CN101699226A

CN101699226A - 一种可用于非满管流量测量的电磁流量计

Info

Publication number: CN101699226A
Application number: CN200910236290A
Authority: CN
Inventors: 徐立军; 范士伟; 曹章
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2029-11-02
Also published as: CN101699226B

Abstract

一种可用于非满管流量测量的电磁流量计，包括电磁流量传感器、电阻抗测量模块、感应电动势测量模块、控制及信号处理模块。其特征在于：所述电磁流量传感器包括测量管、电极及励磁线圈；所述电阻抗测量模块包括多路开关组(A)、激励信号源电路、电阻抗测量电路；所述感应电动势测量模块包括多路开关组(B)、励磁电路、感应电动势测量电路；所述控制及信号处理模块负责控制多路开关组，利用电阻抗测量模块得到的多组电阻抗值和感应电动势测量模块得到的多组感应电动势值可在满管和非满管两种情况下得到管内流量。本发明在非满管流动状态下不需要对不同的流体介质进行标定即可实现流量的精确测量。

Description

一种可用于非满管流量测量的电磁流量计

技术领域

本发明涉及一种流量测量装置，特别是涉及一种电磁流量计。

背景技术

目前，传统电磁流量计一般对流型敏感，例如中国公开专利电磁流量计CN1108385、电磁流量计CN1131273、电磁流量计和流量的电磁测量方法CN1097868等。电磁流量传感器安装在管路中，导电液体流过电磁流量传感器。转换器向励磁线圈提供励磁电流，在电磁流量传感器中产生磁场，运动流体切割磁力线测量电极将获取感生电动势。对于上述结构，任意一点流体微元流经测量管内某一点时，产生的感应电势不仅与该点的流速及该点的磁场成正比，而且与该点的权重函数成正比。对于长筒型磁场均匀的电磁流量传感器，当流速为轴对称分布时，因权重函数所起的作用正好等效为1，测量管截面产生的感应电势与流速平均值严格线性相关。当流速为非对称分布时，由于权重函数所起的作用不能等效于1，导致测量误差。因此，若能得到测量管内的流型对于流速的测量具有很重要的意义。

一般电磁流量计要求管内流体为满管状态，测量管内的流速V，对应测量管截面S的流量Q＝S×V。对于非满管的流量测量在测量V的同时还需要测量管内流体的高度H。为了实现非满管下流体的精确测量，提出了很多可用于非满管下的流量测量方法，例如中国公开专利用于测量非满管流量的电磁流量传感器及测量方法CN1928507、导电流体的非满管流量测量方法CN101303247，此类测量方法使用流体高度H与液体阻抗Z的关系，通过测量阻抗Z得到流体的高度信息。然而，此类方法在流体高度位于电极最上侧到满管之间时，其阻抗变化不大，测量灵敏度很低，误差大。另外，由于不同流体介质的阻抗并不相同，因此，若要实现精确测量，在测量不同流体时必须进行重新标定。

由以上分析可知，传统的电磁流量计对流形分布敏感。现有非满管电磁流量计测量方法在一定条件下可实现非满管状态下的流量测量，但其液位处于电极最上侧到满管之间时测量误差大，另外，测量不同流体必须进行重新标定。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的问题是提供一种可用于非满管流量测量的电磁流量计，解决了现有电磁流量计对测量管内的流型敏感，并且在非满管流动状态下需对不同流体介质进行标定等问题。

本发明提供的一种可用于非满管流量测量的电磁流量计采用以下技术方案：

该非满管流量测量用电磁流量计，包括电磁流量传感器、电阻抗测量模块、感应电动势测量模块、控制及信号处理模块。其特征在于：所述电磁流量传感器包括测量管、电极及励磁线圈；所述电阻抗测量模块包括多路开关组A、激励信号源电路、电阻抗测量电路；所述感应电动势测量模块包括多路开关组B、励磁电路、感应电动势测量电路；所述控制及信号处理模块负责控制多路开关组，利用电阻抗测量模块得到的多组电阻抗值和感应电动势测量模块得到的多组感应电动势值可在满管和非满管两种情况下得到管内流量。本发明在非满管流动状态下不需要对不同的流体介质进行标定即可实现流量的精确测量。

其中，所述电磁流量传感器1包括测量管111、多个电极121至128、励磁线圈131和132；所述测量管为圆管结构，其制作材料采用绝缘材料；所述电极121至128采用点电极形式，等间距嵌在测量管1同一截面的内壁上，其中电极121和电极125的连线与线圈中心连线垂直，且与水平面平行；所述励磁线圈由励磁线圈131和励磁线圈132组成，位于测量管的两侧，线圈中心连线通过圆心，并通过串联的方式连接在一起。

其中，所述电阻抗测量模块2包括多路开关组A、激励信号源电路、电阻抗测量电路。所述多路开关组A用来选择其中一对电极作为激励电极和测量电极；所述激励信号源电路用来产生正弦激励电压信号；所述电阻抗测量电路用来测量两个电极之间的电阻抗值。通过切换多路开关组A实现对不同电极进行激励并通过电阻抗测量电路测量被激励的电极与其它电极之间的电阻抗值。通过切换多路开关组A后激励信号在电极121施加激励，再通过切换多路开关组A电阻抗测量电路分别测量电极121和电极122、电极121和电极123、电极121和124、电极121和电极125、电极121和电极126、电极121和电极127、电极121和电极128之间的电阻抗值，以此类推，通过切换多路开关组A激励信号源分别在电极122至128施加激励，电阻抗测量电路测量被激励的电极与其它电极之间电阻抗值。若为N个电极共可得到N(N-1)/2组电阻抗值。

其中，所述感应电动势测量模块3包括多路开关组B、励磁电路、感应电动势测量电路。所述多路开关组B通过切换实现组成不同的测量电极对；所述励磁电路可产生励磁电流；所述感应电动势测量电路用来测量不同电极对之间的感应电动势值。励磁电路产生励磁电流加载到以串联方式连接在一起的上励磁线圈131和下励磁线圈132上，以产生磁场。当流体流过测量管时，根据法拉第电磁感应定律两个电极连线与磁场方向有垂直分量的电极对上将产生感应电动势，通过切换多路开关组B利用感应电动势测量电路可以获得多组感应电动势值。

其中，所述控制及信号处理模块4通过控制多路开关组1获取多组电阻抗值，通过控制多路开关组2获取多组感应电动势值，利用电阻抗测量模块测得的多组电阻抗值使用电学成像技术得到管内空气和液体的两相分布信息，在满管时，利用感应电动势测量模块得到的多组感应电动势值得到管内的流型及平均流速从而得到管内流量；在非满管时，根据空气和液体的两相分布信息对感应电动势值进行修正后再得到管内流型及平均流速，综合流型及平均流速和相分布得到管内的流量。

此处电学成像技术根据液体电导率与空气电导率相对不同的原理，利用图像重建算法获取两相分布信息，不单独依赖于流体介质的特性，因此不需要在测量不同流体时进行重新标定。

附图说明

图1是一种可用于非满管流量测量的电磁流量计结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明专利实施例作进一步详细描述。

附图1是一种可用于非满管流量测量的电磁流量计结构示意图。电磁流量传感器1包括测量管111、多个电极121至128、励磁线圈131和132；所述测量管为圆管结构，其制作材料采用绝缘材料；所述电极121至128采用点电极形式，等间距嵌在测量管1同一截面的内壁上，其中电极121和电极125的连线与线圈中心连线垂直，且与水平面平行；所述励磁线圈由励磁线圈131和励磁线圈132组成，位于测量管的两侧，线圈中心连线通过圆心，并通过串联的方式连接在一起。电阻抗测量模块2包括多路开关组A、激励信号源电路、电阻抗测量电路。所述多路开关组A用来选择其中一对电极作为激励电极和测量电极；所述激励信号源电路用来产生正弦激励电压信号；所述电阻抗测量电路用来测量两个电极之间的电阻抗值。通过切换多路开关组A实现对不同电极进行激励并通过电阻抗测量电路测量被激励的电极与其它电极之间的电阻抗值。通过切换多路开关组A后激励信号在电极121施加激励，再通过切换多路开关组A电阻抗测量电路分别测量电极121和电极122、电极121和电极123、电极121和124、电极121和电极125、电极121和电极126、电极121和电极127、电极121和电极128之间的电阻抗值，以此类推，通过切换多路开关组A激励信号源分别在电极122至128施加激励，电阻抗测量电路测量被激励的电极与其它电极之间电阻抗值。若为N个电极共可得到N(N-1)/2组电阻抗值。感应电动势测量模块3包括多路开关组B、励磁电路、感应电动势测量电路。所述多路开关组B通过切换实现组成不同的测量电极对；所述励磁电路可产生励磁电流；所述感应电动势测量电路用来测量不同电极对之间的感应电动势值。励磁电路产生励磁电流加载到以串联方式连接在一起的上励磁线圈131和下励磁线圈132上，以产生磁场。当流体流过测量管时，根据法拉第电磁感应定律两个电极连线与磁场方向有垂直分量的电极对上将产生感应电动势，通过切换多路开关组B利用感应电动势测量电路可以获得多组感应电动势值。控制及信号处理模块4通过控制多路开关组1获取多组电阻抗值，通过控制多路开关组2获取多组感应电动势值，利用电阻抗测量模块测得的多组电阻抗值使用电学成像技术得到管内空气和液体的两相分布信息，在满管时，利用感应电动势测量模块得到的多组感应电动势值得到管内的流型及平均流速从而得到管内流量；在非满管时，根据空气和液体的两相分布信息对感应电动势值进行修正后再得到管内流型及平均流速，综合流型及平均流速和相分布得到管内的流量。

以上对本发明及其实施方式的描述，并不局限于此，附图中所示仅是本发明的实施方式之一。在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造地设计出与该技术方案类似的结构或实施例，均属本发明保护范围。

Claims

1.一种可用于非满管流量测量的电磁流量计，包括电磁流量传感器、电阻抗测量模块、感应电动势测量模块、控制及信号处理模块，其特征在于：所述电磁流量传感器包括测量管、电极及励磁线圈；所述电阻抗测量模块包括多路开关组(A)、激励信号源电路、电阻抗测量电路；所述感应电动势测量模块包括多路开关组(B)、励磁电路、感应电动势测量电路；所述控制及信号处理模块负责控制多路开关组，利用电阻抗测量模块得到的多组电阻抗值和感应电动势测量模块得到的多组感应电动势值可在满管和非满管两种情况下得到管内流量。

2.按照权利要求1所述的一种可用于非满管流量测量的电磁流量计，其特征在于所述电磁流量传感器(1)包括测量管(111)、多个电极(121至128)、励磁线圈(131、132)，所述测量管为圆管结构，其制作材料采用绝缘材料；所述电极(121至128)采用点电极形式，等间距嵌在测量管(1)同一截面的内壁上，其中一对电极的连线与线圈中心连线垂直，且与水平面平行；所述励磁线圈由上励磁线圈(131)和下励磁线圈(132)组成，位于测量管的两侧，线圈中心连线通过圆心，并通过串联的方式连接在一起。

3.按照权利要求1所述的一种可用于非满管流量测量的电磁流量计，其特征在于所述电阻抗测量模块(2)包括多路开关组(A)、激励信号源电路、电阻抗测量电路，所述多路开关组(A)用来选择其中一对电极作为激励电极和测量电极；所述激励信号源电路用来产生正弦激励电压信号；所述电阻抗测量电路用来测量两个电极之间的电阻抗值；通过切换多路开关组(A)实现对不同电极进行激励并通过电阻抗测量电路测量被激励的电极与其它电极之间的电阻抗值；若为N个电极共可得到N(N-1)/2组电阻抗值。

4.按照权利要求1所述的一种可用于非满管流量测量的电磁流量计，其特征在于所述感应电动势测量模块(3)包括多路开关组(B)、励磁电路、感应电动势测量电路，所述多路开关组(B)通过切换实现组成不同的测量电极对；所述励磁电路可产生励磁电流；所述感应电动势测量电路用来测量不同电极对之间的感应电动势值；励磁电路产生励磁电流加载到以串联方式连接在一起的上励磁线圈(131)和下励磁线圈(132)上，以产生磁场；当流体流过测量管时，根据法拉第电磁感应定律两个电极连线与磁场方向有垂直分量的电极对上将产生感应电动势，通过切换多路开关组(B)利用感应电动势测量电路可以获得多组感应电动势值。

5.按照权利要求1所述的一种可用于非满管流量测量的电磁流量计，其特征在于所述控制及信号处理模块(4)通过控制多路开关组(1)获取多组电阻抗值，通过控制多路开关组(2)获取多组感应电动势值，利用电阻抗测量模块测得的多组电阻抗值使用电学成像技术得到管内空气和液体的两相分布信息；在满管时，利用感应电动势测量模块得到的多组感应电动势值得到管内的流型及平均流速从而得到管内流量；在非满管时，根据空气和液体的两相分布信息对感应电动势值进行修正后再得到管内流型及平均流速，综合流型及平均流速和相分布得到管内的流量。