CN108801374A - 一种提高电磁流量性能的流道结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高电磁流量性能的流道，包括：第一缩进段、测量段以及第二缩进段，第一缩进段和第二缩进段远离测量段的一端均为圆形口，第一缩进段和第二缩进段靠近测量段的一端均为矩形口，定义所述矩形口的两边直线所在的方向分别为第一方向和第二方向，定义垂直所述矩形口所在平面的直线方向为第三方向，在平行于第三方向且经过所述矩形口两个对边中点连线的平面上，第一缩进段和第二缩进段的形状为维辛斯基曲线，通过对流道两端(第一缩进段和第二缩进段)进行缩进设计，测量段采用矩形截面管道，可以获得高速稳定的流场以及更加合理的磁场分布，能有效提高电磁流量表的测量灵敏度，进而提高电磁流量表的量程比以及测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及自动化仪表领域，特别是涉及一种提高电磁流量性能的流道结构。
背景技术
随着科学技术的高速发展和计量技术的不断进步，电磁水表在城镇供水计量中得到越来越广泛的应用。与传统机械水表相比，电磁水表具有更宽的测量范围，没有移动或凸起部分，不会产生附加压降，且具有无磨损、耐腐蚀、计量准确以及性能稳定的优点，同时电磁水表能够内部供电，避免意外停电造成计量误差。
电磁水表的传感器直接影响其测量性能，传感器的电极采集到的感应电动势越强，电磁水表灵敏度越高。目前大多数的电磁水表产品中，其传感器的流道是普通圆管，测量水流的灵敏度与普通圆管没有必然联系，为了提高传感器的测量灵敏度，需要对传感器的结构进行改进以提高电极采集到的电磁流量。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高电磁流量性能的流道结构，用于解决现有技术中圆管流道电磁流量信号较弱以及信号稳定性差的问题，提高了流道的电磁流量性能。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种提高电磁流量性能的流道，包括：用于增加流速的第一缩进段、用于采集信号的测量段以及用于降低压力损失的第二缩进段，第一缩进段和第二缩进段远离测量段的一端均为圆形口，第一缩进段和第二缩进段靠近测量段的一端均为矩形口，定义所述矩形口的两边直线所在的方向分别为第一方向和第二方向，定义垂直所述矩形口所在平面的直线方向为第三方向，在平行于第三方向且经过所述矩形口两个对边中点连线的平面上，第一缩进段和第二缩进段的形状为维辛斯基曲线。
可选的，在第一缩进段和第二缩进段中，圆形口所在的平面沿着所述维辛斯基曲线放样至矩形口所在的平面，并形成缩进曲面。
可选的，在平行于第三方向且经过所述矩形口两个对边中点连线的平面上，第一缩进段和第二缩进段的形状为一次维辛斯基曲线：
其中，所述圆形口的半径为Hi，所述两个对边之间距离的一半为H0，第一缩进段或者第二缩进段在第三方向上的长度为L，一次维辛斯基曲线上的点与所述圆形口所在平面的距离为x，一次维辛斯基曲线上的点与圆形口的轴线的距离为H。
可选的，在平行于第三方向且经过所述矩形口两个对边中点连线的平面上，第一缩进段和第二缩进段的形状为二次维辛斯基曲线：
其中，所述圆形口的半径为Hi，所述两个对边之间距离的一半为H0，第一缩进段或者第二缩进段在第三方向上的长度为L，二次维辛斯基曲线上的点与所述圆形口所在平面的距离为x，二次维辛斯基曲线上的点与圆形口的轴线的距离为H。
可选的，在平行于第三方向且经过所述矩形口两个对边中点连线的平面上，第一缩进段和/或第二缩进段的形状为一次维辛斯基曲线和/或二次维辛斯基曲线。
可选的，所述圆形口的面积与所述矩形口的面积之比为1.5至6。
可选的，所述矩形口具有圆角结构。
可选的，所述第一缩进段包括第一缩进段衬里，所述测量段包括测量段衬里，所述第二缩进段包括第二缩进段衬里，第一缩进段衬里、测量段衬里和第二缩进段衬里均由橡胶制成。
可选的，第一缩进段衬里和第二缩进段衬里在圆形口处沿着远离圆形口圆周的方向延伸。
可选的，所述测量段设有用于测量流量的电极。
如上所述，本发明的提高电磁流量性能的流道，具有以下有益效果：
1、通过对流道两端(第一缩进段和第二缩进段)进行缩进设计，测量段采用矩形截面管道，可以获得高速稳定的流场以及更加合理的磁场分布，能有效提高电磁流量表的测量灵敏度，进而提高电磁流量表的量程比以及测量精度；
2、由于提高了电磁流量性能，因此电极及传感器功耗降低，延长了电磁流量表的维护周期且降低了电池消耗。
附图说明
图1显示为本发明实施例的提高电磁流量性能的流道结构示意图。
图2显示为本发明实施例的提高电磁流量性能的流道剖视结构。
图3显示为第一缩进段中圆形口和矩形口示意图。
图4显示为第一缩进段衬里、测量段衬里以及第二缩进段衬里结构示意图。
零件标号说明
1 第一缩进段
11 圆形口
12 矩形口
13 第一缩进段衬里
2 测量段
21 测量段衬里
3 第二缩进段
31 第二缩进段衬里
4 缩进曲面
5 电极
61 第一方向
62 第二方向
63 第三方向
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
发明人发现现有的电磁流量表的流道一般采用圆管设计，由于圆管式电磁流量表的性能主要取决于线圈的性能，测量水流的灵敏度与圆管的形状以及尺寸无直接关系，造成测量信号不强以及信号稳定性差，进而制约了电磁流量性能的提高，为此发明人提出了在电磁流量表流道的输入端和输出端采用缩进的结构设计，既提高了水流在输入端的流速，增加了电磁流量表电极的感应电动势，提高测量灵敏度，又压力损失；在电磁流量表的测量段采用矩形结构设计，更利于线圈的安装和磁场的合理分布，增强了测量段的磁场强度，提高了水表传感器灵敏度，且测量信号灵敏度一定的情况下，减小了电磁流量表的功耗。
请参阅图1至图4，本发明提供一种提高电磁流量性能的流道，包括：用于增加流速的第一缩进段1、用于采集信号的测量段2以及用于降低压力损失的第二缩进段3，第一缩进段1和第二缩进段3远离测量段2的一端均为圆形口11，第一缩进段1和第二缩进段3靠近测量段2的一端均为矩形口12，定义所述矩形口12的两边直线所在的方向分别为第一方向61和第二方向62，定义垂直所述矩形口12所在平面的直线方向为第三方向63，在平行于第三方向63且经过所述矩形口12两个对边中点连线的平面上，第一缩进段1和第二缩进段3的形状为维辛斯基曲线。
对于水表缩进段的设计要求，缩进结构合理，不能压损过大以致水表整体压损过大，为使磁场部分尽量集中在测量段，缩进段长度不宜过长，在满足压损情况下，设计较大的缩进比，从而增大测量段的流速；缩进段出口应满足水流流速均匀、平直以及稳定。
水表缩进段的性能主要决定于两个因素。一个是缩进比，即所述圆形口11的面积与所述矩形口12的面积之比；第二个是缩进曲线。
对于水表流道缩进段的缩进比大小，主要和水流的均匀性、湍流度以及流道压损大小有关。提高流道缩进段的缩进比，对水流的均匀性和降低水流湍流度是有好处的，其原因在于，在缩进过程中，水流时均速度随面积比而增加，而脉动速度是基本不变的，因此水流的湍流度就降低了，水表测量时信号更稳当，并且水流时均速度增大，传感器电极的感应电动势越大，水表灵敏度更高，测量更精确；但是过大的缩进比会使水表压损增大，所以对流道缩进段的缩进比是有限制的，根据试验所述圆形口11的面积与所述矩形口12的面积之比为1.5至6，较为理想。
缩进曲线的形状对测量段水流的均匀性影响较大，如果缩进曲线设计不当就得不到均匀的水流，对于缩进曲线，入口处曲线应与外部管道保持连续，出口处曲线应平缓趋向于测量段尺寸，同时水流沿缩进曲线速度连续单调增加。
为了满足磁场最大，在水表线圈结构设计合理情况下，由磁路第二方程可知：
NiIi为线圈电流产生的磁通势，HiLi为磁路的磁势差。
从磁路第二方程可以确定，忽略漏磁的情况下，线圈之间的距离越小，磁场越强，而且近似为线性关系。
故线圈之间距离越小越好，由于为满足线圈的安装，电极之间的距离不能过小，对于圆管而言，线圈之间的距离与电极之间的距离都等于半径，显然为了增大测量段的磁场强度，圆管结构的流道设计是不适用于测量段的，故我们选取矩形截面的异型管流道设计，更进一步的，矩形口12具有圆角结构，防止发生湍流。
具体的，在第一缩进段1和第二缩进段3中，圆形口11所在的平面沿着所述维辛斯基曲线放样至矩形口12所在的平面，并形成缩进曲面4，实际作用可采用三维软件进行建模，建模的步骤如下：现在三维软件中建模形成矩形口12，在平行于第三方向63且经过所述矩形口12两个对边中点连线的平面上延伸出维辛斯基曲线，然后建模形成圆形口11，经过所述维辛斯基曲线引导进行放样形成缩进曲面4，将形成的曲面进行模具加工和注塑成型，并在后期加工成所需的流道。
进一步的，在平行于第三方向63且经过所述矩形口12两个对边中点连线的平面上，第一缩进段1和第二缩进段3的形状为一次维辛斯基曲线：
其中，所述圆形口11的半径为Hi，所述两个对边之间距离的一半为H0，第一缩进段1或者第二缩进段3在第三方向63上的长度为L，一次维辛斯基曲线上的点与所述圆形口11所在平面的距离为x，一次维辛斯基曲线上的点与圆形口11的轴线的距离为H。
更进一步的，在平行于第三方向63且经过所述矩形口12两个对边中点连线的平面上，第一缩进段1和第二缩进段3的形状为二次维辛斯基曲线：
其中，所述圆形口11的半径为Hi，所述两个对边之间距离的一半为H0，第一缩进段1或者第二缩进段3在第三方向63上的长度为L，二次维辛斯基曲线上的点与所述圆形口11所在平面的距离为x，二次维辛斯基曲线上的点与圆形口11的轴线的距离为H。
具体的，在平行于第三方向63且经过所述矩形口12两个对边中点连线的平面上，第一缩进段1和/或第二缩进段3的形状为一次维辛斯基曲线和/或二次维辛斯基曲线；可根据实际需求，当需要制成双向电磁流量表时，即第一缩进段1和第二缩进段3均可以做流量输入端和流量输出端，第一缩进段1和第二缩进段3采用相同的曲线设计，进而可采用一次维辛斯基曲线或二次维辛斯基曲线；当需要制成单向电磁流量表时，即第一缩进段1做流量输入端时，第一缩进段1采用二次维辛斯基曲线，第二缩进段3采用一次维辛斯基曲线或二次维辛斯基曲线，可根据实际流量压力需求改变第一缩进段1和第二缩进段3的尺寸。
优选地，所述第一缩进段1包括第一缩进段衬里13，所述测量段2包括测量段衬里21，所述第二缩进段3包括第二缩进段衬里31，第一缩进段衬里13、测量段衬里21和第二缩进段衬里31均由橡胶制成，具体的为PU，防止流体的冲蚀；第一缩进段衬里13和第二缩进段衬里31在圆形口11处沿着远离圆形口11圆周的方向延伸，便于装配在电磁流量表内；所述测量段2设有用于测量流量的电极5，电极5贯穿测量段衬里21且外露在测量段2内部，能够采集到较强的感应电动势。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种提高电磁流量性能的流道，其特征在于，包括：用于增加流速的第一缩进段、用于采集信号的测量段以及用于降低压力损失的第二缩进段，第一缩进段和第二缩进段远离测量段的一端均为圆形口，第一缩进段和第二缩进段靠近测量段的一端均为矩形口，定义所述矩形口的两边直线所在的方向分别为第一方向和第二方向，定义垂直所述矩形口所在平面的直线方向为第三方向，在平行于第三方向且经过所述矩形口两个对边中点连线的平面上，第一缩进段和第二缩进段的形状为维辛斯基曲线。
2.根据权利要求1所述的提高电磁流量性能的流道，其特征在于：在第一缩进段和第二缩进段中，圆形口所在的平面沿着所述维辛斯基曲线放样至矩形口所在的平面，并形成缩进曲面。
3.根据权利要求1所述的提高电磁流量性能的流道，其特征在于：在平行于第三方向且经过所述矩形口两个对边中点连线的平面上，第一缩进段和第二缩进段的形状为一次维辛斯基曲线：
其中，所述圆形口的半径为Hi，所述两个对边之间距离的一半为H0，第一缩进段或者第二缩进段在第三方向上的长度为L，一次维辛斯基曲线上的点与所述圆形口所在平面的距离为x，一次维辛斯基曲线上的点与圆形口的轴线的距离为H。
4.根据权利要求3所述的提高电磁流量性能的流道，其特征在于：在平行于第三方向且经过所述矩形口两个对边中点连线的平面上，第一缩进段和第二缩进段的形状为二次维辛斯基曲线：
其中，所述圆形口的半径为Hi，所述两个对边之间距离的一半为H0，第一缩进段或者第二缩进段在第三方向上的长度为L，二次维辛斯基曲线上的点与所述圆形口所在平面的距离为x，二次维辛斯基曲线上的点与圆形口的轴线的距离为H。
5.根据权利要求4所述的提高电磁流量性能的流道，其特征在于：在平行于第三方向且经过所述矩形口两个对边中点连线的平面上，第一缩进段和/或第二缩进段的形状为一次维辛斯基曲线和/或二次维辛斯基曲线。
6.根据权利要求1所述的提高电磁流量性能的流道，其特征在于：所述圆形口的面积与所述矩形口的面积之比为1.5至6。
7.根据权利要求1所述的提高电磁流量性能的流道，其特征在于：所述矩形口具有圆角结构。
8.根据权利要求1所述的提高电磁流量性能的流道，其特征在于：所述第一缩进段包括第一缩进段衬里，所述测量段包括测量段衬里，所述第二缩进段包括第二缩进段衬里，第一缩进段衬里、测量段衬里和第二缩进段衬里均由橡胶制成。
9.根据权利要求8所述的提高电磁流量性能的流道，其特征在于：第一缩进段衬里和第二缩进段衬里在圆形口处沿着远离圆形口圆周的方向延伸。
10.根据权利要求1所述的提高电磁流量性能的流道，其特征在于：所述测量段设有用于测量流量的电极。
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