih penting, desain terpadu nasional flowmeter elektromagnetik ini meletakkan dasar bagi pengembangan flowmeter elektromagnetik berikutnya di Tiongkok dan menumbuhkan bakat.

Kemajuan dan Kemajuan Teknologi Tiongkok

Pada pertengahan tahun 1970-an, dipengaruhi oleh negara-negara industri maju, penelitian tentang teori flowmeter elektromagnetik di Tiongkok juga memasuki klimaks. Pada bulan Juni 1975, fisikawan terkenal, Profesor Wang Zhuxi dan Profesor Zhao Kaihua dari Universitas Peking diundang oleh banyak pabrik flowmeter magnetik Tiongkok yang terkenal untuk melakukan analisis matematis yang ketat terhadap teori fungsi bobot flowmeter elektromagnetik dan memberikan ceramah, yang mengarah pada partisipasi aktif banyak universitas seperti Universitas Sains dan Teknologi Huazhong, Universitas Sains dan Teknologi Timur Laut, dan Universitas Jiaotong Shanghai dalam penelitian teori flowmeter elektromagnetik dan pengembangan produk flowmeter elektromagnetik medan magnet terdistribusi terbobot di negara saya.

Status Saat Ini dan Prospek Masa Depan

Flowmeter elektromagnetik Tiongkok merupakan salah satu produk berteknologi tinggi yang telah menempuh jalan reformasi lebih awal dan lebih berhasil, memperkenalkan teknologi canggih asing dan membangun usaha patungan dengan perusahaan-perusahaan maju asing. Hal ini tidak hanya memungkinkan perusahaan-perusahaan produksi flowmeter elektromagnetik tulang punggung untuk berkembang pesat, tetapi juga mendorong kemajuan teknologi perusahaan-perusahaan kecil dan menengah lainnya yang memproduksi flowmeter elektromagnetik. Saat ini, produksi flowmeter elektromagnetik negara saya pada dasarnya didasarkan pada eksitasi gelombang persegi panjang frekuensi rendah, dan secara bertahap telah memasuki era medan magnet tertimbang dan flowmeter cerdas. Ukuran sensor flowmeter magnetik berkisar dari 3mm hingga 3000mm, dan akurasi pengukuran berada dalam kisaran ±0,3%R atau ±1%FS. Jumlah produsen flowmeter elektromagnetik Tiongkok telah tumbuh dari 4 pada awal 1980-an menjadi sekitar 30 saat ini; output telah meningkat dari kurang dari 1.000 set per tahun menjadi hampir 30.000 set per tahun saat ini. Baik dalam hal tingkat teknologi manufaktur, kemampuan pengembangan, atau pengembangan pasar, kesenjangan antara pengukur aliran elektromagnetik Tiongkok dan tingkat maju dunia menyempit dengan cepat.

Tiongkok merumuskan standar industri flowmeter elektromagnetik pada tahun 1980. Dengan perkembangan dan kemajuan teknologi, standar tersebut direvisi pada tahun 1999 dan mengadopsi standar internasional ISO (ISO 9104:

Standar nasional GB/T 18659-2002 [Metode untuk mengevaluasi kinerja flowmeter elektromagnetik untuk mengukur aliran cairan konduktif dalam pipa tertutup] dan GB/T 18660-2002 [Metode untuk menggunakan flowmeter elektromagnetik untuk mengukur aliran cairan konduktif dalam pipa tertutup] telah diumumkan. Hal ini akan memungkinkan flowmeter elektromagnetik Tiongkok untuk mengimbangi standar internasional di masa mendatang dan menciptakan kondisi untuk pengembangan flowmeter elektromagnetik Tiongkok.