CN101294832A - 一种多电极电磁流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多电极电磁流量计，涉及测量技术领域；该电极电磁流量计包括在与导管中心轴垂直的传感器导管的圆截面上设有的六个电极，其中，四个为与圆截面的X轴和Y轴对称的、对导管绝缘的测量电极，二个为接液电极；二个测量电极为一组，二个接液电极分别设在二组测量电极之间；同组的二个测量电极之间可靠连接，二组测量电极分别连接转换器放大器；二个接液电极之间可靠连接后与测量导管的金属相连接，并作为流量信号的基准地连接转换器放大器的接地端。本发明多电极电磁流量计具有测量附加误差小、方便于装配、能提供可靠地基准电位的、接液基准可靠的特点。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术，特别是涉及一种工业自动化仪表中的电磁流量计技术。
背景技术
电磁流量计由电磁流量传感器(以下简称传感器)和电磁流量转换器(以下简称转换器)组成。转换器给传感器(传感器结构如图1所示)的励磁线圈提供励磁电流，在装有检测信号电极的导管的区域内产生工作磁场。导电液体流过磁场切割磁力线，在检测电极上能够感应与液体流速成正比的电动势。转换器将感应的电动势放大、转换成可为其他接受仪表或装置接收的电流、频率或数字通讯信号，以完成导电流体的测量、计量或控制。
理论分析表明，传感器电极上感应的信号电动势是传感器导管内无数流体微粒感应电位的集合。并且导管内不同位置的流体微粒感应电位对检测电极上的信号电动势贡献大小不一样。通常用权重函数W表示导管内不同位置对检测电极上信号电动势的贡献。理论上也证明了，检测电极的几何形状和大小权重函数的大小也不一样。图2是两个点电极二维情况的权重函数的分布。图3是大面积电极的权重函数的分布。
两个点电极获取信号电动势的贡献，集中在电极轴线附近两个扇形的区域。因此当流入流量计流体的速度分布对于导管中心轴，不是对称情况，测量会产生很大误差。流速分布不以中心轴为对称的原因是流量计上游直线段不够长，管路中的弯头、阀门等局部阻力部件所造成。为此，有关标准规定，两个点电极结构电磁流量计的安装上游必须有大于5倍传感器直径的直管段。对于大口径管道，许多安装现场不能够满足这一条件，这将产生测量误差；
大面积电极获取信号电动势的贡献，集中在导管圆断面中除上下两个弓形，中间大部分的区域。比起中间部分，两个弓形所占比例较小。因此当流入流量计流体的速度分布对于导管中心轴，不是对称情况，测量产生的误差小。但是，大面积电极制造工艺复杂，实际装配中电极与导管的绝缘衬里很难完全贴附，很难保证电极的密封。
另外，电磁流量计传感器输出的感应信号电压应是以被测液体为基准点的。通常导电液体是依靠与传感器安装上、下游的金属管道或者传感器两端配以金属接地环(接液环)相接触，引出电压基准到转换器放大器的。然而上、下游金属管道与测量电极材质不同，或者管道锈蚀，将会造成变动的直流极化干扰电压或接触不可靠。同时，采用接地环需要与测量电极同种材质，会加大流量计制造成本。
如图1所示，现有的电磁流量计传感器主要结构有：设有衬里10、接地环8、电极11的导管12、设有法兰1、吊环2、接线盒3、支架13的外壳4、以及磁轭5、极靴6、励磁线圈7、测量管9等部件组成。导管12是内衬绝缘衬里的不导磁金属管，两个测量点电极11对称装在导管径向位置。传感器安装在管路中，导电液体流过传感器。转换器向励磁线圈提供励磁电流，在传感器中产生磁场，运动流体切割磁力线测量电极将获取感生电动势。
如图2所示，在电极处导管的界面图中，A和B是两个电电极，H表示磁场的方向。W是权重函数，它表示断面中不同位置各点流体微粒所产生的电动势对两电极的贡献比例。显然电极附近对流速变化与电极成90°位置要敏感得多。
如图3所示，在呈弧形的大面积电极的权重函数W的分布中可以看到，电极区域所占面积比例大，平均W接近1，流速分布的不对称影响小。
如图4所示，四电极一个象限权重函数的分布规律与大面积电极一致。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种测量附加误差小、方便于装配、能提供可靠地基准电位的、接液基准可靠的多电极电磁流量计。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种多电极电磁流量计，包括在与导管中心轴垂直的传感器导管的圆截面上设有(安装)的电极，其特征在于，所述电极中，四个为与圆截面的X轴和Y轴对称的、对导管绝缘的(信号)测量电极，二个为接液电极；二个测量电极为一组，二个接液电极分别设在二组测量电极之间；
同组的二个测量电极之间可靠连接，二组测量电极分别连接转换器放大器；二个接液电极之间可靠连接后与测量导管的金属相连接，并作为流量信号的基准地连接转换器放大器的接地端。传感器构成差分信号输出，可以直接通用于与两电极传感器配套的转换器。
进一步地，所述二组测量电极对称地分布在所述圆截面的X轴两侧，
进一步地，所述同组的二个测量电极之间在所述圆截面的传感器导管壁呈一定的弧度(如40°)。
进一步地，所述二个接液电极设在二组测量电极之间的Y轴的上、下两端点。
进一步地，所述同组的二个测量电极之间用具有绝缘护套的导线连接起来，这两个电极间的电阻为0Ω。
进一步地，所述两组并联测量电极之间绝缘电阻不小于50MΩ。
进一步地，所述测量电极对金属导管的绝缘电阻大于50MΩ，并能承受500V以上的耐压强度。
进一步地，所述接液电极与金属导管的连接电阻为0Ω。
利用本发明提供的多电极电磁流量计，由于采用四个测量电极兼顾两个电极和大面积电极的优点，能够满足流量计上游2倍直管段，测量附加误差小于±0.2％，并能如同两个点电极那样方便于装配；本发明的六电极中另外两个电极作为接液电极，为流量信号电压提供可靠地基准电位。
本发明的四个测量电极获取信号电动势的贡献，与大面积电极一样，集中在导管圆断面中的除上下两个弓形外中间大部分区域；其面积比两个弓形大的多。所以，当流入流量计流体的速度分布对于导管中心轴非对称情况产生的误差也小；同样，因为是点电极结构形式，安装密封容易解决；所述接液电极设置在Y轴上、下两个端点上。目的是为了防止接液电极被沉淀物所覆盖或被上浮的气体所绝缘，保证接液基准的可靠。
附图说明
图1是现有技术中传感器的结构图；
图2是现有技术中两点电极的权重函数分布图；
图3是现有技术中大面积电极的权重函数分布图；
图4是现有技术中四测量电极的权重函数分布(四分之一象限)图；
图5是本发明实施例的导管截面的六电极位置示意图；
图6是本发明实施例多电极电磁流量传感器与转换器接线的等效电路图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图5所示，本发明实施例所提供的多电极电磁流量计是在与导管中心轴垂直的传感器导管的圆截面上设有(安装)六个电极；其中，四个为信号测量电极15，二个为接液电极16；二个测量电极15为一组，二组测量电极对称地分布在所述圆截面的X轴两侧，四个测量电极15分别与X轴和Y轴对称，在所述圆截面的传感器导管壁一组的二个测量电极之间的弧度R呈40°，两个接液电极E、F设在二组(测量电极)之间Y轴的上、下两端点。在本发明的实施例中，在所述圆截面的传感器导管壁一组的二个测量电极之间的弧度R也可以大于(或小于)40°。
本发明的接线方法，如图6所示。分别将X轴两侧的测量电极A与B、C与D短路，即测量电极A、B和C、D用导线连接在一起后作为信号电极进入转换器放大器30的信号输入端A’、C’；将两个接液电极E、F短路，即接液电极E、F用导线连接后与测量导管的金属相连接，并作为流量信号的基准地连接转换器放大器30的接地端G；传感器20构成差分信号输出，可以直接通用于与两电极传感器配套的转换器30。
本发明的接液电极设置在Y轴上、下两个端点上。目的是为了防止接液电极被沉淀物所覆盖或被上浮的气体所绝缘，保证接液基准的可靠。
具体实施方法：多电极电磁流量计传感器的导管电极孔的加工，应注意在圆断面的位置分布，参见图5。Y轴两侧的测量电极分别用具有绝缘护套的导线连接起来，参见图6。这两个电极间的电阻为0Ω。两组并联测量电极之间绝缘电阻不小于50MΩ。每组测量电极与金属导管必须是绝缘状态，测量电极对金属导管的绝缘电阻应大于50MΩ，并能承受500V以上的耐压强度。接液电极经与金属导管绝缘密封后，必须与金属导管用导线可靠连接，参见图6。接液电极与金属导管的连接电阻几乎是0Ω。
电极与导管装配后应做水密封和耐水压试验，满足1.5倍公称压力的耐压强度不得有泄漏现象。
Claims (7)
1、一种多电极电磁流量计，包括在与导管中心轴垂直的传感器导管的圆截面上设有的电极，其特征在于，所述电极中，四个为与圆截面的X轴和Y轴对称的、对导管绝缘的测量电极，二个为接液电极；二个测量电极为一组，二个接液电极分别设在二组测量电极之间；
同组的二个测量电极之间可靠连接，二组测量电极分别连接转换器放大器；二个接液电极之间可靠连接后与测量导管的金属相连接，并作为流量信号的基准地连接转换器放大器的接地端。
2、根据权利要求1所述的多电极电磁流量计，其特征在于，所述二个接液电极设在二组测量电极之间的Y轴的上、下两端点。
3、根据权利要求1所述的多电极电磁流量计，其特征在于，所述二组测量电极对称地分布在所述圆截面的X轴两侧。
4、根据权利要求1所述的多电极电磁流量计，其特征在于，所述同组的二个测量电极之间的连接电阻为0Ω。
5、根据权利要求1所述的多电极电磁流量计，其特征在于，所述两组并联测量电极之间绝缘电阻不小于50MΩ。
6、根据权利要求1所述的多电极电磁流量计，其特征在于，所述测量电极对金属导管的绝缘电阻大于50MΩ，并能承受500V以上的耐压强度。
7、根据权利要求1所述的多电极电磁流量计，其特征在于，所述接液电极与金属导管的连接电阻为0Ω。
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