專利名稱：一種多電極電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)方法，尤其是涉及一種多電極電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律原理來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表，它 包括電磁流量計(jì)傳感器和電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器，電磁流量計(jì)傳感器內(nèi)存在工作磁場(chǎng)，導(dǎo)電流 體流過(guò)電磁流量計(jì)傳感器時(shí)切割磁力線，在兩側(cè)電極間產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)差，電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換 器通過(guò)測(cè)量該電勢(shì)差判定管內(nèi)流體平均流速，將其轉(zhuǎn)換為其他儀表或轉(zhuǎn)置可接收的電流、 頻率或數(shù)字通訊信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的測(cè)量。理論分析表明，電極上感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)是電磁流量計(jì)傳感器測(cè)量管道內(nèi)無(wú)數(shù)個(gè) 流體微元切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的加權(quán)和，并且由于測(cè)量管內(nèi)不同位置處的感生電 動(dòng)勢(shì)對(duì)電極上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的貢獻(xiàn)不同，通常用權(quán)重矢量函數(shù)W表征工作磁場(chǎng)的有效區(qū) 域內(nèi)任意微小流體微元切割磁力線所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)對(duì)兩電極間的電勢(shì)差所起的貢獻(xiàn)大 小。傳統(tǒng)兩個(gè)點(diǎn)電極電磁流量計(jì)電極軸線附近權(quán)重矢量函數(shù)分布所占比重很大，即此區(qū)域 中流體微元切割磁力線所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)對(duì)兩電極獲取的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)貢獻(xiàn)很大，因此當(dāng)上 游管路中存在彎管、閥門(mén)等阻流件，相應(yīng)的引起流動(dòng)畸變、二次流或漩渦等時(shí)，如果介于阻 流件與電磁流量計(jì)傳感器之間的直管段不夠長(zhǎng)將導(dǎo)致流入傳感器測(cè)量管內(nèi)流體的速度分 布與傳感器中心軸線非對(duì)稱，由于上述權(quán)重函數(shù)的不均勻分布，使得電磁流量計(jì)測(cè)量結(jié)果 易受流場(chǎng)分布影響，產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。為使流場(chǎng)充分發(fā)展并恢復(fù)其軸對(duì)稱的流速分布， 在電磁流量計(jì)傳感器的上游需要安裝相當(dāng)長(zhǎng)的直管段，長(zhǎng)度一般為5至10倍被測(cè)管的直 徑。這一要求對(duì)200mm 口徑以上的中、大型電磁流量計(jì)來(lái)說(shuō)較難實(shí)現(xiàn)，使得這類電磁流量計(jì) 在實(shí)際使用中易受非對(duì)稱流場(chǎng)的影響，測(cè)量誤差較大。目前克服這一缺陷的方法主要有增大電極面積與采用多對(duì)電極的方法。但是，大 面積電極制造工藝復(fù)雜，且易受被測(cè)流體內(nèi)雜質(zhì)的污染(如表面形成污垢)，容易導(dǎo)致流量 計(jì)測(cè)量失效?，F(xiàn)有的多電極電磁流量計(jì)均則采用均勻電極分布，且各電極權(quán)重系數(shù)的選擇 都是基于測(cè)量管內(nèi)磁場(chǎng)均勻分布的假設(shè)。由于現(xiàn)有電磁流量計(jì)為使結(jié)構(gòu)緊湊采用馬蹄形等 緊貼測(cè)量管壁的線圈勵(lì)磁方式，測(cè)量管內(nèi)實(shí)際磁場(chǎng)均勻度差，這種基于均勻磁場(chǎng)假設(shè)的電 極位置與權(quán)重系數(shù)給定方法未能使權(quán)重矢量分布與實(shí)際空間磁場(chǎng)矢量分布呈正交特性，對(duì) 改進(jìn)非對(duì)稱流場(chǎng)的測(cè)量精度效果欠佳。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)非對(duì)稱流場(chǎng) 精確測(cè)量的一種多電極電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是電磁流量計(jì)傳感器上的N對(duì)電極非均勻地分布在測(cè)量管壁面上，電極對(duì)數(shù)N的大 小取決于電磁流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)空間磁場(chǎng)矢量的分布，且成對(duì)兩電極之間的連線通過(guò)電磁流量計(jì)傳感器測(cè)量管的圓心，各對(duì)電極的位置及權(quán)重系數(shù)由電磁流量計(jì)傳感器的測(cè)量管內(nèi)分 布的空間磁場(chǎng)決定，并通過(guò)使權(quán)重矢量分布與空間磁場(chǎng)矢量分布呈正交特性的迭代算法獲
得；各對(duì)電極上的權(quán)重系數(shù)kp k2、k3.....kN通過(guò)二次電路的放大系數(shù)設(shè)定，即通過(guò)將各對(duì)
電極上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)分別送往二次電路中并聯(lián)連接且放大系數(shù)不同的差分運(yùn)算放大 器的兩端設(shè)定；經(jīng)過(guò)二次電路放大并加權(quán)集合后的電勢(shì)差信號(hào)送往電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器，進(jìn) 而電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器通過(guò)測(cè)量該電勢(shì)差判定管內(nèi)流體平均流速。所述正交特性是指空間磁場(chǎng)矢量函數(shù)B與權(quán)重矢量函數(shù)W的矢量積BXW在測(cè)量 管內(nèi)分布均勻，即測(cè)量管內(nèi)各流體微元流速的加權(quán)系數(shù)分布均勻。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明通過(guò)使電極位置與權(quán)重系數(shù)所決定的權(quán)重矢量分布與空間磁場(chǎng)矢量分布 呈正交特性，進(jìn)而使得測(cè)量管內(nèi)各流體微元流速的加權(quán)系數(shù)分布均勻，使電磁流量計(jì)具備 更好的抗流場(chǎng)干擾性能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非對(duì)稱流場(chǎng)的精確測(cè)量。


附圖是本發(fā)明多電極電磁流量計(jì)原理圖。圖中1.電磁流量計(jì)傳感器，2. 二次電路，3.電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如附圖所示，電磁流量計(jì)傳感器1上的N對(duì)電極非均勻地分布在測(cè)量管壁面上， 電極對(duì)數(shù)N的大小取決于電磁流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)空間磁場(chǎng)矢量的分布，成對(duì)兩電極之間的連 線通過(guò)電磁流量計(jì)傳感器1測(cè)量管的圓心，各對(duì)電極的位置及權(quán)重系數(shù)由電磁流量計(jì)傳感 器1的測(cè)量管內(nèi)分布的空間磁場(chǎng)決定，并通過(guò)使權(quán)重矢量分布與空間磁場(chǎng)矢量分布呈正交 特性的迭代算法獲得；各對(duì)電極上的權(quán)重系數(shù)ki、k2、k3. . . kN通過(guò)二次電路2的放大系數(shù)設(shè) 定，即通過(guò)將各對(duì)電極上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)分別送往二次電路2中并聯(lián)連接且放大系數(shù)不 同的差分運(yùn)算放大器的兩端設(shè)定；經(jīng)過(guò)二次電路2放大并加權(quán)集合后的電勢(shì)差信號(hào)送往電 磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器3，進(jìn)而電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器3通過(guò)測(cè)量該電勢(shì)差判定管內(nèi)流體平均流速，并 將其轉(zhuǎn)換為工程應(yīng)用能接收的電流、頻率或數(shù)字通訊信號(hào)的輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。所述正交特性是指空間磁場(chǎng)矢量函數(shù)B與權(quán)重矢量函數(shù)W的矢量積BXW測(cè)量管 內(nèi)分布均勻，即測(cè)量管內(nèi)各流體微元流速的加權(quán)系數(shù)分布均勻。本發(fā)明的工作原理如下電磁流量計(jì)傳感器1測(cè)量管空間分布有磁場(chǎng)矢量B，測(cè)量管壁面上非均勻的分布 著N對(duì)電極，電極對(duì)數(shù)N的大小取決于電磁流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)空間磁場(chǎng)矢量的分布，各電極 的位置由其所在半徑與豎直向上方向逆時(shí)針夾角Vi表示，各電極上的權(quán)重系數(shù)由kp k2、 k3. . . kN表示；權(quán)重矢量函數(shù)W求解的邊界條件由各電極的位置Vi及權(quán)重系數(shù)Ici決定，即 權(quán)重矢量函數(shù)W由各電極的位置Vi及權(quán)重系數(shù)Ici確定；將電磁流量計(jì)傳感器1的測(cè)量管 內(nèi)的空間磁場(chǎng)矢量B及權(quán)重矢量函數(shù)W的分布表示為徑向變量P和過(guò)電極所在位置半徑 與豎直向上方向逆時(shí)針夾角θ的函數(shù)，S卩Β(Ρ，θ)禾PW(p，Θ)，在磁場(chǎng)分布已知的條件 下通過(guò)迭代運(yùn)算，獲得使空間磁場(chǎng)矢量分布函數(shù)Β( P，θ)與權(quán)重矢量分布函數(shù)W( ρ，θ)呈正交特性的各電極的位置Vi和權(quán)重系數(shù)ki;即通過(guò)迭代算法計(jì)算出BXW非均勻度函數(shù) 最小極值所對(duì)應(yīng)的Vi和&值；各電極上的權(quán)重系數(shù)ki、k2、k3. . . kN通過(guò)二次電路2的放大 系數(shù)設(shè)定。滿足空間磁場(chǎng)矢量分布函數(shù)B( P，θ )與權(quán)重矢量分布函數(shù)W(P，θ )呈正交特 性的電磁流量計(jì)傳感器送往電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器3的電勢(shì)差信號(hào)僅由被測(cè)流體的平均流速 決定，電磁流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果不受流速分布影響，進(jìn)而電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器3通過(guò)測(cè)量各對(duì) 電極上的電勢(shì)差判定管內(nèi)流體平均流速，并將其轉(zhuǎn)換為其他儀表或轉(zhuǎn)置可接收的電流、頻 率或數(shù)字通訊信號(hào)的輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。通過(guò)上述方法使電磁流量計(jì)具備更好的抗流場(chǎng)干 擾性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)非對(duì)稱流場(chǎng)的精確測(cè)量。
權(quán)利要求
一種多電極電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)方法，其特征在于電磁流量計(jì)傳感器(1)上的N對(duì)電極非均勻地分布在測(cè)量管壁面上，電極對(duì)數(shù)N的大小取決于電磁流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)空間磁場(chǎng)矢量的分布，且成對(duì)兩電極之間的連線通過(guò)電磁流量計(jì)傳感器(1)測(cè)量管的圓心，各對(duì)電極的位置及權(quán)重系數(shù)由電磁流量計(jì)傳感器(1)的測(cè)量管內(nèi)分布的空間磁場(chǎng)決定，并通過(guò)使權(quán)重矢量分布與空間磁場(chǎng)矢量分布呈正交特性的迭代算法獲得；各對(duì)電極上的權(quán)重系數(shù)k1、k2、k3、...、kN通過(guò)二次電路(2)的放大系數(shù)設(shè)定，即通過(guò)將各對(duì)電極上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)分別送往二次電路(2)中并聯(lián)連接且放大系數(shù)不同的差分運(yùn)算放大器的兩端設(shè)定；經(jīng)過(guò)二次電路(2)放大并加權(quán)集合后的電勢(shì)差信號(hào)送往電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器(3)，進(jìn)而電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器(3)通過(guò)測(cè)量該電勢(shì)差判定管內(nèi)流體平均流速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電極電磁流量計(jì)，其特征在于所述正交特性是指空 間磁場(chǎng)矢量函數(shù)B與權(quán)重矢量函數(shù)W的矢量積BXW在測(cè)量管內(nèi)分布均勻，即測(cè)量管內(nèi)各流 體微元流速的加權(quán)系數(shù)分布均勻。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多電極電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)方法。該多電極電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)方法包括各對(duì)電極的位置及權(quán)重系數(shù)由測(cè)量管內(nèi)分布的空間磁場(chǎng)決定，依據(jù)使由電極位置與權(quán)重系數(shù)所決定的權(quán)重矢量分布與空間磁場(chǎng)矢量分布呈正交特性并且測(cè)量管內(nèi)各流體微元流速的加權(quán)系數(shù)均勻分布的原則進(jìn)行，通過(guò)迭代運(yùn)算實(shí)現(xiàn)；測(cè)量管壁面上的各對(duì)電極非均勻的分布在測(cè)量管壁面上，各對(duì)電極上的權(quán)重系數(shù)通過(guò)二次電路的放大系數(shù)設(shè)定；經(jīng)過(guò)二次電路放大并加權(quán)集合后的電勢(shì)差信號(hào)送往電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)對(duì)管內(nèi)流體平均流速的判定。本發(fā)明多電極電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)方法使電磁流量計(jì)具備更好的抗流場(chǎng)干擾性能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)非對(duì)稱流場(chǎng)的精確測(cè)量的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01F1/58GK101907471SQ201010214938
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者傅新, 申慧敏, 胡亮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)