Historia del caudalímetro electromagnético

Introducción a los caudalímetros electromagnéticos

La medición del caudal mediante el principio de inducción electromagnética es uno de los métodos más comunes entre muchos métodos de medición del caudal. Puede medir la velocidad y el caudal de líquidos conductores en diversas formas de canales de flujo y es una aplicación de la ley de inducción electromagnética de Faraday. El caudalímetro electromagnético es un instrumento ampliamente utilizado y asequible.

Descubrimiento de la inducción electromagnética

La ley de inducción electromagnética fue descubierta por el físico británico Faraday en 1831. La ley de inducción electromagnética de Faraday establece que cuando un conductor corta líneas de fuerza magnéticas en un campo magnético, se inducirá una fuerza electromotriz inducida perpendicular a la dirección del campo magnético y a la dirección del movimiento del conductor en ambos extremos del conductor. La magnitud de la fuerza electromotriz inducida es proporcional a la intensidad de la inducción magnética y a la velocidad del movimiento.

Primer experimento con caudalímetro electromagnético

En 1832, Faraday colocó dos varillas metálicas como electrodos a ambos lados del puente de Waterloo sobre el río Támesis en un lugar perpendicular a la dirección del flujo de agua y en la dirección del campo geomagnético. Este fue el primer experimento del mundo con un caudalímetro electromagnético. Sin embargo, debido a reacciones electroquímicas, efectos termoeléctricos, etc., la señal medida era falsa y la señal del caudal se cortocircuitaba por el lecho del río. Además, debido a las limitaciones de las condiciones de medición en ese momento, fracasó. Afortunadamente, en 1851, vio el éxito de Wollsaton y otros en la medición de las mareas del Canal de la Mancha utilizando el método de inducción electromagnética.

Faraday descubrió la ley de inducción electromagnética

Primeros desarrollos en caudalímetros electromagnéticos

En 1917, Smith y Spirean obtuvieron una patente para la aplicación del principio de inducción electromagnética para fabricar un velocímetro de barco, y recomendaron el uso de excitación de CA para superar el efecto de polarización del agua, abriendo así la aplicación de medidores de corriente electromagnética en oceanografía.

Avances y aportes teóricos

En 1930, Williams hizo fluir una solución de sulfato de cobre en un tubo circular no conductor colocado en un campo magnético de corriente continua. El voltaje de corriente continua entre los dos electrodos del tubo circular era proporcional al caudal. Este dispositivo se convirtió en un caudalímetro electromagnético simple. Williams utilizó métodos matemáticos para analizar por primera vez la influencia de la distribución de la velocidad del flujo en el tubo circular sobre la medición y propuso la teoría de que la distribución de la velocidad del flujo simétrica al eje central del tubo no afecta la precisión de la medición del caudalímetro electromagnético. Aunque su análisis era matemáticamente erróneo, a partir de entonces se estableció la teoría básica del caudalímetro electromagnético.

Aplicaciones biológicas y avances de posguerra

Alrededor de 1932, basándose en la sugerencia de Fabre, los biólogos Willams y A. Colin utilizaron con éxito caudalímetros electromagnéticos para medir y registrar el flujo sanguíneo arterial instantáneo.

Después de la Segunda Guerra Mundial, la industria de la energía atómica se desarrolló rápidamente, lo que permitió la medición del imán permanente del metal líquido y se desarrolló y aplicó el caudalímetro electromagnético. Sin embargo, debido a la tecnología electrónica atrasada de ese momento, su campo de aplicación no pudo ampliarse a la industria en general.

Adopción industrial y expansión global

En 1950, los holandeses utilizaron por primera vez caudalímetros electromagnéticos para lodos para medir el caudal de lodo en dragas. Más tarde, los caudalímetros electromagnéticos se utilizaron en la producción industrial general en los Estados Unidos.

En 1955, Hokushin Electric y Yokogawa Electric de Japón introdujeron los caudalímetros electromagnéticos de Fischer & Porter y Foxboro de los Estados Unidos respectivamente. Después de una digestión, absorción y mejora continuas, sus caudalímetros electromagnéticos pronto se convirtieron en avanzados a nivel mundial. Alrededor de 1955, la ex Unión Soviética, Gran Bretaña y Alemania también produjeron con éxito caudalímetros electromagnéticos.

Análisis matemático y maduración tecnológica

A principios de la década de 1960, JA Shercliff completó el análisis matemático del caudalímetro electromagnético con campo magnético uniforme infinito de A. Kolin y otros predecesores.

El análisis matemático de la velocidad del flujo bajo el campo magnético uniforme de longitud finita y la teoría de la función de peso revelaron las características microscópicas de la fuerza electromotriz inducida, lo que hizo que el caudalímetro electromagnético tuviera una teoría básica sistemática. Al mismo tiempo, en las condiciones del rápido desarrollo de la industria electrónica y la mejora continua del grado de automatización industrial, el caudalímetro electromagnético ha mejorado y madurado gradualmente, y se ha convertido en un caudalímetro con un rendimiento excelente, que ha sido ampliamente utilizado en la industria.

Desde finales de la década de 1960 hasta mediados de la década de 1970, con el estudio en profundidad de las funciones de peso tridimensionales, aparecieron los caudalímetros electromagnéticos con campos magnéticos de distribución ponderada, que acortaron en gran medida la longitud limitada del campo magnético y mejoraron la insensibilidad de la medición a la velocidad del flujo hasta cierto punto. Al mismo tiempo, también es propicio para simplificar la fabricación del caudalímetro y reducir los costos. Los resultados de la investigación de las funciones de peso tridimensionales tienen una importancia orientadora significativa para el desarrollo de los caudalímetros electromagnéticos durante este período. Debido al rápido desarrollo de los circuitos integrados durante este período y los mayores requisitos de rendimiento para los instrumentos de medición de flujo planteados por la crisis energética mundial, ha surgido una nueva tecnología de excitación de onda rectangular de baja frecuencia. Los caudalímetros electromagnéticos de excitación de onda rectangular de baja frecuencia concentran las ventajas de los caudalímetros de excitación de CA en la supresión de la interferencia de polarización en las señales de campo magnético de CC y la reducción de los componentes de señal de interferencia de inducción electromagnética contenidos en las señales de los caudalímetros de campo magnético de CA. Mejora la estabilidad del cero, la sensibilidad y la precisión de la medición del caudalímetro, reduce el consumo de energía, resuelve los problemas de intercambiabilidad y constituye un punto culminante en el desarrollo de los caudalímetros electromagnéticos.

Avances y aplicaciones contemporáneos

Desde la década de 1980, el rápido desarrollo de la microelectrónica y la tecnología informática ha hecho que la tecnología de fabricación de caudalímetros electromagnéticos sea más madura y perfecta, y su campo de aplicación se ha ampliado aún más. Los caudalímetros electromagnéticos contemporáneos utilizan tecnología de microcomputadora de un solo chip y métodos de procesamiento digital para mejorar continuamente la precisión de medición y el rendimiento de los caudalímetros electromagnéticos, y pueden aprovechar al máximo las ventajas de las computadoras en el almacenamiento de información, el procesamiento de tiempo compartido, las capacidades de cálculo y control. Por lo tanto, es relativamente fácil realizar funciones adicionales como medición bidireccional, detección de tubería vacía, conmutación automática de múltiples rangos, diálogo hombre-computadora, comunicación con la computadora host y autodiagnóstico. La nueva generación de caudalímetros electromagnéticos con protocolo HART y otros buses de campo proporciona a los usuarios las condiciones para realizar un control y una gestión de producción de bus de campo completamente nuevos. Por lo tanto, los caudalímetros electromagnéticos integrados, de dos cables, a prueba de explosiones, de alta presión y con capacidad de comunicación se están volviendo cada vez más populares en el control automático de procesos de producción industrial como químicos, petróleo, acero y metalurgia.

Tecnologías emergentes y direcciones futuras

Con la expansión del campo de aplicación, han surgido varios nuevos instrumentos y sistemas de medición de volumen de líquido conductor que utilizan métodos de inducción electromagnética, como medidores de flujo electromagnéticos capacitivos que pueden medir baja conductividad,
Caudalímetros electromagnéticos de tubería parcialmente llena para medir drenaje gravitacional, caudalímetros electromagnéticos sumergibles para medición en canal abierto, caudalímetros electromagnéticos y caudalímetros electromagnéticos de inserción que pueden medir la velocidad de flujo puntual en canales abiertos y tuberías de gran diámetro, y sistemas de medición en canal abierto que consisten en el método de velocidad de flujo electromagnético-nivel de agua, etc.

Desarrollo de caudalímetros electromagnéticos en China

China comenzó a desarrollar caudalímetros electromagnéticos a finales de la década de 1950, y la fábrica de instrumentos Guanghua de Shanghái comenzó a proporcionar productos a la sociedad a principios de la década de 1960. En 1967, el Instituto de Investigación de Instrumentos de Automatización Industrial de Shanghái, la Fábrica de Instrumentos Guanghua de Shanghái, la Fábrica de Instrumentos de Kaifeng, la Fábrica de Instrumentos de Automatización Nº 3 de Tianjin, etc. participaron en el diseño unificado nacional de caudalímetros electromagnéticos organizado en el Instituto de Investigación de Instrumentos de Automatización Industrial de Shanghái. Aunque el tiempo era corto, todos intercambiaron ideas y mejoraron la comprensión de los caudalímetros electromagnéticos. En menos de un año, se diseñó y desarrolló una serie de caudalímetros magnéticos de China. Más importante aún, este diseño unificado nacional de caudalímetros electromagnéticos sentó las bases para el desarrollo posterior de caudalímetros electromagnéticos en China y cultivó talentos.

El progreso y los avances tecnológicos de China

A mediados de la década de 1970, bajo la influencia de los países industriales avanzados, la investigación sobre la teoría de los caudalímetros electromagnéticos en China también alcanzó su clímax. En junio de 1975, los famosos físicos, el profesor Wang Zhuxi y el profesor Zhao Kaihua de la Universidad de Pekín fueron invitados por muchos famosos fabricantes de caudalímetros magnéticos de China para realizar un riguroso análisis matemático de la teoría de la función de peso del caudalímetro electromagnético y dar conferencias, lo que condujo a la participación activa de muchas universidades como la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, la Universidad de Ciencia y Tecnología del Noreste y la Universidad Jiaotong de Shanghai en la investigación de la teoría de los caudalímetros electromagnéticos y el desarrollo de los productos de caudalímetros electromagnéticos de campo magnético distribuido ponderado de mi país.

Estado actual y perspectivas futuras

El caudalímetro electromagnético de China es uno de los productos de alta tecnología que han tomado el camino de la reforma antes y con más éxito, introduciendo tecnología avanzada extranjera y estableciendo empresas conjuntas con empresas avanzadas extranjeras. Esto no solo ha permitido que las empresas productoras de caudalímetros electromagnéticos de la columna vertebral se desarrollen rápidamente, sino que también ha impulsado el progreso tecnológico de otras pequeñas y medianas empresas que producen caudalímetros electromagnéticos. En la actualidad, la producción de caudalímetros electromagnéticos de mi país se basa básicamente en la excitación de onda rectangular de baja frecuencia y ha entrado gradualmente en la era del campo magnético ponderado y los caudalímetros inteligentes. El tamaño del sensor del caudalímetro magnético varía de 3 mm a 3000 mm, y la precisión de la medición está dentro del rango de ± 0,3% R o ± 1% FS. El número de fabricantes de caudalímetros electromagnéticos de China ha crecido de 4 a principios de la década de 1980 a unos 30 en la actualidad; la producción ha aumentado de menos de 1.000 juegos por año a casi 30.000 juegos por año en la actualidad. Ya sea en términos de nivel de tecnología de fabricación, capacidades de desarrollo o desarrollo del mercado, la brecha entre los medidores de flujo electromagnéticos de China y el nivel avanzado del mundo se está reduciendo rápidamente.

China formuló el estándar industrial del caudalímetro electromagnético en 1980. Con el desarrollo y el progreso de la tecnología, se revisó en 1999 y se adoptó el estándar internacional ISO (ISO 9104:

Se han promulgado las normas nacionales GB/T 18659-2002 [Métodos para evaluar el rendimiento de los caudalímetros electromagnéticos para medir el caudal de líquidos conductores en tuberías cerradas] y GB/T 18660-2002 [Métodos para utilizar caudalímetros electromagnéticos para medir el caudal de líquidos conductores en tuberías cerradas]. Esto permitirá que los caudalímetros electromagnéticos de China sigan el ritmo de las normas internacionales en el futuro y cree las condiciones para el desarrollo de los caudalímetros electromagnéticos de China.