CN102829832A - 科氏力质量流量计的电磁激励装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及科氏力质量流量计的电磁激励装置，具体为一种科氏力质量流量计的激励线圈带有电阻率高且导磁率高的套筒的电磁激励装置，解决了现有科氏力质量流量计的激励装置输出功率较低的问题。科氏力质量流量计的电磁激励装置包括磁体、激励线圈、以及由筒体和固定于筒体一端的筒底组成的套筒；磁体一端插入激励线圈内且与激励线圈之间留有间隙；激励线圈插入筒体内并固定在筒底上且与筒体之间留有间隙；所述套筒是由铁镍系高初磁导率软磁合金材料制成的。本发明通过改变套筒的材料既解决了激励线圈的防爆问题；同时省去了激励线圈侧的附加件，实现平衡设计；解决了现有科氏力质量流量计的激励装置输出功率较低的问题；可广泛适用于科氏力质量流量计或振动管密度计上的传感器。

Description

科氏力质量流量计的电磁激励装置

技术领域

本发明涉及科氏力质量流量计的电磁激励装置，具体为激励线圈外套有电阻率高且导磁率高的套筒的一种科氏力质量流量计的电磁激励装置。

背景技术

二十世纪八十年代初，一种利用科里奥利（Coriolis）原理的科氏力质量流量计问世，它可以测量流经封闭管道的流体的质量流量、密度等信息。科氏力质量流量计包括传感器和转换器；传感器包括一根或多根测量管、激励装置、以及安装在测量管进口侧和出口侧的两个检测传感器；当流体流经测量管时，测量管通过激励装置在某个振型中被激励，两个检测传感器检测到的信号之间存在相位差，这个相位差与流过测量管的流体的质量流量成正比。

传感器的激励装置包括磁体、以及套于磁体一端且与磁体之间留有间隙的激励线圈；所述磁体和激励线圈分别通过支架固定于一对测量管或一个测量管和一个平衡装置上。工作时，当在激励线圈中通以交流电时，激励线圈随即产生交变磁场，激励线圈周围的交变磁场与磁体的磁场相互作用，使测量管集拢或分开，从而使传感器在某个振动频率下稳定谐振。

稳定振动是传感器正常工作的重要前提，而实际工作中，当遇到液体中含空气量较大、或高粘度流体、或含大量固体的多相流时，这种偏离正常操作的工艺条件常常会导致传感器振动的衰减，进而使传感器停止振动；这就需要设计者在设计时考虑这种特殊情况，设计出〝额外〞或〝备用功率〞以确保传感器在偏离正常操作的情况下继续工作。

传感器正常工作状态的功率消耗是很低的，但在传感器通电起振时，需要较高的功率，正常起振是传感器工作的前提。对于同一台传感器，当其工况条件不变时，其本身消耗的功率是不变的；激励装置的输出功率等于测量管振动消耗的功率加激励装置本身消耗的功率，其输出功率和消耗功率的计算公式如下：

=

  ,

=

;

其中：

是系统的消耗功率；

是系统的输出功率；

是系统的角速度；

是系统的临界阻尼比系数；K是系统的刚度；B是系统的总磁通；I是激励线圈的电流；L是激励线圈的线长；A是系统的振幅。

从上述公式可以看出，测量管的是确定的；如果增大A，系统的输出功率增大，系统消耗的功率会更大，同时会降低传感器的寿命；如果增大L，将增大激励线圈的电阻，也同时增加了激励线圈的消耗；所以只有通过增加B来增大系统的输出功率，同时也不会加大系统的消耗。

现有技术针对磁体，设计了套于磁体另一端的各种形状的磁体保持器，即通过增加B的办法来增大激励装置的输出功率；为了提高传感器的性能，测量管上的激励装置质量应尽量对称设计，而磁体由于密度大，一般都偏重，再增加磁体保持器，那么磁体一侧的重量就更大了，激励线圈一侧往往需要通过增加附加件来与其平衡，这样使得激励装置结构复杂、重量较大。而且事实上当磁体（包含磁体保持器）的结构尺寸及线圈的结构尺寸、参数确定后，激励装置提供的输出功率仍然是有限的，所以要想继续增大输出功率，需要通过另一种办法，即增大激励线圈的电流I来实现。但是增大电流将遇到下面几个问题：首先当激励线圈的电感确定后，激励线圈的电流增大，为适应科氏力质量流量计在有爆炸性气体的危险场所工作，必须解决防爆问题。目前解决防爆问题有两种办法：（1）如公告号为CN1341204的一种带有防爆外壳的科里奥利流量计中所述，将传感器置于一种防爆外壳中，这种防爆外壳可以防止外壳内火花和热量引燃外壳外面的爆炸性物质，这样外壳中的激励线圈就可以施加较大的电流；（2）在激励线圈外套上套筒，将套筒中的任何缝隙设计成具有足够长度的火焰通道以冷却套筒中点燃的物质，这样可以防止套筒中任何点燃的物质引燃套筒外面的物质。实际设计中科氏力流量计传感器的外壳呈现多种多样，尤其是对于大规格的传感器，有的外壳体积很大，设计成防爆外壳难度很大，因此更多的是采用后一种办法。当选择了第二种办法后便产生了一个问题，即为了使套筒能够承受住爆炸产生的压力，同时尽量减轻重量、减小成本，套筒一般选用轻金属，如铝合金制成，但是铝合金的电阻率很小，激励线圈在交变电流的作用下产生交变磁场，交变磁场在套筒中感应出涡电流，涡电流引起的发热又会造成较大的能量损失，这样激励装置由于增大电流而增大的功率有相当一部分被激励装置本身损耗掉，真正用于增大输出功率的部分可能很少。

发明内容

本发明为了解决现有科氏力质量流量计的激励装置输出功率较低的问题，提供了一种科氏力质量流量计的电磁激励装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：科氏力质量流量计的电磁激励装置，包括磁体、激励线圈、套筒，磁体的一端插入激励线圈内且与激励线圈之间留有间隙，激励线圈插入套筒内并固定在套筒底部且与套筒之间留有间隙，所述套筒是由铁镍系高初磁导率软磁合金材料制成的。

作为一种优选方案：高初磁导率合金材料采用1J76、1J77、1J79铁镍系高初磁导率合金。

本发明的有益效果是：本发明通过改变套筒的材料既解决了激励线圈的防爆问题，又极大地提高了激励装置的输出功率；同时省去了激励线圈测的附加件，实现了平衡的设计；解决了现有科氏力质量流量计的激励装置输出功率较低的问题；可广泛适用于科氏力质量流量计或振动管密度计上的传感器，尤其是高阻尼、大规格的传感器。

具体实施方式

科氏力质量流量计的电磁激励装置，包括磁体、激励线圈、套筒；磁体一端插入激励线圈内且与激励线圈之间留有间隙；激励线圈插入套筒内并固定在套筒底部且与套筒之间留有间隙；所述套筒是由1J76、1J77、1J79铁镍系高初磁导率软磁合金材料制成。

所述铁镍系高初磁导率软磁合金材料可直接从市场中购得；该材料具有较好的防锈性能和加工性能，其电阻率比轻金属如铝合金大很多，使得激励线圈因涡电流引起的发热和能耗大大下降；因磁导率高，激励线圈在交流信号作用下产生的交变磁场的磁力线被由铁镍系高初磁导率软磁合金材料制成的套筒大量捕捉，因此激励装置的总磁通得到了大大的增强，而且由此引起的激励装置的输出功率的增强量远远大于其涡电流带来的损耗；同时因密度较大，可以省去激励线圈测的附加件，实现平衡设计。

将由铁镍系高初磁导率软磁合金材料制成的套筒与由铝合金制成的套筒分别制作成激励装置安装于传感器上进行试验，结果安装有由铝合金制成的套筒的传感器其起振消耗的最大功率为46W，起振后传感器的振动功率为0.43 W；而安装有由铁镍系高初磁导率软磁合金材料制成的套筒的传感器其起振消耗的最大功率降低为18W，起振后传感器的振动功率为0.24 W，分别减小了约60%、44%；这时传感器如果遇到偏离正常操作的工艺条件，就有更多额外的功率可以用于应对了。换言之，即极大地提高了激励装置的输出功率。

本领域技术人员得益于本发明实施例所作的变形均落入本发明的范围，本发明的范围不仅仅局限于本文所描述的具体实施例，而应当以所附权利要求和其等效形式来确定。 

Claims (2)

1.科氏力质量流量计的电磁激励装置，包括磁体、激励线圈、套筒，磁体的一端插入激励线圈内且与激励线圈之间留有间隙，激励线圈插入套筒固定于套筒底部且与套筒之间留有间隙，其特征在于：所述套筒是由铁镍系高初磁导率软磁合金材料制成的。

2.根据权利要求2所述的科氏力质量流量计的电磁激励装置，其特征在于：所述高初磁导率合金材料采用1J76、1J77、1J79高初磁导率合金。