CN101368834B

CN101368834B - 多电极插入式电磁流量计传感器

Info

Publication number: CN101368834B
Application number: CN2008102003117A
Authority: CN
Inventors: 李斌; 陈坚祯; 沈丹平; 江一舟; 戴光瑜
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: CN101368834A

Abstract

本发明涉及一种多电极插入式电磁流量计传感器。包括插入平均流速V的流体中的绝缘测量杆，该绝缘测量杆内有螺旋线圈，在励磁电流I下螺旋线圈中产生磁场B，绝缘测量杆底端处有一对底端电极，底端电极两点形成的直线和平均流速V以及磁场B都形成相互切割关系；在绝缘测量杆的一个侧磁面上安置一对侧面电极，侧磁面是螺旋线圈的磁场B与平均流速V在绝缘测量杆侧面形成正交切割的地方，同时侧面电极两点形成的直线、平均流速V和由螺旋线圈出来的磁场B都形成相互切割关系。本传感器利用螺旋线圈在绝缘测量杆侧面的侧面磁场，在绝缘测量杆侧面安置新的侧面电极，使侧面电极在螺旋线圈出来的侧面磁场下对新的流速点形成电磁流量测量关系，这样，由传统的底端电极和新的侧面电极组成了的可测量多点流速的插入式电磁流量计传感器。克服了流速分布和流态变化变化带来的测量误差，从根本上提高了插入式电磁流量计的精度。

Description

多电极插入式电磁流量计传感器

技术领域

本发明涉及一种多电极插入式电磁流量计传感器。

技术背景

插入式电磁流量计传感器是电磁流量计传感器的一种，广泛地使用在大口径管道的导电流体流量测量。电磁流量计传感器的原理是将整个测量管道组织成一个法拉第电磁感应系统，通过测量电极来获得反应整个管道平均流速的感应电势。插入式电磁流量计传感器的法拉第电磁感应系统是建立在一个可插入到流体管道中的绝缘测量杆上。一般是通过绝缘测量杆底端上的测量电极来获得反应流体流速的感应电势。即感应电势对应的是绝缘测量杆底端上一点的流体流速，在假设的管道流速分布的前提下，由一点流速的测量值来估算整个管道的平均流速。随着大口径管道流量测量的要求不断提高，仅靠一点流速测量的插入式电磁流量计传感器已难以满足新的应用要求。为了克服流速分布变化带来的测量误差，有采用在一个管道内多个插入式电磁流量计传感器来测量多点流速的方法，但多传感器的多绝缘测量杆也会使管道流场变的复杂和降低仪表性能价格比。另有美国Marsh-McBirney公司的插入式电磁流量计专利4688432与产品，其采用长度达到管道直径长度的绝缘测量杆或多个绝缘测量杆，按假定流速分布在绝缘测量杆上安置多组测量电极来测量多个流速点，以提高估算整个管道的平均流速的精度。但大口径管道中，长的绝缘测量杆使仪表的安装和性能价格比上还难以满足应用的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种改进的插入式电磁流量计传感器，使可获得多点流速的感应电势。

为了达到上述目的，本发明的构思是：本发明在插入式电磁流量计传感器的螺旋线圈方式下，利用螺旋线圈在绝缘测量杆侧面的侧面磁场，在绝缘测量杆侧面安置新的侧面电极，使侧面电极在螺旋线圈出来的侧面磁场下对新的流速点形成电磁流量测量关系，这样，由传统的底端电极和新的侧面电极组成了的可测量多点流速的插入式电磁流量计传感器。克服了流速分布和流态变化变化带来的测量误差，从根本上提高了插入式电磁流量计的精度。

根据上述发明构思，本发明采用以下技术方案：

一种多电极插入式电磁流量计传感器，包括插入平均流速为V的流体中的绝缘测量杆，绝缘测量杆内有螺旋线圈，在励磁电流I下螺旋线圈中产生磁场B，绝缘测量杆底端处有一对底端电极，底端电极两点形成的直线和平均流速V以及磁场B都形成相互切割关系；其特征在于在所述的绝缘测量杆的一个侧磁面上安置一对第一侧面电极，所述的侧磁面是螺旋线圈的磁场B与平均流速V在绝缘测量杆侧面形成正交切割的地方，同时第一侧面电极两点形成的直线、平均流速V和由螺旋线圈出来的磁场B都形成相互切割关系。

上述的绝缘测量杆侧磁面对面的另一个侧磁面上安置另一对第二侧面电极，所述的另一个侧磁面也是螺旋线圈的磁场B与平均流速V在绝缘测量杆(1)侧面形成正交切割的地方；同时，第二侧面电极两点形成的直线、平均流速V和由螺旋线圈(2)出来的磁场B都形成相互切割关系。

上述的螺旋线圈内安置一个导磁体，该导磁体由铁、纯铁或导磁率大于真空导磁率的材料制成。

上述的导磁体是“T”型，“T”型的竖杆插在螺旋线圈内，“T”型的竖杆底部面对于底端电极，“T”型的横杆在螺旋线圈上，横杆的两端分别面对于绝缘测量杆两侧面上的第一侧面电极和第二侧面电极。

上述的螺旋线圈分成串联的两部分：上螺旋线圈和下螺旋线圈；所述的导磁体是“十”字型的，“十”字型竖杆的上段插在上螺旋线圈内，“十”字型竖杆的下段插在下螺旋线圈内，“十”字型竖杆的下段底部面对于底端电极，“十”字型横杆两端分别面对于绝缘测量杆两侧面上的第一侧面电极和第二侧面电极。

上述的螺旋线圈分成串联的两部分：上螺旋线圈和下螺旋线圈；所述的导磁体是“干”字型的，“干”字型竖杆的中段在上螺旋线圈内，“干”字型竖杆的下段插在下螺旋线圈内，“干”字型竖杆的下段底部面对于底端电极，“干”字型中横杆两端分别面对于绝缘测量杆两侧面上的第一侧面电极和第二侧面电极。

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：利用绝缘测量杆的励磁磁场中绝缘测量杆具有侧面磁场，在绝缘测量杆的侧磁面安置第一侧面电极，形成了新的电磁流量测量关系；这样，在本发明的多电极插入式电磁流量传感器中由传统的底端电极和新的侧面电极组成了多点流速的电磁流量测量关系。即用最小的绝缘测量杆得到了多点流速的感应电势。后续仪表可以利用多点流速的信息克服流速分布和流态变化变化带来的测量误差，从根本上提高了插入式电磁流量计的精度。

附图说明

图1是本发明在侧磁面上安置一对第一侧面电极的一个实施例结构示意图。图中的流体平均流速V垂直于纸面。

图2是本发明在侧磁面又安置另一对第二侧面电极的一个实施例结构示意图。图中的流体平均流速V垂直于纸面。

图3是本发明的导磁体为“T”型时的一个实施例结构示意图。图中的流体平均流速V垂直于纸面。

图4是本发明的导磁体为“十”字型时的一个实施例结构示意图。图中的流体平均流速V垂直于纸面。

图5是本发明的导磁体为“干”字型时的一个实施例结构示意图。图中的流体平均流速V垂直于纸面。

具体实施方式

本发明的一个基本的实施例如下述：参见图1。

一种多电极插入式电磁流量计传感器，包括插入在平均流速V的流体中的绝缘测量杆1，绝缘测量杆1内有螺旋线圈2，在励磁电流I下螺旋线圈2中产生磁场B，绝缘测量杆1底端处有一对底端电极3、4，底端电极3、4两点形成的直线和平均流速V以及磁场B都形成相互切割关系，底端电极3、4上有感应电势E1＝K1×V1×B，V1是底端电极3、4处的流体流速，K1是一个系数；其特征是在所述的的绝缘测量杆1的一个侧磁面上安置一对第一侧面电极5、6，所述的侧磁面是螺旋线圈2的磁场B与平均流速V在绝缘测量杆1侧面形成正交切割的地方，同时第一侧面电极5、6两点形成的直线、平均流速V和由螺旋线圈2出来的磁场B都形成相互切割关系；第一侧面电极5、6上有感应电势E2＝K2×V2×B，V2是第一侧面电极5、6处的流体流速，K2是一个系数，这样由感应电势E2得出了在绝缘测量杆(1)一个侧面上的流速V2。

上述的多电极插入式电磁流量计传感器，为了更多的利用磁场B，参见图2，在所述的的绝缘测量杆1侧磁面对面的另一个侧磁面上安置另一对第二侧面电极7、8，所述的另一个侧磁面也是螺旋线圈2的磁场B与平均流速V在绝缘测量杆(1)侧面形成正交切割的地方；同时，第二侧面电极7、8两点形成的直线、平均流速V和由螺旋线圈2出来的磁场B都形成相互切割关系；第二侧面电极7、8上有感应电势E3＝K3×V3×B，V3是第二侧面电极7、8处的流体流速，K3是一个系数，这样由感应电势E3得出了在绝缘测量杆(1)另一个侧面上的流速V3。

上述的多电极插入式电磁流量计传感器，为了增加磁场B，在于所述的螺旋线圈2内安置一个导磁体9，导磁体9可以由铁、纯铁和其他导磁材料制成；螺旋线圈2和导磁体9以及底端电极3与4、第一侧面电极5、6和第二侧面电极7、8有三种组成方式：

(a).参见图3，导磁体9是“T”型的，“T”型的竖杆插在螺旋线圈2内，“T”型的竖杆底部面对于底端电极3、4，“T”型的横杆在螺旋线圈2上，横杆的两端分别面对于绝缘测量杆1两侧面上的第一侧面电极5、6和第二侧面电极7、8，这样增强了各电极部位的磁场B，使各对电极上可得到灵敏度更大的流速的感应电势；

(b).参见图4，把螺旋线圈2分成串联的两部分：上螺旋线圈2.1和下螺旋线圈2.2；导磁体9是“十”字型的，“十”字型竖杆的上段插在上螺旋线圈2.1内，“十”字型竖杆的下段插在下螺旋线圈2.2内，“十”字型竖杆的下段底部面对于底端电极3、4，“十”字型横杆两端分别面对于绝缘测量杆1两侧面上的第一侧面电极5、6和第二侧面电极7、8，这样各电极部位产生更大的磁场B，使各对电极上可得到灵敏度更大的流速的感应电势。

(c).螺旋线圈2分成串联的两部分：上螺旋线圈2.1和下螺旋线圈2.2；导磁体9是“干”字型的，“干”字型竖杆的中段在上螺旋线圈2.1内，“干”字型竖杆的下段插在下螺旋线圈2.2内，“干”字型竖杆的下段底部面对于底端电极3、4，“干”字型中横杆两端分别面对于绝缘测量杆1两侧面上的第一侧面电极5、6和第二侧面电极7、8，这样各电极部位产生更大的磁场B，使各对电极上可得到灵敏度更大的流速的感应电势。

通常，插入式电磁流量计传感器的绝缘测量杆会引起流体流速的摆动。采用本专利的方法，通过对感应电势E2＝K2×V2×B和感应电势E3＝K3×V3×B的分别测量，可以得到流体动态摆动信息。这样可以消除在测量流体平均流速V时的动态摆动干扰。同时，通过对感应电势E1＝K1×V1×B和感应电势E2＝K2×V2×B和感应电势E3＝K3×V3×B的分别测量，又可以得到流体的流速分布信息。这样，有了流速分布信息和流体摆动信息，就可以更稳定和更精确的估计出流体的平均流速V。

Claims

1.一种多电极插入式电磁流量计传感器，包括插入平均流速为V的流体中的绝缘测量杆(1)，绝缘测量杆(1)内有螺旋线圈(2)，在励磁电流I下螺旋线圈(2)中产生磁场B，绝缘测量杆(1)底端处有一对底端电极(3、4)，底端电极(3、4)两点形成的直线和平均流速V以及磁场B都形成相互切割关系；其特征在于在所述的绝缘测量杆(1)的一个侧磁面上安置一对第一侧面电极(5、6)，所述的侧磁面是螺旋线圈(2)的磁场B与平均流速V在绝缘测量杆(1)侧面形成正交切割的地方，同时第一侧面电极(5、6)两点形成的直线、平均流速V和由螺旋线圈(2)出来的磁场B都形成相互切割关系。

2.根据权利要求1所述的多电极插入式电磁流量计传感器，其特征在于在所述的绝缘测量杆(1)侧磁面对面的另一个侧磁面上安置另一对第二侧面电极(7、8)，所述的另一个侧磁面也是螺旋线圈(2)的磁场B与平均流速V在绝缘测量杆(1)侧面形成正交切割的地方；同时，第二侧面电极(7、8)两点形成的直线、平均流速V和由螺旋线圈(2)出来的磁场B都形成相互切割关系。

3.根据权利要求2所述的多电极插入式电磁流量计传感器，其特征在于所述的螺旋线圈(2)内安置一个导磁体(9)，该导磁体(9)由铁制成。

4.根据权利要求3所述的多电极插入式电磁流量计传感器，其特征在于所述的导磁体(9)是“T”型，“T”型的竖杆插在螺旋线圈(2)内，“T”型的竖杆底部面对于底端电极(3、4)，“T”型的横杆在螺旋线圈(2)上，横杆的两端分别面对于绝缘测量杆(1)两侧磁面上的第一侧面电极(5、6)和第二侧面电极(7、8)。

5.根据权利要求3所述的多电极插入式电磁流量计传感器，其特征在于所述的螺旋线圈(2)分成串联的两部分：上螺旋线圈(2.1)和下螺旋线圈(2.2)；所述的导磁体(9)是“十”字型的，“十”字型竖杆的上段插在上螺旋线圈(2.1)内，“十”字型竖杆的下段插在下螺旋线圈(2.2)内，“十”字型竖杆的下段底部面对于底端电极(3、4)，“十”字型横杆两端分别面对于绝缘测量杆(1)两侧磁面上的第一侧面电极(5、6)和第二侧面电极(7、8)。

6.根据权利要求3所述的多电极插入式电磁流量计传感器，其特征在于所述的螺旋线圈(2)分成串联的两部分：上螺旋线圈(2.1)和下螺旋线圈(2.2)；所述的导磁体(9)是“干”字型的，“干”字型竖杆的中段在上螺旋线圈(2.1)内，“干”字型竖杆的下段插在下螺旋线圈(2.2)内，“干”字型竖杆的下段底部面对于底端电极(3、4)，“干”字型中横杆两端分别面对于绝缘测量杆(1)两侧磁面上的第一侧面电极(5、6)和第二侧面电极(7、8)。