專利名稱：用電磁流量計測量非滿管導電流體流量的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用電磁流量計測量非滿管導電流體流量的方法。
背景技術(shù)：
普通電磁流量計是以傳感器截面面積恒定，測量平均流速得到流量。非滿管內(nèi)的 流體截面面積是變化的，流量測量不僅要測量流過傳感器的平均流速，而且還要測量流過 傳感器的流體截面積。也就是說，非滿管電磁流量計的流量測量需要的至少是流速V和液 位H兩個變量。非滿管電磁流量計的測量方法主要有采用管中心偏向底部的弧形板大面積電極 傳感器的方法，液位計法，采用多電極傳感器法，應用電容法進行液位測量的方法以及針對 液位和流速信號的提取采用不同激勵方式獲得的方法，為基礎的非滿管電磁流量測量方法寸。對于單一導電流體不變的情況下，也就是在流體電導率不變的情況下，像電容式 和雙激勵式等可以實現(xiàn)非滿管的測量，但是當流體的電導率和流體特性發(fā)生改變的時候， 測量精度會受到較大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用電磁流量計測量非滿管導電流 體流量的方法。用電磁流量計測量非滿管導電流體流量的方法包括如下步驟1)將非滿管電磁流量計接入待測量流體管路，非滿管電磁流量計的測量管外上下 設有勵磁線圈，勵磁線圈與勵磁電路相連接，管道內(nèi)壁兩側(cè)分布著三對測量電極，每對測量 電極以差動信號的方式輸入到信號處理電路中，三對測量電極分別接入信號處理電路，測 量管底部的接地電極與勵磁電路和信號處理電路的地線相連接，壓力傳感器與信號處理電 路連接；2)當導電流體流過非滿管電磁流量計的測量管時，壓力傳感器測量獲得4_20mA 的標準電流信號，標準電流信號通過串聯(lián)一個電阻，電阻兩端的電壓值U與液位信號H所對 應的壓力信號P成一一對應的正比關系，根據(jù)公式P= 0 8禮推導得出!1 = 1^1和，其中系數(shù) kl壓力液位的比例系數(shù)；3)勵磁電路產(chǎn)生勵磁電流，輸入到勵磁線圈中，產(chǎn)生磁場B，當壓力傳感器采集到 的電流信號轉(zhuǎn)成對應的電壓信號輸入到信號處理電路中的單片機，由單片機計算得到當前 的流體的液位H，根據(jù)液位的高度H，單片機控制多路模擬開關，由多路模擬開關選擇此刻 對應的測量電極對，該對電極間的感應電動勢信號E，推導得出平均流速V :V = k2*E，其中 的系數(shù)k2是由實際實驗所標定出來的，由平均流速V，計算得出Q = V*S ；S為導電流體的
橫截面積，
，其中D為測量管的管徑。 4D 2 V 4 2
所述的測量電極為三對，第一對測量電極，第二對測量電極，第三對測量電極，其 中第一對電極設置在測量管管徑50%處的管壁上，第二對電極設置在測量管管徑30%處 的管壁上，第三對電極設置在測量管管徑10%處的管壁上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下幾點顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點一 是直接用壓力傳感器獲得相對應的液位信號H，克服了不同種類的導電流體由于電導率和 介電常數(shù)的不同而可能造成的測量誤差，二是測量管內(nèi)壁的多對電極的安裝位置和對數(shù)， 保證了不同液位H下，每對電極均與流體相接觸，且根據(jù)液位的不同合理選擇相對應的測 量電極，保證了測量的準確性。


圖1是本發(fā)明的非滿管電磁流量計的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的的測量管⑴和平均流速V，以及流體的液位H的關系圖和各對電 極和壓力傳感器的立體分布圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例如下述見圖1和圖2。用電磁流量計測量非滿管導電流體流量的方法包括如下步驟1)將非滿管電磁流量計接入待測量流體管路，非滿管電磁流量計的測量管1外上 下設有勵磁線圈2，勵磁線圈2與勵磁電路4相連接，管道內(nèi)壁兩側(cè)分布著三對測量電極，每 對測量電極以差動信號的方式輸入到信號處理電路3中，三對測量電極分別接入信號處理 電路，測量管1底部的接地電極12與勵磁電路4和信號處理電路3的地線相連接，壓力傳 感器11與信號處理電路3連接；2)當導電流體流過非滿管電磁流量計的測量管1時，壓力傳感器11測量獲得 4-20mA的標準電流信號，標準電流信號通過串聯(lián)一個電阻，電阻兩端的電壓值U與液位信 號H所對應的壓力信號P成一一對應的正比關系，根據(jù)公式ρ = P gH，推導得出H = kl*U， 其中系數(shù)kl壓力液位的比例系數(shù)；3)勵磁電路4產(chǎn)生勵磁電流，輸入到勵磁線圈2中，產(chǎn)生磁場B，當壓力傳感器11 采集到的電流信號轉(zhuǎn)成對應的電壓信號輸入到信號處理電路3中的單片機，由單片機計算 得到當前的流體的液位H，根據(jù)液位的高度H，單片機控制多路模擬開關，由多路模擬開關 選擇此刻對應的測量電極對，該對電極間的感應電動勢信號E，推導得出平均流速V :V = k2*E，其中的系數(shù)k2是由實際實驗所標定出來的，由平均流速V，計算得出Q = V*S ；S為導
電流體的橫截面積，
其中D為測量管1的 管徑。所述的測量電極為三對，第一對測量電極5和6，第二對測量電極7和8，第三對測 量電極9和10，其中第一對電極設置在測量管1管徑50%處的管壁上，第二對電極設置在 測量管1管徑30%處的管壁上，第三對電極設置在測量管1管徑10%處的管壁上。導電流體流動時，測量管底部的壓力傳感器11測量出的壓力信號P轉(zhuǎn)化為液位 信號H，同時勵磁電路產(chǎn)生磁場B，通過已知的液位信號H，由單片機選擇相應的測量所需的電極對，進行感應電動勢信號E的測量，當導電流體的液位大于50%的管徑時(包括滿管 情況)，選擇分布在管道內(nèi)部兩側(cè)位于管徑高50%處的電極對5和6，進行感應電動勢的測 量，當導電流體的液位大于30%的管徑且小于50%的管徑時，選擇分布在管道內(nèi)部兩側(cè)位 于管徑高30%處的電極對7和8，進行感應電動勢的測量，當導電流體的液位大于10%的管 徑且小于30%的管徑時，選擇分布在管道內(nèi)部兩側(cè)位于管徑高10%出的電極對9和10，進 行感應電動勢的測量，根據(jù)測量得到的感應電動勢E的值計算得出平均流速V，由導電流體 的液位H和平均流速V推導出非滿管流體的流量Q。上述用電磁流量計測量非滿管導電流體流量的新方法，要求測量感應電動勢的3 對電極以及測量管內(nèi)壁除電極處外，其余地方的法向電流為零。電極材質(zhì)的選擇為316L，適 用于工業(yè)廢水，以及弱腐蝕性的酸、堿、鹽溶液，且價格低廉。電極對測量介質(zhì)的耐腐蝕性是 選擇材料首先考慮的因素，可以選擇除316L以外的金屬材料，如含鉬耐酸鋼，哈氏合金B(yǎng)、 C，鈦、鉭、鉬銥合金等。測量管的襯里選擇絕緣襯里，是為了防止感應信號電壓被金屬管短 路，這里選擇用聚四氟乙烯，此外還可以選用橡膠、聚氯乙烯、聚氨酯橡膠和工業(yè)陶瓷等。上述用電磁流量計測量非滿管導電流體流量的新方法，所采用的測量感應電動勢 的3對電極，其中第1對電極設在測量管管徑50%處的管壁上，第2對電極設在測量管管 徑30%處的管壁上，第3對電極設在測量管管徑10%處的管壁上，管道最底部的點電極的 安裝高度，取決于可測量的液位H的最下限和管道中電極大小的加工工藝是否可以做到盡 量的貼近管道底部，同時要保證不影響勵磁線圈，每對電極所輸出的信號即是測量出來的 感應電動勢的信號E，與流體的流速成對應比例的關系。上述用電磁流量計測量非滿管導電流體流量的新方法，為了獲得更高的測量精 度，測量感應電動勢的3對電極，可以是3對以上電極所組成的電極組，譬如，每對電極的分 布可以是液位H為管徑的10 %，20 %，30 %，40 %，50 %，或者可以分得更細，每對電極間的 感應電動勢的測量與3對電極的測量方式相同，通過轉(zhuǎn)換器中的單片機控制模擬開關確定 具體的某一對電極。上述用電磁流量計測量非滿管導電流體流量的新方法，依據(jù)的是壓力傳感器測量 得到的電信號推導出的液位信號H，以及由液位信號H所選擇的與之相對應的某一對電極 之間的感應電動勢信號E，推導得出的平均流速信號V，計算得到相對應的流體流量Q，其中 壓力傳感器所在的位置不在多對電極所在的圓形橫截面上。具體的操作步驟1)當導電流體流過非滿管電磁流量計的測量管1時，壓力傳感器11測量獲得 4-20mA的標準電流信號，標準電流信號通過串聯(lián)一個電阻，電阻兩端的電壓值U與液位信 號H所對應的壓力信號P成一一對應的正比關系，根據(jù)公式ρ = P gH，推導得出H = kl*U， 其中系數(shù)kl壓力液位的比例系數(shù)。2)勵磁電路4產(chǎn)生正弦波勵磁電流，輸入到勵磁線圈2中，產(chǎn)生交變磁場B，當壓 力傳感器11采集到的電流信號轉(zhuǎn)成對應的電壓信號輸入到電磁流量轉(zhuǎn)換器中的單片機， 由單片機計算得到當前的流體的液位H時，根據(jù)計算出的液位H，單片機控制多路模擬開 關，由多路模擬開關選擇此刻對應的測量電極對，該對電極間的感應電動勢信號E，流體的
平均流速V由感應電動勢的公式E = BLV，推導得出
，系數(shù)
其中的系數(shù)k2是可以由實際試驗所標定出來的。 流體的流量則等于Q 二 V*S，S是測量管1中的流體的橫截面積；S為導電流體的 橫截面積。它和流體的液位H的關系如下
權(quán)利要求
一種用電磁流量計測量非滿管導電流體流量的方法，其特征在于包括如下步驟1)將非滿管電磁流量計接入待測量流體管路，非滿管電磁流量計的測量管(1)外上下設有勵磁線圈(2)，勵磁線圈(2)與勵磁電路(4)相連接，管道內(nèi)壁兩側(cè)分布著三對測量電極，每對測量電極以差動信號的方式輸入到信號處理電路(3)中，三對測量電極分別接入信號處理電路，測量管(1)底部的接地電極(12)與勵磁電路(4)和信號處理電路(3)的地線相連接，壓力傳感器(11)與信號處理電路(3)連接；2)當導電流體流過非滿管電磁流量計的測量管(1)時，壓力傳感器(11)測量獲得4 20mA的標準電流信號，標準電流信號通過串聯(lián)一個電阻，電阻兩端的電壓值U與液位信號H所對應的壓力信號P成一一對應的正比關系，根據(jù)公式p＝ρgH，推導得出H＝k1*U，其中系數(shù)k1壓力液位的比例系數(shù)；3)勵磁電路(4)產(chǎn)生勵磁電流，輸入到勵磁線圈(2)中，產(chǎn)生磁場B，當壓力傳感器(11)采集到的電流信號轉(zhuǎn)成對應的電壓信號輸入到信號處理電路(3)中的單片機，由單片機計算得到當前的流體的液位H，根據(jù)液位的高度H，單片機控制多路模擬開關，由多路模擬開關選擇此刻對應的測量電極對，該對電極間的感應電動勢信號E，推導得出平均流速VV＝k2*E，其中的系數(shù)k2是由實際實驗所標定出來的，由平均流速V，計算得出Q＝V*S；S為導電流體的橫截面積， <mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><mfrac> <msup><mi>D</mi><mn>2</mn> </msup> <mn>4</mn></mfrac><mi>arccos</mi><mfrac> <mrow><mi>D</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>H</mi> </mrow> <mi>D</mi></mfrac><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mi>D</mi><mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>H</mi> <mo>)</mo></mrow><msqrt> <mfrac><msup> <mi>D</mi> <mn>2</mn></msup><mn>4</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mi>D</mi><mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>H</mi> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></msqrt><mo>,</mo> </mrow>其中D為測量管(1)的管徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的用電磁流量計測量非滿管導電流體流量的方法，其特征在 于所述的測量電極為三對，第一對測量電極(5和6)，第二對測量電極(7和8)，第三對測量 電極(9和10)，其中第一對電極設置在測量管(1)管徑50%處的管壁上，第二對電極設置 在測量管(1)管徑30%處的管壁上，第三對電極設置在測量管(1)管徑10%處的管壁上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用電磁流量計測量非滿管導電流體流量的方法。采用的流量計帶有至少3對測量電極和1個接地電極，一個用于產(chǎn)生磁場的線圈結(jié)構(gòu)和一個壓力傳感器，測量管內(nèi)壁的多對電極，保證了不同液位H下每對電極均與流體接觸，且根據(jù)液位的不同合理選擇測量電極對，保證測量的準確性。其測量方法是，不同液位下選用不同對的電極進行流速的測量，用壓力傳感器的壓力信號P得到液位信號H，克服了不同種類的導電流體由于電導率和介電常數(shù)的不同而可能造成的測量誤差，通過液位信號計算出非滿管流體的等效截面積S，流量傳感器測得的感應電動勢的信號E轉(zhuǎn)換得到流速的信號V，綜合等效截面積S和流速信號可以得出相應的非滿管流體的流量Q。
文檔編號G01F1/58GK101929883SQ20091015505
公開日2010年12月29日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者周洪亮, 張宏建, 饒蕾 申請人:浙江大學