CN104121953A - 一种剩磁励磁电磁流量计 - Google Patents

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邹明伟
李积春
郭传涛
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Abstract

本发明涉及一种剩磁励磁电磁流量计，包括电极、衬管、电路系统、励磁线圈和铁芯，所述电极设有两个，所述两个电极分布在所述衬管上，且所述两个电极分别通过导线与所述电路系统的信号输入端相连，所述励磁线圈设有两个，分别为第一励磁线圈、第二励磁线圈，所述第一励磁线圈和第二励磁线圈分布在所述衬管的周围所述铁芯设有两个，分别为第一铁芯和第二铁芯，所述第一励磁线圈中设有所述第一铁芯，所述第二励磁线圈中设有所述第二铁芯，所述第一铁芯和第二铁芯均为具有磁滞现象的软磁性体。本发明通过线圈充磁改变铁芯磁场方向，铁芯剩磁产生工作磁场的励磁方式，可以大幅度节约励磁的电能消耗为降低电磁流量计整机功耗有重大意义。

Description

一种剩磁励磁电磁流量计
技术领域
本发明涉及一种电磁流量计，具体的涉及一种剩磁励磁电磁流量计。
背景技术
电磁流量计是一种依据法拉第电磁感应定律来测量导电液体体积流量的仪表。在与导电液体流动垂直的方向上施加磁场，导电液体做切割磁力线运动产生感应电动势信号。通过检测感应电动势信号并进行相应的信号处理计算出流体的流速从而实现准确的流量测量。
随着电磁流量计技术的发展，电磁流量计励磁方式先后出现了永磁励磁和线圈励磁两大类励磁方式。线圈励磁方式包括：工频正弦波励磁(简称工频励磁)、单频交变直流脉冲方波励磁(简称：单频励磁)、双频交变直流脉冲方波励磁(简称双频励磁)以及多频交变直流脉冲方波励磁(简称多频励磁)。当前应用中普遍采用单频励磁。无论是工频励磁、单频励磁、双频励磁还是多频励磁都是通过在线圈中有规律交替变化的施加恒定的励磁电流，通过励磁电流在线圈中产生的磁场来提供电磁流量计工作磁场。即工作磁场的来源是励磁线圈产生的磁场，如果励磁线圈中电流一旦消失工作磁场即消失。
永磁励磁：采用永久磁铁为电磁流量计提供工作磁场的励磁方式。该励磁方式因采用永久磁铁产生的磁场作为电磁流量计工作磁场，不使用线圈所以没有任何励磁功耗。励磁功耗最小，但是永磁励磁因磁场不能变化，导致产生感应电动势的方向也不能发生变化在接收信号的电极上面产生极化现象，从而致使信号失真，无法准确测量而局限很大。因此永磁励磁方式没有在电磁流量计上面使用。
线圈励磁：采用在线圈中通入电流方向有规律交替变化的电流为电磁流量计提供工作磁场的励磁方式。线圈励磁中的磁场方向交替变化，由此产生的感应电动势也交替变化，因此接受感应信号的电极上面不会产生极化现象，但是工作磁场的维持完全依靠线圈中的励磁电流，因此为实现稳定的工作磁场和获得稳定的信号，消耗在维持励磁电流的功耗很大，占据了电磁流量计功耗的大部分，其励磁功耗大，从而加大了电磁流量计的整机功耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种剩磁励磁电磁流量计，能够大幅度减小电磁流量计励磁功耗，降低电磁流量计整机功耗。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种剩磁励磁电磁流量计，包括电极、衬管、电路系统、励磁线圈和铁芯，所述电极设有两个，所述两个电极分布在所述衬管上，且所述两个电极分别通过导线与所述电路系统的信号输入端相连，所述励磁线圈设有两个，分别为第一励磁线圈、第二励磁线圈，所述第一励磁线圈和第二励磁线圈分布在所述衬管的周围所述铁芯设有两个，分别为第一铁芯和第二铁芯，所述第一励磁线圈中设有所述第一铁芯，所述第二励磁线圈中设有所述第二铁芯，所述第一铁芯和第二铁芯均为具有磁滞现象的软磁性体，所述第一励磁线圈的一端与第二励磁线圈的一端通过导线相连，所述第一励磁线圈的另一端通过导线与所述电路系统的励磁电流输出端相连所述电路系统的励磁电流输出端相连。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述衬管为圆环管状结构，所述两个电极沿所述衬管中轴线中心对称的分布在所述衬管上。
进一步，所述第一励磁线圈和第一铁芯组成第一剩磁励磁机构，所述第二励磁线圈和第二铁芯组成第二剩磁励磁机构，所述第一剩磁励磁机构和第二剩磁励磁机构沿所述衬管中轴线中心对称的分布在所述衬管的周围，且所述第一剩磁励磁机构和第二剩磁励磁机构所在的中轴线与两个电极所在的中轴线相垂直。
本发明的有益效果是：本发明的剩磁励磁技术是一种集成线圈励磁与剩磁励磁优点的励磁技术，通过线圈充磁改变铁芯磁场方向，铁芯剩磁产生工作磁场的励磁方式，可以大幅度节约励磁的电能消耗为降低电磁流量计整机功耗有重大意义；同时因无需持续提供恒定的励磁电流，大幅度减小了励磁电路的工作负荷，增加了励磁电路的工作寿命，还简化了励磁电路的设计，降低了励磁电路成本的同时增加了电路的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种剩磁励磁电磁流量计的结构示意图；
图2为本发明一种剩磁励磁电磁流量计的线圈励磁方式的励磁电流与工作磁场强度波形对比图；
图3为本发明一种剩磁励磁电磁流量计的剩磁励磁方式的励磁电流与工作磁场强度波形对比图；
图4为本发明一种剩磁励磁电磁流量计的铁芯中的磁场和磁感强度的关系图；
图5为本发明一种剩磁励磁电磁流量计的用电流和铁芯磁感应强度来表示对铁芯充磁的励磁过程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、电极，2、衬管，3、电路系统，4.1、第一励磁线圈，4.2、第二励磁线圈，5.1、第一铁芯，5.2、第二铁芯。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种剩磁励磁电磁流量计，包括电极1、衬管2、电路系统3、励磁线圈和铁芯，所述电极1设有两个，所述衬管2为圆环管状结构，所述两个电极1沿所述衬管2的中心对称的分布在所述衬管2上。且所述两个电极1分别通过导线与所述电路系统3的信号输入端相连；所述励磁线圈设有两个，分别为第一励磁线圈4.1、第二励磁线圈4.2，所述第一励磁线圈4.1和第二励磁线圈4.2分布在所述衬管2的周围，所述铁芯设有两个，分别为第一铁芯5.1和第二铁芯5.2，所述第一励磁线圈4.1中设有所述第一铁芯5.1，所述第二励磁线圈4.2中设有所述第二铁芯5.2，所述第一铁芯5.1和第二铁芯5.2均为具有磁滞现象的软磁性体，所述第一励磁线圈4.1的一端与所述第二励磁线圈4.2的一端通过导线相连，所述第一励磁线圈4.1的另一端通过导线与所述电路系统3的励磁电流输出端相连；所述第一励磁线圈4.1和第一铁芯5.1组成第一剩磁励磁机构，所述第二励磁线圈4.2、和第二铁芯5.2组成第二剩磁励磁机构，所述第一剩磁励磁机构和第二剩磁励磁机构沿所述衬管2中轴线中心对称的分布在所述衬管的周围，且所述第一剩磁励磁机构和第二剩磁励磁机构所在的中轴线与两个电极1所在的中轴线相垂直。
本发明的工作原理是一种集成线圈励磁与剩磁励磁优点的励磁技术，通过电路系统向励磁线圈提供励磁电流，通过励磁线圈充磁改变铁芯磁场方向，铁芯剩磁产生工作磁场的励磁方式，励磁线圈仅在改变铁芯磁场方向时提供充磁电流的工作模式加上励磁线圈停止提供励磁电流的情况下由铁芯的剩磁提供工作磁场的工作模式构成了独有的励磁工作方式；电磁流量计将检测到的液体流量信息通过电极传送给电路系统，得出液体的流量大小。本发明的一种剩磁励磁电磁流量计和线圈励磁的工作原理有很大不同，线圈励磁方式下励磁电流和工作磁场是同步的，即工作磁场由励磁电流产生，产生工作磁场必须消耗励磁电流，其线圈励磁方式的励磁电流与工作磁场强度波形对比图如图2所示，线圈励磁方式中线圈需要持续交变电流来维持工作磁场；剩磁励磁方式下，工作磁场和励磁电流不同步，工作磁场由铁芯的剩磁提供，工作磁场的产生不依赖线圈中的励磁电流，只有在改变铁芯剩磁方向时进行充磁过程短暂地需要消耗线圈中的励磁电流，用于产生短暂的充磁场，其剩磁励磁方式的励磁电流与工作磁场强度波形对比图如图3所示。剩磁励磁方式，只需要在反转(改变)剩磁磁场的方向时才需要消耗励磁电流，所以就可以大幅度的减小励磁电路的电能消耗。
铁芯充磁的过程为:
正向励磁：励磁的时候随着励磁线圈中励磁电流的增加，铁芯中的磁场Hc(由励磁电流产生)和磁感强度Bc(铁芯产生的感应磁场)的关系如图4所示，励磁线圈电流为零的时候，磁滞曲线上的点(Hc，Bc)是在①的位置；在励磁线圈中的励磁电流逐渐增大的过程中，(Hc，Bc)是从磁滞曲线上的①向②移动，直到达到励磁电流最大的②；随后励磁线圈中的励磁电流从最大降低为零时，磁滞曲线上的点(Hc，Bc)从②移动到③；铁芯中的剩磁达到恒定，铁芯变成永久磁铁提供仪表的工作磁场。
反向励磁：需要改变剩磁的方向就需要在励磁线圈中通入励磁电流的方向，铁芯充磁过程就通过磁滞曲线的反向，从③通过到④，然后再回到①，铁芯中剩磁达到恒定只是方向与正向时相反，仪表工作磁场也与正向时大小相等方向相反。
用电流和铁芯磁感应强度来表示对铁芯充磁的整个励磁过程，如图5所示，在坐标系中，横轴为励磁线圈中的励磁电流I，纵轴为铁芯产生的磁感应强度Bg。
本发明剩磁励磁采用磁场方向可以被交替改变的软磁铁作为磁芯，利用具有软磁特性的铁芯的剩磁来提供工作磁场，同时采用改变励磁线圈中励磁电流的方向交替地给铁芯充磁以改变铁芯的剩磁磁场方向，实现磁场交替变化的目的，防止感应电动势在电极上面产生极化现象，达到同线圈交变励磁抑制极化现象效果一样的励磁方式。
在相同励磁频率和励磁电压条件下，励磁功耗正比于励磁电流曲线与横轴构成的面积。相比线圈励磁，剩磁励磁技术只需要提供很短暂的励磁电流，因此励磁电流消耗很小，剩磁励磁的励磁电流功耗只有线圈励磁电流功耗的1/60到1/10，对比图2和图3可以看出，因此剩磁励磁的功耗降低非常明显，利于制造超低功耗的电磁流量计。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种剩磁励磁电磁流量计，其特征在于：包括电极(1)、衬管(2)、电路系统(3)、励磁线圈和铁芯，所述电极(1)设有两个，所述两个电极(1)分布在所述衬管(2)上，且所述两个电极(1)分别通过导线与所述电路系统(3)的信号输入端相连，所述励磁线圈设有两个，分别为第一励磁线圈(4.1)、第二励磁线圈(4.2)、所述第一励磁线圈(4.1)和第二励磁线圈(4.2)分布在所述衬管(2)的周围，所述铁芯设有两个，分别为第一铁芯(5.1)和第二铁芯(5.2)，所述第一励磁线圈(4.1)中设有所述第一铁芯(5.1)，所述第二励磁线圈(4.2)中设有所述第二铁芯(5.2)，所述第一铁芯(5.1)和第二铁芯(5.2)均为具有磁滞现象的软磁性体，所述第一励磁线圈(4.1)的一端与所述第二励磁线圈(4.2)的一端通过导线相连，所述第一励磁线圈(4.1)的另一端通过导线与所述电路系统(3)的励磁电流输出端相连。
2.根据权利要求1所述的一种剩磁励磁电磁流量计，其特征在于：所述衬管(2)为圆环管状，所述两个电极(1)沿所述衬管(2)中轴线中心对称的分布在所述衬管(2)上。
3.根据权利要求2所述的一种剩磁励磁电磁流量计，其特征在于：所述第一励磁线圈(4.1)和第一铁芯(5.1)组成第一剩磁励磁机构，所述第二励磁线圈(4.2)和第二铁芯(5.2)组成第二剩磁励磁机构，所述第一剩磁励磁机构和第二剩磁励磁机构沿所述衬管(2)中轴线中心对称的分布在所述衬管的周围，且所述第一剩磁励磁机构和第二剩磁励磁机构所在的中轴线与两个电极(1)所在的中轴线相垂直。
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