專利名稱：用于測(cè)量非牛頓流體的電磁流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁流量計(jì)，用它可測(cè)量在測(cè)量管道中流動(dòng)的非牛頓導(dǎo)電流體的平均速度和流動(dòng)指標(biāo)。
由于實(shí)際中使用的測(cè)量管道一般都呈園柱體形狀，因而在管道中形成穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的流動(dòng)斷面圖。特別是在粘稠流體中，流動(dòng)還是層流式的，因而其速度v是距離測(cè)量管道軸線的徑向距離r的一個(gè)函數(shù)。
v＝v(r) (1)在層流中，不同速度的流體層互相滑動(dòng)并且由于摩擦的關(guān)系，在各層之間形成一個(gè)剪切應(yīng)力τ。實(shí)際流體的固有流動(dòng)特性可用剪切應(yīng)力與半徑方向出現(xiàn)的速度變化之間的一個(gè)關(guān)系式即速度梯度也稱作切變率V描述V＝δv/δr(2)式中δ為眾所周知的微分算符，V具有量綱時(shí)間-1。
對(duì)于牛頓流體(以后用下標(biāo)w表示)，方程(2)為線性方程τw＝ε·V(3)式中比例常數(shù)ε為動(dòng)態(tài)粘度，具有量綱力·時(shí)間/長度2。
對(duì)于非牛頓流體(以后用下標(biāo)nw表示)，方程(2)為非線性方程τnw＝f(V)(4)非牛頓流體的相應(yīng)流動(dòng)特性表示成流動(dòng)圖即所謂流變圖的形式。圖中畫出剪切應(yīng)力τnw對(duì)切變率V的關(guān)系曲線。根據(jù)

圖1所示的特性曲線，不同類型的非牛頓流體被區(qū)分開來特性曲線1表示一種賓海姆塑料；特性曲線2表示一種本征粘度型(切變減弱)流體；特性曲線3表示一種牛頓流體；以及特性曲線4表示一種脹流型(切變?cè)鰪?qiáng))流體。
在非牛頓流體的情形，剪切應(yīng)力和切變率之商不是常數(shù)。因此，粘度也不是常數(shù)。作為替代，定義了視在粘度εs和微分粘度εd，兩者均依賴于切變率。
如圖2所示，流變圖中特性曲線上一個(gè)給定點(diǎn)P的視在粘度εs為從坐標(biāo)原點(diǎn)至P點(diǎn)的割線的斜率。微分粘度εd為特性曲線在P點(diǎn)的切線的斜率。
因此，εs＝τnw/V (5)εd＝δτnw/δV (6)對(duì)于許多技術(shù)應(yīng)用來說，可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式來逼近非線性特性曲線。一個(gè)常見的方法是使用奧斯瓦爾德-德·瓦埃勒指數(shù)定律(參見J·烏爾勃賴赫特與P·米希卡所著的書“非牛頓流體”萊比錫1967年版第26頁)τnw＝K|V|n-1·V (7)式中兩根豎線表示絕對(duì)值。這個(gè)絕對(duì)值符號(hào)考慮到了切變率V也可以為負(fù)值的事實(shí)。
在方程式(7)中，K為流體的粘稠度，指數(shù)N為流動(dòng)指標(biāo)。如果N＝1，流體為牛頓流體，K就是它的粘度(常數(shù))。如果N＜1，流體為本征粘度型流體，并且如果N＞1，則為脹流型流體。
由粘稠度K和流動(dòng)指標(biāo)N，視在粘度εs和微分粘度εd可計(jì)算出來εs＝τnw/V＝KVN-1(8)εd＝δτnw/δV＝KNVN-1(9)對(duì)指數(shù)關(guān)系式(7)成立且表現(xiàn)出完全形成層流的流體求解流體動(dòng)力學(xué)微分方程，得出流動(dòng)分布圖的如下關(guān)系(參見上述引文中的第30頁)V＝f(r)＝Vm(1+3N)/(1+N)〔1-(r/R)(1+1N)〕(10)式中Vm為平均速度，R為測(cè)量管道的內(nèi)徑。
本發(fā)明的一個(gè)目的是使用電磁流量計(jì)至少求出平均速度Vm和流動(dòng)指標(biāo)N。
為了達(dá)到這一目的，本發(fā)明提供一種電磁流量計(jì)，用于測(cè)量在測(cè)量管道中流動(dòng)的導(dǎo)電非牛頓流體的平均速度Vm和流動(dòng)指標(biāo)N(測(cè)量管道接觸流體的部位不導(dǎo)電)，所述流量計(jì)除測(cè)量管道外還包括在測(cè)量管道兩側(cè)之外或在管壁之中互相對(duì)著放置的一個(gè)第一線圈和一個(gè)第二線圈；所述線圈用于在線圈電流流過線圈時(shí)產(chǎn)生一個(gè)橫穿管道壁和流體的磁場(chǎng)；一個(gè)用于拾取由磁場(chǎng)感應(yīng)的第一電勢(shì)的第一電極；一個(gè)用于拾取由磁場(chǎng)感應(yīng)的第二電勢(shì)的第二電極；測(cè)量管道上每個(gè)電極所在點(diǎn)的相應(yīng)半徑與磁場(chǎng)方向構(gòu)成一個(gè)小于90°的角；一個(gè)線圈電流發(fā)生器；一個(gè)雙刀開關(guān)，用它可將兩個(gè)線圈或者連接成相助式串聯(lián)或者連接成相反式串聯(lián)；以及計(jì)算電子設(shè)備，它根據(jù)線圈連接成相助式串聯(lián)時(shí)電極拾取的第一電勢(shì)差產(chǎn)生一個(gè)正比于平均速度Vm的速度信號(hào)，或者根據(jù)線圈連接成相反式串聯(lián)時(shí)電極拾取的第二電勢(shì)差以及第一電勢(shì)差產(chǎn)生一個(gè)正比于流動(dòng)指標(biāo)N的流動(dòng)指標(biāo)信號(hào)。
使用本發(fā)明的改進(jìn)設(shè)計(jì)，粘稠度K和/或視在粘度εs也可以求出來。
在這個(gè)改進(jìn)設(shè)計(jì)中，第一壓力傳感器和第二壓力傳感器沿著測(cè)量管道的一條母線安裝在管道壁上，并且計(jì)算電子設(shè)備根據(jù)壓力傳感器提供的信號(hào)差，根據(jù)第一電勢(shì)差以及根據(jù)第二電勢(shì)差產(chǎn)生一個(gè)正比于流體的粘稠度K的粘稠度信號(hào)和/或正比于流體的視在粘度εs的粘度信號(hào)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，測(cè)量管道上每個(gè)電極所在點(diǎn)的相應(yīng)半徑與磁場(chǎng)方向構(gòu)成一個(gè)60°或45°的角。
將電磁流量計(jì)的兩個(gè)線圈交替連接成相助式串聯(lián)和相反式串聯(lián)本質(zhì)上在DE2743954中已經(jīng)敘述過，只不過那是為了另外的目的，即使電極拾取的電勢(shì)差不受流動(dòng)分布圖擾動(dòng)的影響。
由下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的敘述，本發(fā)明將變得更加一目了然，附圖中相同的部件用相同的參考字符表示，其中圖1示出各種非牛頓流體和牛頓流體的定性特征流變圖；圖2示出一個(gè)用于定義非牛頓流體的視在粘度和微分粘度的流變圖；圖3大略示出(部分采用方框圖的形式)電磁流量計(jì)的一個(gè)實(shí)施例；圖4示出用于在線圈連接成相助式串聯(lián)時(shí)計(jì)算磁場(chǎng)的示意圖；圖5示出用于在線圈連接成相反式串聯(lián)時(shí)計(jì)算磁場(chǎng)的示意圖；圖6示出線圈連接成圖4的相助式串聯(lián)時(shí)磁場(chǎng)的分布；圖7示出線圈連接成圖5的相反式串聯(lián)時(shí)磁場(chǎng)的分布；圖8示出一種用于測(cè)量粘稠度K和/或視在粘度εs的改進(jìn)設(shè)計(jì)的實(shí)施例的大略縱剖面；以及圖9示出線圈電流和時(shí)鐘信號(hào)的波形圖。
圖3大略示出(部分采用方框圖的形式)一種電磁流量計(jì)10。其機(jī)械部分即流量傳感器包括一個(gè)其接觸所流過的流體的部位不導(dǎo)電的測(cè)量管道11。
測(cè)量管道11可以整個(gè)地用比如說適當(dāng)?shù)奶沾捎绕涫茄趸X陶瓷制成，或者用適當(dāng)?shù)乃芰?、特種硬橡膠制成，不過也可以使用非鐵磁金屬管道，在其內(nèi)壁上披一層諸如適當(dāng)?shù)乃芰?、特種硬橡膠、軟橡膠或者聚四氟乙烯。
第一線圈12和第二線圈13安裝在測(cè)量管道11兩側(cè)的外面正好互相對(duì)著。線圈電流i流過這些線圈，建立一個(gè)橫穿測(cè)量管道壁和流體的磁場(chǎng)。下文中將用一個(gè)向量B一般地描述磁場(chǎng)。
除了將線圈安裝在測(cè)量管道之外，也可以像在三相電機(jī)的磁場(chǎng)繞組那樣，將線圈部分地延伸到測(cè)量管道的壁內(nèi)。
在圖3中，三個(gè)平行的箭頭指出磁場(chǎng)可以是均勻磁場(chǎng)BK。這是當(dāng)前市場(chǎng)上可買得到的電磁流量計(jì)的一般情形，是通過將兩個(gè)線圈12、13連接成相助式串聯(lián)以使一個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)與相應(yīng)的另一個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)同方向而獲得的。
如圖3所示，與流動(dòng)的液體接觸的第一電極14和第二電極15(即為伽伐尼電極)安裝在測(cè)量管道11的壁上。也可以配備與流體隔絕的電極即電容電極，這些電極(伽伐尼電極或電容電極)都用來拾取根據(jù)法拉第電磁磁感應(yīng)定律感應(yīng)的電勢(shì)。
電極14、15安裝的位置和市場(chǎng)上可買得到的僅用于測(cè)量體積流率的電磁流量計(jì)的電極位置不同，那些電極位置正好互相對(duì)著放置并且連接電極的直線與總是均勻的磁場(chǎng)方向垂直。測(cè)量管道11上每個(gè)電極14、15所在點(diǎn)的相應(yīng)半徑與均勻磁場(chǎng)BK的方向構(gòu)成一個(gè)小于90°、特別是60°和45°的角中(詳細(xì)情形參見下面)。
一個(gè)線圈電流發(fā)生器21產(chǎn)生線圈電流i 。于是，線圈12載有一個(gè)線圈電流i12，而線圈13則載有一個(gè)線圈電流i13。線圈電流i可以是電磁流量計(jì)中一般使用的任何一種電流，即例如說可以是直流、交流或脈沖電流。
如果線圈電流i是直流電流，在本發(fā)明中也和在常規(guī)的電磁流量計(jì)中一樣，這個(gè)電流是分段雙極性的電流，即其方向被線圈電流發(fā)生器21周期性倒換的電流，例如像在申請(qǐng)人的美國專利4,410,926中所一般敘述的那樣。
眾所周知，這樣做是為了補(bǔ)償在各電極上形成并疊加到感應(yīng)電勢(shì)上的電化學(xué)電位，正像(比如說)在申請(qǐng)人的美國專利4,382,387、4,422,337和4,704,908中所敘述的那樣。
在本發(fā)明中，除了線圈電流發(fā)生器21以外，還配備一個(gè)雙刀開關(guān)22，用它可將通過兩個(gè)線圈12、13之一的線圈電流的方向(在圖3的實(shí)施例中為通過線圈13的電流i13的方向)倒換。借助這一方法，兩個(gè)線圈12、13可以或者連接成相助式串聯(lián)(對(duì)應(yīng)于圖3所示開關(guān)位置)，或者連接成相反式串聯(lián)。
雙刀開關(guān)22受一個(gè)順序控制器23的控制從一個(gè)開關(guān)位置轉(zhuǎn)向另一個(gè)位置，控制器23還控制線圈電流發(fā)生器21倒換上述線圈電流i13的方向。
順序控制器23包括例如后面跟一個(gè)分頻器的時(shí)鐘發(fā)生器。分頻器的各級(jí)輸出信號(hào)通過一些邏輯門組合成具有所需要的持續(xù)周期和頻率的各個(gè)脈沖列，用這些脈沖列可按設(shè)計(jì)要求控制線圈電流發(fā)生器21和雙刀開關(guān)22。
圖3還包括有計(jì)算電子設(shè)備24，用于生成一個(gè)正比于線圈12、13連接成相助式串聯(lián)時(shí)由電極14、15拾取的第一電勢(shì)差算出的非牛頓流體的平均速度vm的速度信號(hào)SV，或者生成一個(gè)正比于線圈12、13連接成相反式串聯(lián)時(shí)由電極14、15拾取的第二電勢(shì)差以及第一電勢(shì)差算出的流動(dòng)指標(biāo)N的流動(dòng)指標(biāo)信號(hào)SN。
計(jì)算電子設(shè)備24受順序控制器23的信號(hào)控制形成速度信號(hào)SV或流動(dòng)指標(biāo)信號(hào)SN。
在下面將參照?qǐng)D8說明的本發(fā)明一種改進(jìn)設(shè)計(jì)中，計(jì)算電子設(shè)備24還輸入有來自壓力傳感器31、32的信號(hào)。
現(xiàn)在借助圖4至7更詳細(xì)地說明形成信號(hào)SV和SN的基本規(guī)律，每個(gè)圖均示出在線圈12、13的區(qū)域與測(cè)量管道11的軸線成直角的簡(jiǎn)略斷面圖。
在圖4和5中，相應(yīng)的線圈12、13各用三個(gè)線匝表示。其中園點(diǎn)表示通過線匝的電流在這些點(diǎn)沿垂直于紙平面的方向從紙平面流出，而交叉十字則表示電流在這些點(diǎn)沿垂直于紙平面的方向進(jìn)入紙平面。
圖4為同一方向的電流通過線圈12、13的情形；這一情形的磁力線分布示于圖6。圖5為相反方向的電流通過線圈12、13的情形；這一情形的磁力線分布示于圖7。
在圖6和7中，示于測(cè)量管道相應(yīng)外壁上的園點(diǎn)區(qū)表示電流強(qiáng)度的近似空間幅度分布。
圖4還示出用以表示上述規(guī)律的兩個(gè)坐標(biāo)系，也就是具有互相垂直的橫坐標(biāo)X和縱坐標(biāo)Y的普通笛卡爾坐標(biāo)系和具有向徑r和極角中的普通極坐標(biāo)系。兩個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)都與測(cè)量管道橫截面的中心點(diǎn)一致。
下面，下角標(biāo)k表示線圈12、13連接成相助式串聯(lián)，而下角標(biāo)g則表示線圈12、13連接成相反式串聯(lián)。
在圖4的情形，磁場(chǎng)向量Bk僅在X方向有一個(gè)數(shù)值為Bkx的分量，而在Y方向，其分量Bkg為零。
在圖5的情形，磁場(chǎng)向量Bg在X方向有一個(gè)具有依賴于位置的數(shù)值為Bg·X/R的分量Bgx，在Y方向有一個(gè)具有依賴于位置的數(shù)值為Bg·Y/R的分量Bgy；R為測(cè)量管道11的內(nèi)徑，Bg為磁場(chǎng)的局部最大數(shù)值Bgx＝Bg·X/R (11a)Bgy＝Bg·Y/R (11b)另外，對(duì)于計(jì)算來說假定每個(gè)線匝相應(yīng)的電流負(fù)荷是規(guī)定了的圖4情形的電流負(fù)荷為jk，而圖5情形的電流負(fù)荷為jg。
下面的關(guān)系式成立jk＝Bk/μ0(Sinφ) (12)jg＝Bg/μ0(Sin2φ) (13)式中μ0為自由空間的磁導(dǎo)率。
對(duì)于如像在方程式(1)中假設(shè)的穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱式流動(dòng)圖來說，磁場(chǎng)Bk、Bg在測(cè)量管道的壁上感應(yīng)出下面的電勢(shì)Uk(φ)＝(2/R)(BkM1)Sinφ (14)Ug(φ)＝(2/R3)(BgM3)Sin2φ (15)通過布成適當(dāng)角度的電極測(cè)量電勢(shì)差，可以求出矩M1、M3。對(duì)于這些矩，下面的關(guān)系式成立(用笛卡爾坐標(biāo)系)M1=∫r=0Rv(r)rdr=(1/2π)∫r=0R∫φ=02πv(r)rdφdr=]]>(1/2π)∫∫Ωv(X,Y)dxdy---(16)]]>M3=∫r=0Rv(r)r3dr=(1/2π)∫R=0R∫φ=02πv(r)r2rdφdr=]]>=(1/2π)∫∫Ωv(X,y)r2dxdy---(17)]]>在方程式(16)和(17)中，對(duì)Ω的二重積分表示對(duì)測(cè)量管道的橫截面的積分。
平均流動(dòng)速度Vm由公式Vm=(1/πR2)∫∫Ωv(x,y)dxdy---(18)]]>給出。在方程式(16)和(18)之間進(jìn)行的比較表明M1正比于vm
vm＝(2/R2)M1(19)相形之下，矩M3則依賴于流動(dòng)圖的形狀，其計(jì)算還得根據(jù)方程式(7)使用奧斯瓦爾特與德·瓦埃勒指數(shù)定律。于是，M3=∫r=0Rv(r)r3dr=1+3N1+Nvm∫r=0R[1-(r/R)1+1/N]r3dr=]]>=1+3N1+Nvm[R4/4-R5+1/N(5+1/N)R1+1/N]=]]>=1+3N1+NvmR4[1/4-N/(1+5N)]=1+3N1+NvmR41+N4(1+5N)]]>M3=1+3N4(1+5N)vmR4---(20)]]>根據(jù)方程式(19)，用(2/R2)M1代替Vm并求解流動(dòng)指標(biāo)N，得到N=2M3-R2M13R2M1-10M3---(21)]]>在常規(guī)的電磁流量計(jì)中，上述電勢(shì)差是通過兩個(gè)電極互相對(duì)著放置使得φ＝±π/2來測(cè)量的。于是，方程(14)和(19)變?yōu)閁k(π/2)-Uk(-π/2)＝(4BkM1)/R(22)vm＝(1/2BkR)[Uk(π/2)-Uk(-π/2)] (23)但是，這是關(guān)于電磁流量計(jì)早已知道的事實(shí)，換句話說，對(duì)于均勻磁場(chǎng)(相應(yīng)于下角標(biāo)k)和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱但卻是任意的流體來說，感應(yīng)的電勢(shì)差或電壓正比于平均速度vm，因而正比于體積流動(dòng)率。
但是，使用上面所說的正好對(duì)著布置的電極時(shí)，不能求出矩M3，因?yàn)槿绻€圈連接成相反式串聯(lián)，相應(yīng)的電勢(shì)差Ug(π/2)-Ug(-π/2)總是等于零。
因此，根據(jù)本發(fā)明，電極14、15不是放置得正好互相對(duì)著，而是夾一個(gè)小于180°的角。兩個(gè)優(yōu)選的數(shù)值是120°和90°。因此，對(duì)應(yīng)于優(yōu)選值的角φ即每一個(gè)電極14、15所在點(diǎn)的相應(yīng)半徑與均勻磁場(chǎng)的方向之間的角為φ1＝±60°＝±π/3φ2＝±45°＝±π/4
這樣，在下文中，下角標(biāo)1與±60°有關(guān)，而下角標(biāo)2則與±45°有關(guān)。
從而，用電極14、15測(cè)得的第一電勢(shì)差或電壓Uk1、Uk2和第二電勢(shì)差或電壓Ug1、Ug2為Uk1＝Uk(π/3)-Uk(-π/3)＝(2·31/2BkM1)/R(24)Ug1＝Ug(π/3)-Ug(-π/3)＝(2·31/2BgM3)/R3(25)Uk2＝Uk(π/4)-Uk(-π/4)＝(2·21/2BkM1)/R(26)Ug2＝Ug(π/4)-Ug(-π/4)＝(4BgM3)/R3(27)將方程(19)代入方程(24)和(25)并將方程(20)代入方程(26)和(27)，從而給出平均速度Vm1和Vm2以及流動(dòng)指標(biāo)N1和N2的以下條件方程(引入商b＝Bg/Bk是為了簡(jiǎn)化記號(hào))Vm1＝Uk1/(31/2BkR) (28)Vm2＝Uk2/(21/2BkR) (29)N1＝(2Ug1-bUk1)/(3bUk1-10Ug1(30)N2＝(21/2Ug2-bUk2)/(3bUk2-5·21/2Ug2)(31)于是，借助上面的方程就能夠證明，在本發(fā)明中，非牛頓流體的平均速度vm和流動(dòng)指標(biāo)可以通過第一和第二電勢(shì)差Uk和Ug測(cè)量出來。
圖8示出本發(fā)明改進(jìn)設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)略縱截面圖，本實(shí)施例使得增加測(cè)量非牛頓流體的粘稠度K和/或視在粘度εs成為可能。
為了達(dá)到這一點(diǎn)，在測(cè)量管道11的壁上沿著管道的一根母線安裝相互隔開一段距離的一個(gè)第一壓力傳感器31和一個(gè)第二壓力傳感器32。兩個(gè)壓力傳感器之間的距離用L表示。
計(jì)算電子設(shè)備24根據(jù)壓力傳感器31、32提供的信號(hào)差D，根據(jù)第一電勢(shì)差Uk1或Uk2以及根據(jù)第二電勢(shì)差Ug1或Ug2產(chǎn)生一個(gè)正比于流體的粘稠度的粘稠度信號(hào)Sk和/或一個(gè)正比于流體的視在粘度εs的粘度信號(hào)Sε。
構(gòu)成這一現(xiàn)象基礎(chǔ)的規(guī)律是剪切應(yīng)力等于
τnw＝D·r/2L (32)聯(lián)合這個(gè)式子與方程(2)、(5)和(10)，得出在測(cè)量管道的壁處(r＝R)的切變率VR的絕對(duì)值|VR||VR|＝|Vm(1+3N)/R(1+N)[-(R/R)1/N](1+1/N)|＝＝Vm(1+3N)/(RN)此外，對(duì)于測(cè)量管道的壁處的剪切應(yīng)力τnwR＝D·R/2L有εs＝τnwr/|VR|＝(DNR2)/〔2VmL(1+3N)〕 (34)K＝τnwR/|VR|N＝[D·R/(2L)]·{RN/〔Vm(1+3N)}N(35)由于方程(34)和(35)每個(gè)都含有Vm和N，而根據(jù)方程(28)至(31)，這兩個(gè)數(shù)又都可以通過測(cè)量第一電勢(shì)差UK1或UK2和第二電勢(shì)差Ug1或Ug2得出，因而這種電磁流量計(jì)也能用于測(cè)量粘稠度K和/或視在粘度εs。
由上述僅包括基本算術(shù)運(yùn)算的各個(gè)方程的相應(yīng)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)可見，用于產(chǎn)生速度信號(hào)Sv、流動(dòng)指標(biāo)信號(hào)SN、粘稠度信號(hào)Sk以及粘度信號(hào)Sε的計(jì)算電子設(shè)備24應(yīng)裝備有執(zhí)行各個(gè)算術(shù)運(yùn)算所需的平臺(tái)，比如說加法器、減法器、乘法器、除法四以及指數(shù)運(yùn)算平臺(tái)。
如果來自電極14、15以及壓力傳感器31、32的信號(hào)(模擬信號(hào))全用模擬方式進(jìn)行處理，則這些運(yùn)算平臺(tái)將都是模擬平臺(tái)。
特別有利的是，來自電極14、15和壓力傳感器31、32的模擬信號(hào)均被饋給一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、因而均被數(shù)字化。在這一情形下，計(jì)算電子設(shè)備24將是一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器，例如說是一個(gè)微處理器。
圖9示出線圈電流i12和i13的波形，采用這樣電流可省去雙刀開關(guān)22。這些線圈電流可由線圈電流發(fā)生器23產(chǎn)生。由于在使用雙極性直流電流作線圈電流時(shí)，其方向必須像上面所說的那樣周期性地倒換，因而將線圈12、13連接成相助式串聯(lián)或相反式串聯(lián)可以和這電流倒向結(jié)合實(shí)現(xiàn)。
例如，代替如圖3所示的通過一個(gè)雙刀開關(guān)用單個(gè)電路向兩個(gè)線圈供應(yīng)電流，可以采用如圖9所示的那樣交替以相同方向和相反方向流動(dòng)的電流分別對(duì)這兩個(gè)線圈進(jìn)行供電。
在圖9a和9b中，線圈電流i12和i13分別表示為時(shí)間變量t的函數(shù)。線圈電流i12是具有四個(gè)等長分周期E、F、G、H的脈沖電流，其總周期等于四個(gè)分周期之和T＝4·Tt脈沖電流在分周期E、F期間為正，在分周期、G、H期間為負(fù)。線圈電流i13具有和電流i12同樣的波形，只不過是相位相對(duì)于i12移動(dòng)了Tt。
于是，電流對(duì)+i12、-i13屬于分周期E，電流對(duì)+i12、+i13屬于分周期F，電流對(duì)-i12、+i13屬于分周期G，而電流對(duì)-i12-i13則屬于分周期H。因此，線圈12、13在F和H期間連接成相助式串聯(lián)，在E和G期間連接成相反式串聯(lián)。此外，可看到前面所述的雙極性周期F相對(duì)周期H反相，周期E相對(duì)周期G反相。
作為時(shí)間變量t的函數(shù)示于圖9c、9d、9e和9f的時(shí)鐘信號(hào)T1、T2、T3和T4由順序控制器23提供，每一個(gè)時(shí)鐘都具有與圖9a和9b的線圈電流一樣的總周期。時(shí)鐘信號(hào)T1、T2、T3和T4之間的相位關(guān)系使得高電平在差不多每一個(gè)分周期的相應(yīng)最后的三分之一期間出現(xiàn)。
在相應(yīng)的高電平期，則出現(xiàn)在電極14、15的電勢(shì)被加到計(jì)算電子設(shè)備24。在低電平期間，沒有信號(hào)加到計(jì)算電子設(shè)備24。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量導(dǎo)電非牛頓流體的平均速度Vm和流動(dòng)指標(biāo)N的電磁流量計(jì)，流體在測(cè)量管道內(nèi)流動(dòng)，測(cè)量管道與流體接觸的部位不導(dǎo)電，所述流量計(jì)除測(cè)量管道外還包括正好互相對(duì)著放置在測(cè)量管道兩側(cè)的外面或測(cè)量管道壁中的一個(gè)第一線圈和一個(gè)第二線圈；所述線圈用于在線圈電流流過線圈時(shí)產(chǎn)生一個(gè)橫穿測(cè)量管道壁和流體的磁場(chǎng)；一個(gè)用于拾取由磁場(chǎng)感應(yīng)的第一電勢(shì)的第一電極；一個(gè)用于拾取由磁場(chǎng)感應(yīng)的第二電勢(shì)的第二電極；測(cè)量管道上每個(gè)所述電極所在點(diǎn)的相應(yīng)半徑與磁場(chǎng)方向構(gòu)成一個(gè)小于90°的角度；一個(gè)線圈電流發(fā)生器；一個(gè)雙刀開關(guān)，用于將兩個(gè)線圈或者連接成相助式串聯(lián)或者連接成相反式串聯(lián)；以及計(jì)算電子設(shè)備，用于產(chǎn)生一個(gè)速度信號(hào)，它正比于線圈連接成相助式串聯(lián)時(shí)由電極拾取的第一電勢(shì)差算出的平均速度Vm；一個(gè)流動(dòng)指標(biāo)信號(hào)，此信號(hào)正比于線圈連接成相反式串聯(lián)時(shí)由電極拾取的第二電勢(shì)差以及第一電勢(shì)差算出的流動(dòng)指標(biāo)N。
2.權(quán)利要求1中提出的電磁流量計(jì)，其中在測(cè)量管道的壁上沿著一根母線安裝相互隔開一段距離的一個(gè)第一壓力傳感器和一個(gè)第二壓力傳感器；以及其中計(jì)算電子設(shè)備根據(jù)壓力傳感器提供的信號(hào)差，根據(jù)第一電勢(shì)差和根據(jù)第二電勢(shì)差產(chǎn)生一個(gè)正比于流體粘稠度K的粘稠度信號(hào)和/或產(chǎn)生一個(gè)正比于流體的視在粘度εs的粘度信號(hào)。
3.權(quán)利要求1中提出的電磁流量計(jì)，其中測(cè)量管道上每個(gè)所述電極所在點(diǎn)的相應(yīng)半徑與磁場(chǎng)的方向構(gòu)成一個(gè)60°角。
4.權(quán)利要求1中要求的電磁流量計(jì)，其中測(cè)量管道上每個(gè)所述電極所在點(diǎn)的相應(yīng)半徑與磁場(chǎng)的方向構(gòu)成一個(gè)45°角。
全文摘要
本電磁流量計(jì)包括兩個(gè)放置在測(cè)量管道兩側(cè)正好互相對(duì)著的線圈(12，13)，用于在線圈電流(i)流過線圈時(shí)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)；用于拾取感應(yīng)的第一電勢(shì)和感應(yīng)的第二電勢(shì)的電極(14，15)，測(cè)量管道上每個(gè)電極所在點(diǎn)的相應(yīng)半徑(1文檔編號(hào)G01F1/58GK1164023SQ9612247
公開日1997年11月5日 申請(qǐng)日期1996年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月15日
發(fā)明者弗蘭茲·曼切, 安斯伽·切特勒 申請(qǐng)人:安德雷斯和霍瑟·弗羅泰克有限公司