專利名稱：一種可用于非滿管流量測量的電容式電磁流量計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種流量測量裝置，特別是涉及一種電磁流量計。
背景技術：
目前，傳統(tǒng)電磁流量計一般對流型敏感，例如中國公開專利電磁流量計 CNl 108385、電磁流量計CNl 131273、電磁流量計和流量的電磁測量方法CN1097868等。電磁 流量傳感器安裝在管路中，導電液體流過電磁流量傳感器。電磁流量轉換器向勵磁線圈提 供勵磁電流，在電磁流量傳感器中產生磁場，運動流體切割磁力線測量電極將獲取感生電 動勢。對于上述結構，任意一點流體微元流經(jīng)測量管內某一點時，產生的感應電勢不僅與該 點的流速及該點的磁場成正比，而且與該點的權重函數(shù)成正比。對于長筒型磁場均勻的電 磁流量傳感器，當流速為軸對稱分布時，因權重函數(shù)所起的作用正好等效為l，測量管截面 產生的感應電勢與流速平均值嚴格線性相關。當流速為非軸對稱分布時，由于權重函數(shù)所 起的作用不能等效于l，導致測量誤差。多電極流量計可以減小流速分布對測量的影響，例 如中國公開專利一種多電極電磁流量計CN101294832、多電極流量傳感器CN2453392，雖然 這類多電極電磁流量計能夠對流型分布不敏感，但是電極與流體直接接觸，容易受到污染、 腐蝕等。 —般電磁流量計要求管內流體為滿管狀態(tài)，測量管內的流速V，對應測量管的截面 S的流量Q = SXV。對于非滿管的流量測量在測量V的同時還需要測量管內流體的高度 H。為了實現(xiàn)非滿管下流體的精確測量，提出了很多用于非滿管的方法，例如中國公開專利 用于測量非滿管流量的電磁流量傳感器及測量方法CN1928507、導電流體的非滿管流量測 量方法CN101303247，此類測量方法使用流體高度H與液體的阻抗Z相關，通過測量Z得到 流體的高度信息。然而，此類方法在流體高度位于電極最上側到滿管之間時，其阻抗變化不 大，測量靈敏度很低，誤差大。另外這類方法由于不同流體介質其阻抗Z變化并不相同，因 此，若要實現(xiàn)精確測量，在測量不同流體必須進行重新標定。 由以上分析可知，傳統(tǒng)的電磁流量計對流型分布敏感，并且不能實現(xiàn)非滿管流動 狀態(tài)下的準確測量。多電極電磁流量計對流型分布不敏感，但是電極由于與流體直接接觸， 極易受到污染、腐蝕等?，F(xiàn)有的非滿管流量測量方法在一定條件下可實現(xiàn)非滿管流動狀態(tài) 下的精確測量，但其液位處于電極最上側到滿管之間時測量誤差大，另外，測量不同流體必 須進行重新標定。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的問題是提供一種可用于非滿 管流量測量的電容式電磁流量計，能夠克服傳統(tǒng)流量計的測量對測量管內流型分布敏感， 電極易污染、腐蝕等問題，并且在非滿管流動狀態(tài)下需要對不同流體介質進行標定等問題。
本發(fā)明提供的一種可用于非滿管流量測量的電容式電磁流量計采用以下技術方 案量的電容式電磁流量計，包括電磁流量傳感器、電容測量 模塊、感應電動勢測量模塊、控制及信號處理模塊。所述電磁流量傳感器包括測量管、電極、 屏蔽電極、勵磁線圈；所述電容測量模塊包括多路開關組A、激勵信號源電路、電容測量電 路；所述感應電動勢測量模塊包括多路開關組B、勵磁電路、感應電動勢測量電路；所述控 制及信號處理模塊負責控制多路開關組，利用電容測量模塊得到的多組電容值和感應電動 勢測量模塊得到的多組感應電動勢值，可在滿管和非滿管兩種情況下得到管內流量。本發(fā) 明在非滿管流動狀態(tài)下不需要對不同的流體介質進行標定即可實現(xiàn)流量的精確測量，并且 避免了電極的腐蝕、污染、泄漏以及漿狀流體噪聲的影響等問題。 其中，所述電磁流量傳感器1包括測量管111、電極131至138、屏蔽電極121、勵磁 線圈141和142 ;所述測量管為圓管結構，其制作材料采用絕緣材料；所述電極131至138 采用矩形金屬薄片，均勻附著在測量管111的外側，不與被測流體直接接觸，其中電極131 和電極135的中心連線與水平面平行，且與線圈中心連線垂直；所述屏蔽電極121位于電極 131至138外側，屏蔽電極內有徑向隔板，將相鄰電極隔離；所述勵磁線圈由上勵磁線圈141 和下勵磁線圈142組成，位于測量管的上下兩側，并通過串聯(lián)的方式連接在一起。
其中，所述電容測量模塊2包括多路開關組A、激勵信號源電路、電容測量電路。所 述多路開關組A用來選擇其中一對電極分別作為激勵電極和測量電極；所述激勵信號源電 路用來產生正弦激勵電壓；所述電容測量電路用來測量兩個電極之間的電容值。通過切換 多路開關組A實現(xiàn)對不同電極進行激勵并通過電容測量電路測量被激勵的電極與其它電 極之間的電容值。首先，通過切換多路開關組A后激勵信號在電極131施加激勵，然后，通 過切換多路開關組A后電容測量電路分別測量電極131和電極132、電極131和電極133、 電極131和134、電極131和電極135、電極131和電極136、電極131和電極137、電極131 和電極138之間的電容，以此類推，通過切換多路開關組A激勵信號分別在電極132至138 施加激勵，電容測量電路測量被激勵的電極與其它電極之間電容。若為N個電極共可得到 N(N-l)/2組電容值。 其中，所述感應電動勢測量模塊3包括多路開關組B、勵磁電路、感應電動勢測量 電路。所述多路開關組B通過切換實現(xiàn)組成不同的測量電極對；所述勵磁電路用來產生勵 磁電流；所述感應電動勢測量電路用來測量不同電極對之間的感應電動勢值。勵磁電路產 生勵磁電流加載到以串聯(lián)方式連接在一起的上勵磁線圈141和下勵磁線圈142上，從而產 生磁場。當流體流過測量管時，根據(jù)法拉第電磁感應定律兩個電極連線與磁場方向有垂直 分量的電極對上將產生感應電動勢，通過切換多路開關組B利用感應電動勢測量電路可以 獲得多組感應電動勢值。 其中，所述控制及信號處理模塊4通過控制多路開關組，利用電容測量模塊測得 的多組電容值使用電學成像技術得到管內空氣和液體的兩相分布信息。在滿管時，利用感 應電動勢測量模塊得到的多組感應電動勢值得到管內的流型及平均流速從而得到管內流 量；在非滿管時，根據(jù)空氣和液位的兩相分布信息對感應電動勢值進行修正后再得到管內 流型及平均流速，綜合流型及平均流速和相分布得到管內的流量。 此處電學成像技術根據(jù)液體介電常數(shù)與空氣介電常數(shù)相對不同的原理，利用圖像 重建算法獲取兩相分布信息，不單獨依賴于流體介質的特性，因此不需要在測量不同流體 時進行重新標定。


圖1是一種可用于非滿管流量測量的電容式電磁流量計結構示意圖；
圖2是電極與屏蔽電極設置示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發(fā)明專利實施例作進一步詳細描述。 附圖1是一種可用于非滿管流量測量的電容式電磁流量計結構示意圖。電磁流量 傳感器1包括測量管111、電極131至138、屏蔽電極121、勵磁線圈141和142 ;所述測量管 為圓管結構，其制作材料采用絕緣材料；所述電極131至138采用矩形金屬薄片，均勻附著 在測量管111的外側，不與被測流體直接接觸，其中電極131和電極135的中心連線與水平 面平行，且與線圈中心連線垂直；所述屏蔽電極121位于電極131至138外側，屏蔽電極內 有徑向隔板，將相鄰電極隔離；所述勵磁線圈由上勵磁線圈141和下勵磁線圈142組成，位 于測量管的上下兩側，并通過串聯(lián)的方式連接在一起。電容測量模塊2包括多路開關組A、 激勵信號源電路、電容測量電路。所述多路開關組A用來選擇其中一對電極分別作為激勵 電極和測量電極；所述激勵信號源電路用來產生正弦激勵電壓；所述電容測量電路用來測 量兩個電極之間的電容值。通過切換多路開關組A實現(xiàn)對不同電極進行激勵并通過電容測 量電路測量被激勵的電極與其它電極之間的電容值。首先，通過切換多路開關組A后激勵 信號在電極131施加激勵，然后，通過切換多路開關組A后電容測量電路分別測量電極131 和電極132、電極131和電極133、電極131和134、電極131和電極135、電極131和電極 136、電極131和電極137、電極131和電極138之間的電容，以此類推，通過切換多路開關組 A激勵信號分別在電極132至138施加激勵，電容測量電路測量被激勵的電極與其它電極之 間電容。若為N個電極共可得到N(N-l)/2組電容值。感應電動勢測量模塊3包括多路開 關組B、勵磁電路、感應電動勢測量電路。所述多路開關組B通過切換實現(xiàn)組成不同的測量 電極對；所述勵磁電路用來產生勵磁電流；所述感應電動勢測量電路用來測量不同電極對 之間的感應電動勢值。勵磁電路產生勵磁電流加載到以串聯(lián)方式連接在一起的上勵磁線圈 141和下勵磁線圈142上，從而產生磁場。當流體流過測量管時，根據(jù)法拉第電磁感應定律 兩個電極連線與磁場方向有垂直分量的電極對上將產生感應電動勢，通過切換多路開關組 B利用感應電動勢測量電路可以獲得多組感應電動勢值?？刂萍靶盘柼幚砟K4通過控制 多路開關組，利用電容測量模塊測得的多組電容值使用電學成像技術得到管內空氣和液體 的兩相分布信息。在滿管時，利用感應電動勢測量模塊得到的多組感應電動勢值得到管內 的流型及平均流速從而得到管內流量；在非滿管時，根據(jù)空氣和液體的兩相分布信息對感 應電動勢值進行修正后再得到管內流型及平均流速，綜合流型及平均流速和相分布得到管 內的流量。 附圖2是電極與屏蔽電極設置示意圖。電極均勻附著在測量管1的外側，不與被 測流體直接接觸，有效避免了流體對電極的腐蝕、污染。屏蔽電極121位于電極131至138 外側，屏蔽電極內有徑向隔板，將每個電極進行單獨隔離，實現(xiàn)了對電極進行完全屏蔽。
以上對本發(fā)明及其實施方式的描述，并不局限于此，附圖中所示僅是本發(fā)明的實 施方式之一。在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造地設計出與該技術方案類似的結構或實施例，均屬本發(fā)明保護范圍。
權利要求
一種可用于非滿管流量測量的電容式電磁流量計，包括電磁流量傳感器、電容測量模塊、感應電動勢測量模塊、控制及信號處理模塊，所述電磁流量傳感器包括測量管、電極、屏蔽電極、勵磁線圈；所述電容測量模塊包括多路開關組(A)、激勵信號源電路、電容測量電路；所述感應電動勢測量模塊包括多路開關組(B)、勵磁電路、感應電動勢測量電路；所述控制及信號處理模塊負責控制多路開關組，利用電容測量模塊得到的多組電容值和感應電動勢測量模塊得到的多組感應電動勢值，可在滿管和非滿管兩種情況下得到管內流量。
2. 按照權利要求1所述的一種可用于非滿管流量測量的電容式電磁流量計，其特征在 于所述電磁流量傳感器(1)包括測量管(111)、電極(131至138)、屏蔽電極(121)、勵磁線 圈(141、142)，所述測量管為圓管結構，其制作材料采用絕緣材料；所述電極(131至138) 采用矩形金屬薄片，均勻附著在測量管(111)的外側，不與被測流體直接接觸，其中一對電 極的中心連線與線圈中心連線垂直，且與水平面平行；所述屏蔽電極(121)位于電極(131 至138)夕卜側，屏蔽電極內有徑向隔板，將相鄰電極隔離；所述勵磁線圈由上勵磁線圈(141) 和下勵磁線圈(142)組成，位于測量管的上下兩側，并通過串聯(lián)的方式連接在一起。
3. 按照權利要求1所述的一種可用于非滿管流量測量的電容式電磁流量計，其特征在 于所述電容測量模塊(2)包括多路開關組(A)、激勵信號源電路、電容測量電路，所述多路 開關組(A)用來選擇其中一對電極分別作為激勵電極和測量電極；所述激勵信號源電路用 來產生正弦激勵電壓；所述電容測量電路用來測量兩個電極之間的電容值；通過切換多路 開關組(A)實現(xiàn)對不同電極進行激勵并通過電容測量電路測量被激勵的電極與其它電極 之間的電容值；若為N個電極共可得到N(N-1)/2組電容值。
4. 按照權利要求1所述的一種可用于非滿管流量測量的電容式電磁流量計，其特征 在于所述感應電動勢測量模塊(3)包括多路開關組(B)、勵磁電路、感應電動勢測量電路， 所述多路開關組(B)通過切換實現(xiàn)組成不同的測量電極對；所述勵磁電路用來產生勵磁電 流；所述感應電動勢測量電路用來測量不同電極對之間的感應電動勢值；勵磁電路產生勵 磁電流加載到以串聯(lián)方式連接在一起的上勵磁線圈(141)和下勵磁線圈(142)上，從而產 生磁場；當流體流過測量管時，根據(jù)法拉第電磁感應定律兩個電極中心連線與磁場方向有 垂直分量的電極對上將產生感應電動勢，通過切換多路開關組(B)利用感應電動勢測量電 路可以獲得多組感應電動勢值。
5. 按照權利要求1所述的一種可用于非滿管流量測量的電容式電磁流量計，其特征在 于所述控制及信號處理模塊(4)通過控制多路開關組，利用電容測量模塊測得的多組電容 值使用電學成像技術得到管內空氣和液體的兩相分布信息；在滿管時，利用感應電動勢測 量模塊得到的多組感應電動勢值得到管內的流型及平均流速從而得到管內流量；在非滿管 時，根據(jù)空氣和液體的兩相分布信息對感應電動勢值進行修正后再得到管內流型及平均流 速，綜合流型及平均流速和相分布得到管內的流量。
全文摘要
一種可用于非滿管流量測量的電容式電磁流量計，包括電磁流量傳感器、電容測量模塊、感應電動勢測量模塊、控制及信號處理模塊。控制及信號處理模塊通過控制多路開關組，利用電磁流量傳感器和電容測量模塊獲取多組電容值，利用電磁流量傳感器和感應電動勢測量模塊獲取多組感應電動勢值，從而可在滿管和非滿管兩種情況下得到管內流量。本發(fā)明在非滿管流動狀態(tài)下不需要對不同的流體介質進行標定即可實現(xiàn)流量的精確測量，并且避免了電極的腐蝕、污染、泄漏以及漿狀流體噪聲的影響等問題。
文檔編號G01F1/60GK101701836SQ20091023629
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權日2009年11月2日
發(fā)明者凌琪, 徐立軍, 曹章, 范士偉 申請人:北京航空航天大學