CN101907471B - 一种多电极电磁流量计设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多电极电磁流量计设计方法。该多电极电磁流量计设计方法包括：各对电极的位置及权重系数由测量管内分布的空间磁场决定，依据使由电极位置与权重系数所决定的权重矢量分布与空间磁场矢量分布呈正交特性并且测量管内各流体微元流速的加权系数均匀分布的原则进行，通过迭代运算实现；测量管壁面上的各对电极非均匀的分布在测量管壁面上，各对电极上的权重系数通过二次电路的放大系数设定；经过二次电路放大并加权集合后的电势差信号送往电磁流量计转换器，实现对管内流体平均流速的判定。本发明多电极电磁流量计设计方法使电磁流量计具备更好的抗流场干扰性能，可实现对非对称流场的精确测量的特点。

Description

一种多电极电磁流量计设计方法

技术领域

本发明涉及电磁流量计设计方法，尤其是涉及一种多电极电磁流量计设计方法。

背景技术

电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律原理来测量导电液体体积流量的仪表，它包括电磁流量计传感器和电磁流量计转换器，电磁流量计传感器内存在工作磁场，导电流体流过电磁流量计传感器时切割磁力线，在两侧电极间产生感应电势差，电磁流量计转换器通过测量该电势差判定管内流体平均流速，将其转换为其他仪表或转置可接收的电流、频率或数字通讯信号，实现对流体的测量。

理论分析表明，电极上感应的电动势信号是电磁流量计传感器测量管道内无数个流体微元切割磁力线产生的感应电动势的加权和，并且由于测量管内不同位置处的感生电动势对电极上感应电动势信号的贡献不同，通常用权重矢量函数W表征工作磁场的有效区域内任意微小流体微元切割磁力线所产生的感应电势对两电极间的电势差所起的贡献大小。传统两个点电极电磁流量计电极轴线附近权重矢量函数分布所占比重很大，即此区域中流体微元切割磁力线所产生的感应电势对两电极获取的感应电动势贡献很大，因此当上游管路中存在弯管、阀门等阻流件，相应的引起流动畸变、二次流或漩涡等时，如果介于阻流件与电磁流量计传感器之间的直管段不够长将导致流入传感器测量管内流体的速度分布与传感器中心轴线非对称，由于上述权重函数的不均匀分布，使得电磁流量计测量结果易受流场分布影响，产生较大的测量误差。为使流场充分发展并恢复其轴对称的流速分布，在电磁流量计传感器的上游需要安装相当长的直管段，长度一般为5至10倍被测管的直径。这一要求对200mm口径以上的中、大型电磁流量计来说较难实现，使得这类电磁流量计在实际使用中易受非对称流场的影响，测量误差较大。

目前克服这一缺陷的方法主要有增大电极面积与采用多对电极的方法。但是，大面积电极制造工艺复杂，且易受被测流体内杂质的污染(如表面形成污垢)，容易导致流量计测量失效。现有的多电极电磁流量计均则采用均匀电极分布，且各电极权重系数的选择都是基于测量管内磁场均匀分布的假设。由于现有电磁流量计为使结构紧凑采用马蹄形等紧贴测量管壁的线圈励磁方式，测量管内实际磁场均匀度差，这种基于均匀磁场假设的电极位置与权重系数给定方法未能使权重矢量分布与实际空间磁场矢量分布呈正交特性，对改进非对称流场的测量精度效果欠佳。

发明内容

针对上述背景技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供能够实现对非对称流场精确测量的一种多电极电磁流量计的设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

电磁流量计传感器上的N对电极非均匀地分布在测量管壁面上，电极对数N的大小取决于电磁流量计测量管内空间磁场矢量的分布，且成对两电极之间的连线通过电磁流量计传感器测量管的圆心，各对电极的位置及权重系数由电磁流量计传感器的测量管内分布的空间磁场决定，并通过使权重矢量分布与空间磁场矢量分布呈正交特性的迭代算法获得；各对电极上的权重系数k₁、k₂、k₃、...、k_N通过二次电路的放大系数设定，即通过将各对电极上的感应电动势信号分别送往二次电路中并联连接且放大系数不同的差分运算放大器的两端设定；经过二次电路放大并加权集合后的电势差信号送往电磁流量计转换器，进而电磁流量计转换器通过测量该电势差判定管内流体平均流速。

所述正交特性是指空间磁场矢量函数B与权重矢量函数W的矢量积B×W在测量管内分布均匀，即测量管内各流体微元流速的加权系数分布均匀。

本发明具有的有益效果是：

本发明通过使电极位置与权重系数所决定的权重矢量分布与空间磁场矢量分布呈正交特性，进而使得测量管内各流体微元流速的加权系数分布均匀，使电磁流量计具备更好的抗流场干扰性能，实现了对非对称流场的精确测量。

附图说明

附图是本发明多电极电磁流量计原理图。

图中：1.电磁流量计传感器，2.二次电路，3.电磁流量计转换器。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

如附图所示，电磁流量计传感器1上的N对电极非均匀地分布在测量管壁面上，电极对数N的大小取决于电磁流量计测量管内空间磁场矢量的分布，成对两电极之间的连线通过电磁流量计传感器1测量管的圆心，各对电极的位置及权重系数由电磁流量计传感器1的测量管内分布的空间磁场决定，并通过使权重矢量分布与空间磁场矢量分布呈正交特性的迭代算法获得；各对电极上的权重系数k₁、k₂、k₃...k_N通过二次电路2的放大系数设定，即通过将各对电极上的感应电动势信号分别送往二次电路2中并联连接且放大系数不同的差分运算放大器的两端设定；经过二次电路2放大并加权集合后的电势差信号送往电磁流量计转换器3，进而电磁流量计转换器3通过测量该电势差判定管内流体平均流速，并将其转换为工程应用能接收的电流、频率或数字通讯信号的输入信号实现测量。

所述正交特性是指空间磁场矢量函数B与权重矢量函数W的矢量积B×W测量管内分布均匀，即测量管内各流体微元流速的加权系数分布均匀。

本发明的工作原理如下：

电磁流量计传感器1测量管空间分布有磁场矢量B，测量管壁面上非均匀的分布着N对电极，电极对数N的大小取决于电磁流量计测量管内空间磁场矢量的分布，各电极的位置由其所在半径与竖直向上方向逆时针夹角ψ_i表示，各电极上的权重系数由k₁、k₂、k₃...k_N表示；权重矢量函数W求解的边界条件由各电极的位置ψ_i及权重系数k_i决定，即权重矢量函数W由各电极的位置ψ_i及权重系数k_i确定；将电磁流量计传感器1的测量管内的空间磁场矢量B及权重矢量函数W的分布表示为径向变量ρ和过电极所在位置半径与竖直向上方向逆时针夹角θ的函数，即B(ρ，θ)和W(ρ，θ)，在磁场分布已知的条件下通过迭代运算，获得使空间磁场矢量分布函数B(ρ，θ)与权重矢量分布函数W(ρ，θ)呈正交特性的各电极的位置ψ_i和权重系数k_i，即通过迭代算法计算出B×W非均匀度函数最小极值所对应的ψ_i和k_i值；各电极上的权重系数k₁、k₂、k₃...k_N通过二次电路2的放大系数设定。满足空间磁场矢量分布函数B(ρ，θ)与权重矢量分布函数W(ρ，θ)呈正交特性的电磁流量计传感器送往电磁流量计转换器3的电势差信号仅由被测流体的平均流速决定，电磁流量计的测量结果不受流速分布影响，进而电磁流量计转换器3通过测量各对电极上的电势差判定管内流体平均流速，并将其转换为其他仪表或转置可接收的电流、频率或数字通讯信号的输入信号实现测量。通过上述方法使电磁流量计具备更好的抗流场干扰性能，实现对非对称流场的精确测量。

Claims (1)

1.一种多电极电磁流量计设计方法，其特征在于：电磁流量计传感器(1)上的N对电极非均匀地分布在测量管壁面上，电极对数N的大小取决于电磁流量计测量管内空间磁场矢量的分布，且成对两电极之间的连线通过电磁流量计传感器(1)测量管的圆心，各对电极的位置及权重系数由电磁流量计传感器(1)的测量管内分布的空间磁场决定，并通过使权重矢量分布与空间磁场矢量分布呈正交特性的迭代算法获得；各对电极上的权重系数k₁、k₂、k₃、...、k_N通过二次电路(2)的放大系数设定，即通过将各对电极上的感应电动势信号分别送往二次电路(2)中并联连接且放大系数不同的差分运算放大器的两端设定；经过二次电路(2)放大并加权集合后的电势差信号送往电磁流量计转换器(3)，进而电磁流量计转换器(3)通过测量该电势差判定管内流体平均流速；

所述正交特性是指空间磁场矢量函数B与权重矢量函数W的矢量积B×W在测量管内分布均匀，即测量管内各流体微元流速的加权系数分布均匀。