CN100344940C - 双激励电磁流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双激励电磁流量计。包括一个传感器、一个差分放大器和一个信号处理单元，所述的传感器两电极输出感应电势与所述的差分放大器两输入端的连接回路中串接一个由可控激励电势输出的激励电势，对应的差分放大器的输出连接至所述的信号处理单元。本发明增加了由激励电势与流体内阻以及差分放大器内阻形成的内阻比测量方程，对电磁流量计测量关系受流体低电导率影响进行了动态修正，同时得出流体的动态内阻值。使电磁流量计对低电导率流体流量的测量精度有了技术上的保证。

Description

双激励电磁流量计

技术领域

本发明涉及一种电磁流量计，特别是一种双激励电磁流量计。

技术背景

电磁流量计是基于一个磁场激励下流体切割磁力线产生感应电势而形成的一个测量方程，并依此形成由传感器两电极输出感应电势与差分放大器进行信号放大的测量体系。这是建立在流体电导率等效流体内阻与信号放大器输入内阻间的内阻比可被忽略的条件之下。当内阻比不能被忽略时，测量精度就没有了保证。因此一般的电磁流量计应用都受到流体低电导率的限制。尽管目前电容式非接触电极的电磁流量计对流体低电导率的限制有所降低，但由于流动噪声使可测量的流速又受到了限制。同时，在许多流量计量场合又需要对流体电导率进行监测。而现在的电磁流量计技术在流体电导率上限制的弱点影响了电磁流量计的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种双激励电磁流量计，即在传统磁场激励的电磁流量计原理下，附加不影响流量测量的电势激励源。在原来仅有流体切割磁力线产生感应电势的单测量方程，增加了由激励电势与流体内阻以及放大器内阻形成的内阻比测量方程。这样解决了流体内阻与信号放大器输入内阻间的内阻比不能被忽略时的测量精度问题。同时也可大大降低电磁流量计对低电导率流体的限制。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双激励电磁流量计，包括一个传感器、一个差分放大器和一个信号处理单元；传感器具有激励磁场B和系数K0，在流速V的流体下传感器的两电极输出感应电势E0，E0＝K0×B×V，流体的电导率使感应电势E0具有内阻R0；所述的差分放大器是用于放大感应电势E0并输出U；所述的信号处理单元根据U来计量流体流速V；其特征在于所述的传感器两电极输出感应电势E0与所述的差分放大器两输入端的连接回路中串接一个由可控激励电势输出的激励电势E1，对应的差分放大器的输出U连接至所述的信号处理单元，信号处理单元的一个输出G1至可控激励电势，另一个输出G2至传感器，分别控制改变可控激励电势输出的激励电势E1和传感器的激励磁场B值，在激励磁场B和激励电势E1下，差分放大器(3)的输出U＝U0

$U0=K1\×\frac{K0\×B\×V+E1}{1+p},$ $p=\frac{R0+R1}{R2}$ 是内阻比，

其中K1是差分放大器的放大系数，R1是激励电势E1的内阻，R2是差分放大器的输入内阻；所述的信号处理单元输出G1控制改变可控激励电势输出的激励电势E1值和输出G2控制改变传感器(1)的激励磁场B值，在一个流速V下使差分放大器输出不同的U值，信号处理单元根据不同激励磁场B和激励电势E1下的不同U值可以在不同流体内阻R0下得出精确的流体流速V值，同时得出内阻比p值以及根据p值、R1与R2值得出对应的流体内阻R0值。

上述的可控激励电势在信号处理单元输出G1控制下输出的激励电势E1可形成正激励电势、负激励电势和零激励电势；传感器在信号处理单元输出G2控制下的激励磁场B可形成正激励磁场、负激励磁场和零激励磁场；信号处理单元通过输出G1使可控激励电势的激励电势E1交替产生正激励电势、零激励电势、负激励电势和零激励电势，通过输出G2使传感器的激励磁场B交替产生正激励磁场、零激励磁场、负激励磁场和零激励磁场，从而消除传感器的电极极化干扰，并对应差分放大器输出的不同U值来得出精确的流体流速V值和流体内阻R0值。

所述的信号处理单元的信号处理如下：

在流体流速V下，信号处理单元得到差分放大器输出的U＝U0值后，输出G1控制改变可控激励电势使激励电势E1＝0，对应差分放大器的输出U＝U1

$U1=\frac{K1\×K0\×B\×V}{1+p}$

信号处理单元根据U0和U1得出

$V=\frac{U1\×E1}{K0\×B\×(U0-U1)},$ $p=\frac{K1\×E1}{U0-U1}-1,$ R0＝p×R2-R1

在流体流速V下，信号处理单元得到差分放大器输出的U＝U0值后，输出G2控制改变传感器的激励磁场B＝0，对应差分放大器的输出U＝U2

$U2=\frac{K1\×E1}{1+p}$

信号处理单元根据U0和U2得出

$V=\frac{E1\×(U0-U2)}{K0\×B\×U2},$ $p=\frac{K1\×E1-U2}{U2},$ R0＝p×R2-R1

在流体流速V下，信号处理单元输出G1控制改变可控激励电势的激励电势E1＝0，对应差分放大器输出U＝U1

$U1=\frac{K1\×K0\×B\×V}{1+p}$

信号处理单元得到差分放大器输出的U1值后，输出G2控制改变传感器的激励磁场B＝0，对应差分放大器的输出U＝U2

$U2=\frac{K1\×E1}{1+p}$

信号处理单元根据U1和U2得出

$V=\frac{E1\×U1}{K0\×B\×U2},$ $p=\frac{K1\×E1}{U2}-1,$ R0＝p×R2-R1

上述的可控激励电势由两个单向激励电势组成，一个单向激励电势输出单向的电势e1并有内阻r1，另一个单向激励电势输出单向的电势e2并有内阻r2，可控激励电势输出的激励电势E1由电势e1和电势e2以极性非串联的形式串接组成，对应激励电势E1＝e1-e2和内阻R1＝r1+r2；一个单向激励电势的电势e1和另一个单向激励电势的电势e2是以极性非串联的形式串接在传感器两电极输出感应电势E0与差分放大器两输入端的连接回路中。为提高差分放大器两输入端对共模干扰的抑制性能，一个单向激励电势的电势e1和另一个单向激励电势的电势e2可以极性非串联的形式分别串接在传感器两电极输出感应电势E0与差分放大器两输入端的两连接通路中。

上述的可控激励电势中两个单向激励电势在组成上可以完全相同，在数值上各输出电势e1＝e2＝e并有内阻r1＝r2＝r，使可控激励电势输出的激励电势E1形成正激励电势+e和负激励电势-e，并有内阻R1＝2r。

上述的可控激励电势中一个单向激励电势由压控振荡器、电源转换器、恒流源和负载组成；负载由电阻r3与电阻r4串联后与电阻r5并联所组成，电阻r3两端作为输出电势e1；压控振荡器由G1控制，G1＝X1时压控振荡器输出频率F1使电源转换器有输出电源P1，电源P1使恒流源的C2端输出恒电流Ic，Ic流过负载，电阻r3上有输出电势e1

$e1=\frac{\mathrm{Ic}\×r3\×r5}{r3+r4+r5},$ 电势e1的内阻 $r1=\frac{(r4+r5)\×r3}{r3+r4+r5}$ G1＝X0时压控振荡器输出频率F1＝0使电源转换器的输出电源P1＝0，即使恒流源的C2端输出电流Ic＝0，电阻r3上的输出电势e1＝0。

上述的可控激励电势中另一个单向激励电势由压控振荡器、电源转换器、恒流源和负载组成；负载由电阻r7与电阻r6串联后与电阻r8并联所组成，电阻r6两端作为输出电势e2；压控振荡器由G1控制，G1＝1X时压控振荡器输出频率F2使电源转换器有输出电源P2，电源P2使恒流源的C4端输出恒电流Ic，Ic流过负载(2.24)，电阻r6上有输出电势e2

$e2=\frac{\mathrm{Ic}\×r6\×r8}{r6+r7+r8},$ 电势e2的内阻 $r2=\frac{(r7+r8)\×r6}{r6+r7+r8}$ G1＝0X时压控振荡器输出频率F2＝0使电源转换器的输出电源P2＝0，即使恒流源的C4端输出电流Ic＝0，电阻r6上的输出电势e2＝0。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：增加了激励电势及其反映流体电导率的的测量方程，把电磁流量计测量关系受流体低电导率影响进行了动态修正，同时得出流体的动态内阻值。使电磁流量计技术对低电导率流体流量的测量精度有了技术上的保证。

附图说明

图1是本发明的一个实施例结构原理框图。

图2是可控激励电势的一个优选的实施结构框图。

具体实施方案

本发明的一个实施例如下述：参见图1和图2。本双激励电磁流量计，包括一个传感器1、一个差分放大器3和一个信号处理单元4；传感器1具有激励磁场B和系数K0，在流速V的流体下传感器1的两电极输出感应电势E0，E0＝K0×B×V，流体的电导率使感应电势E0具有内阻R0；所述的差分放大器3是用于放大感应电势E0并输出U；所述的信号处理单元4根据U来计量流体流速V；其特征在于所述的传感器1两电极输出感应电势E0与所述的差分放大器3两输入端的连接回路中串接一个由可控激励电势2输出的激励电势E1，对应的差分放大器3的输出U连接至所述的信号处理单元4，信号处理单元4的一个输出G1至可控激励电势2，另一个输出G2至传感器1，分别控制改变可控激励电势2输出的激励电势E1和传感器1的激励磁场B值，在激励磁场B和激励电势E1下，差分放大器(3)的输出U＝U0

$U0=K1\×\frac{K0\×B\×V+E1}{1+p},$ $p=\frac{R0+R1}{R2}$ 是内阻比，

其中K1是差分放大器3的放大系数，R1是激励电势E1的内阻，R2是差分放大器3的输入内阻；所述的信号处理单元4输出G1控制改变可控激励电势2输出的激励电势E1值和输出G2控制改变传感器1的激励磁场B值，在一个流速V下使差分放大器3输出不同的U值，信号处理单元4根据不同激励磁场B和激励电势E1下的不同U值可以在不同流体内阻R0下得出精确的流体流速V值，同时得出内阻比p值以及根据p值、R1与R2值得出对应的流体内阻R0值。

上述的可控激励电势2在信号处理单元4输出G1控制下输出的激励电势E1可形成正激励电势、负激励电势和零激励电势；传感器1在信号处理单元4输出G2控制下的激励磁场B可形成正激励磁场、负激励磁场和零激励磁场；信号处理单元4通过输出G1使可控激励电势2的激励电势E1交替产生正激励电势、零激励电势、负激励电势和零激励电势，通过输出G2使传感器1的激励磁场B交替产生正激励磁场、零激励磁场、负激励磁场和零激励磁场，从而消除传感器1的电极极化干扰，并对应差分放大器(3)输出的不同U值来得出精确的流体流速V值和流体内阻R0值。

所述的信号处理单元的信号处理如下：

在流体流速V下，信号处理单元4得到差分放大器3输出的U＝U0值后，输出G1控制改变可控激励电势2使激励电势E1＝0，对应差分放大器3的输出U＝U1

$U1=\frac{K1\×K0\×B\×V}{1+p}$

信号处理单元4根据U0和U1得出

$V=\frac{U1\×E1}{K0\×B\×(U0-U1)},$ $p=\frac{K1\×E1}{U0-U1}-1,$ R0＝p×R2-R1

在流体流速V下，信号处理单元4得到差分放大器3输出的U＝U0值后，输出G2控制改变传感器1的激励磁场B＝0，对应差分放大器3的输出U＝U2

$U2=\frac{K1\×E1}{1+p}$

信号处理单元4根据U0和U2得出

$V=\frac{E1\×(U0-U2)}{K0\×B\×U2},$ $p=\frac{K1\×E1-U2}{U2},$ R0＝p×R2-R1

在流体流速V下，信号处理单元4输出G1控制改变可控激励电势2的激励电势E1＝0，对应差分放大器3输出U＝U1

$U1=\frac{K1\×K0\×B\×V}{1+p}$

信号处理单元4得到差分放大器3输出的U1值后，输出G2控制改变传感器1的激励磁场B＝0，对应差分放大器3的输出U＝U2

$U2=\frac{K1+E1}{1+p}$

信号处理单元4根据U1和U2得出

$V=\frac{E1\×U1}{K0\×B\×U2},$ $p=\frac{K1\×E1}{U2}-1,$ R0＝p×R2-R1

上述的可控激励电势2由第一单向激励电势2.1和第二单向激励电势2.2组成，第一单向激励电势2.1输出单向的电势e1并有内阻r1，第二单向激励电势2.2输出单向的电势e2并有内阻r2，可控激励电势2输出的激励电势E1由电势e1和电势e2以极性非串联的形式串接组成，对应激励电势E1＝e1-e2和内阻R1＝r1+r2；第一单向激励电势2.1的电势e1和第二单向激励电势2.2的电势e2以极性非串联的形式分别串接在传感器1两电极输出感应电势E0与差分放大器3两输入端的两连接通路中。

上述的可控激励电势2中的第一单向激励电势2.1和第二单向激励电势2.2在组成上可以完全相同，在数值上各输出电势e1＝e2＝e并有内阻r1＝r2＝r，使可控激励电势2输出的激励电势E1可形成正激励电势+e和负激励电势一e，并有内阻R1＝2r。

上述的可控激励电势2中的第一单向激励电势2.1由第一压控振荡器2.11、第一电源转换器2.12、第一恒流源2.13和第一负载2.14组成；第一负载2.14由电阻r3与电阻r4串联后与电阻r5并联所组成，电阻r3两端作为输出电势e1；第一压控振荡器2.11由G1控制，G1＝X1时第一压控振荡器2.11输出频率F1使第一电源转换器2.12有输出电源P1，电源P1使第一恒流源2.13的C2端输出恒电流Ic，Ic流过第一负载2.14，电阻r3上有输出电势e1

$e1=\frac{\mathrm{Ic}\×r3\×r5}{r3+r4+r5},$ 电势e1的内阻 $r1=\frac{(r4+r5)\×r3}{r3+r4+r5}$ G1＝X0时第一压控振荡器2.11输出频率F1＝0使第一电源转换器2.12的输出电源P1＝0，即使第一恒流源2.13的C2端输出电流Ic＝0，电阻r3上的输出电势e1＝0。

上述的于可控激励电势2中的第二单向激励电势2.2由第二压控振荡器2.21、第二电源转换器2.22、第二恒流源2.23和第二负载2.24组成；第二负载2.24由电阻r7与电阻r6串联后与电阻r8并联所组成，电阻r6两端作为输出电势e2；第二压控振荡器2.21由G1控制，G1＝1X时第二压控振荡器2.21输出频率F2使第二电源转换器2.22有输出电源P2，电源P2使第二恒流源2.23的C4端输出恒电流Ic，Ic流过第二负载2.24，电阻r6上有输出电势e2

$e2=\frac{\mathrm{Ic}\×r6\×r8}{r6+r7+r8},$ 电势e2的内阻 $r2=\frac{(r7+r8)\×r6}{r6+r7+r8}$ G1＝0X第二压控振荡器2.21输出频率F2＝0使第二电源转换器2.22的输出电源P2＝0，即使第二恒流源2.22的C4端输出电流Ic＝0，电阻r6上的输出电势e2＝0。

Claims (6)

1.一种双激励电磁流量计，包括一个传感器(1)、一个差分放大器(3)和一个信号处理单元(4)；传感器(1)具有激励磁场B和系数K0，在流速V的流体下传感器(1)的两电极输出感应电势E0，E0＝K0×B×V，流体的电导率使感应电势E0具有内阻R0；所述的差分放大器(3)是用于放大感应电势E0并输出U；所述的信号处理单元(4)根据U来计量流体流速V；其特征在于所述的传感器(1)两电极输出感应电势E0与所述的差分放大器(3)两输入端的连接回路中串接一个由可控激励电势(2)输出的激励电势E1，对应的差分放大器(3)的输出U连接至所述的信号处理单元(4)，信号处理单元(4)的一个输出G1至可控激励电势(2)，另一个输出G2至传感器(1)，分别控制改变可控激励电势(2)输出的激励电势E1和传感器(1)的激励磁场B值，在激励磁场B和激励电势E1下，差分放大器(3)的输出U＝U0

$U0=K1\×\frac{K0\×B\×V+E1}{1+p},$ $p=\frac{R0+R1}{R2}$ 是内阻比，

其中K1是差分放大器(3)的放大系数，R1是激励电势E1的内阻，R2是差分放大器(3)的输入内阻；所述的信号处理单元(4)输出G1控制改变可控激励电势(2)输出的激励电势E1值和输出G2控制改变传感器(1)的激励磁场B值，在一个流速V下使差分放大器(3)输出不同的U值，信号处理单元(4)根据不同激励磁场B和激励电势E1下的不同U值可以在不同流体内阻R0下得出精确的流体流速V值，同时得出内阻比p值以及根据p值、R1与R2值得出对应的流体内阻R0值。

2.根据权利要求1所述的双激励电磁流量计，其特征在于可控激励电势(2)在信号处理单元(4)输出G1控制下输出的激励电势E1可形成正激励电势、负激励电势和零激励电势；传感器(1)在信号处理单元(4)输出G2控制下的激励磁场B可形成正激励磁场、负激励磁场和零激励磁场；信号处理单元(4)通过输出G1使可控激励电势(2)的激励电势E1交替产生正激励电势、零激励电势、负激励电势和零激励电势，通过输出G2使传感器(1)的激励磁场B交替产生正激励磁场、零激励磁场、负激励磁场和零激励磁场，从而消除传感器(1)的电极极化干扰，并对应差分放大器(3)输出的不同U值来得出精确的流体流速V值和流体内阻R0值。

3.根据权利要求1所述的双激励电磁流量计，其特征在于可控激励电势(2)由第一单向激励电势(2.1)和第二单向激励电势(2.2)组成，第一单向激励电势(2.1)输出单向的电势e1并有内阻r1，第二单向激励电势(2.2)输出单向的电势e2并有内阻r2，可控激励电势(2)输出的激励电势E1由电势e1和电势e2以极性非串联的形式串接组成，对应激励电势E1＝e1-e2和内阻R1＝r1+r2；第一单向激励电势(2.1)的电势e1和第二单向激励电势(2.2)的电势e2是以极性非串联的形式串接在传感器(1)两电极输出感应电势E0与差分放大器(3)两输入端的连接回路中；为提高差分放大器(3)两输入端对共模干扰的抑制性能，第一单向激励电势(2.1)的电势e1和第二单向激励电势(2.2)的电势e2以极性非串联的形式分别串接在传感器(1)两电极输出感应电势E0与差分放大器(3)两输入端的两连接通路中。

4.根据权利要求3所述的双激励电磁流量计，其特征在于可控激励电势(2)中的第一单向激励电势(2.1)和第二单向激励电势(2.2)在组成上完全相同，在数值上各输出电势e1＝e2＝e并有内阻r1＝r2＝r，使可控激励电势(2)输出的激励电势E1形成正激励电势+e和负激励电势-e，并有内阻R1＝2r。

5.根据权利要求3所述的双激励电磁流量计，其特征在于可控激励电势(2)中的第一单向激励电势(2.1)由第一压控振荡器(2.11)、第一电源转换器(2.12)、第一恒流源(2.13)和第一负载(2.14)组成；第一负载(2.14)由电阻r3与电阻r4串联后与电阻r5并联所组成，电阻r3两端作为输出电势e1；第一压控振荡器(2.11)由G1控制，G1＝X1时第一压控振荡器(2.11)输出频率F1使第一电源转换器(2.12)有输出电源P1，电源P1使第一恒流源(2.13)的C2端输出恒电流Ic，Ic流过第一负载(2.14)，电阻r3上有输出电势e1 $e1=\frac{\mathrm{Ic}\×r3\×r5}{r3+r4+r5},$ 电势e1的内阻 $r1=\frac{(r4+r5)\×r3}{r3+r4+r5}$

G1＝X0时第一压控振荡器(2.11)输出频率F1＝0使第一电源转换器(2.12)的输出电源P1＝0，即使第一恒流源(2.13)的C2端输出电流Ic＝0，电阻r3上的输出电势e1＝0。

6.根据权利要求3所述的双激励电磁流量计，其特征在于可控激励电势(2)中的第二单向激励电势(2.2)由第二压控振荡器(2.21)、第二电源转换器(2.22)、第二恒流源(2.23)和第二负载(2.24)组成；第二负载(2.24)由电阻r7与电阻r6串联后与电阻r8并联所组成，电阻r6两端作为输出电势e2；第二压控振荡器(2.21)由G1控制，G1＝1X时第二压控振荡器(2.21)输出频率F2使电源转换器(2.22)有输出电源P2，电源P2使第二恒流源(2.23)的C4端输出恒电流Ic，Ic流过第二负载(2.24)，电阻r6上有输出电势e2 $e2=\frac{\mathrm{Ic}\×r6\×r8}{r6r+r7+r8},$ 电势e2的内阻 $r2=\frac{(r7+r8)\×r6}{r6+r7+r8}$

G1＝0X第二压控振荡器(2.21)输出频率F2＝0使第二电源转换器(2.22)的输出电源P2＝0，即使第二恒流源(2.22)的C4端输出电流Ic＝0，电阻r6上的输出电势e2＝0。

Images