CN110514258A - 一种新型电磁流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有正交励磁的电磁流量计，包括两组正交励磁模块，两组励磁模块交替工作，内径为D的供导电流通流动的传感器管道，在感应磁场范围内的测量管道上，两组电极X1、X2和Y1、Y2，两组电极连线正交，流体以流速V通过时，在磁场的作用下，分别产生感应电势E1和E2，感应电势E1和E2均正比于B×V，且所述E1和E2与测量管内的液位H有关，且0≤h≤D，h＝D时为满管状态；将传统电磁流量计单励磁模块增加为一对励磁模块，且互相垂直，通过测得的感应电势计算非满管流速V和液位h，进而得到流量Q，解决了对非满管流量和液位进行同时测量，避免了电极极化造成的测量误差对测量结果的影响。

Description

一种新型电磁流量计

技术领域

本发明属于电磁流量计技术领域，具体涉及一种新型电磁流量计。

背景技术

电磁流量计的基本原理是法拉第电磁感应定律。传统单励磁电磁流量计的励磁线圈产生的磁场激励强度B，当导电性流体在以D为直径的管道内以速度v进行流动时，两个测量电极间的感应电势E＝B×V×D。传统的单励磁电磁流量计不能对非满管流体进行测量，而且对导电流体的电导率有一定要求，不能测量低电导率流体。

近年来，我国对环保正日益重视。水资源系统或废水排放系统的输送管道常常处于非满管流量状态，而且废水常常为低电导率流体。如果缺乏相应的非满管流量及低电导率流体测量方法及其仪表，显然难以满足管道给排流量管理的节能减排监测要求。目前，我国使用上主要依赖于国外的电磁式非满管流量仪表。而国外仪表价格非常高，使我国在水力、灌溉、给排水与排污治理中难以大量使用非满管测量方法去全面有效地进行节能减排监测。

发明内容

本发明的目的在于针对传统电磁流量计只针对满管流体，及流体电导率有一定要求的检测问题，提供一种新型电磁流量计，该流量计具有两对励磁模块，可以形成正交磁场，且针对感应信号特点，提出了分模块：励磁部分、磁场激励控制、模拟信号放大部分和数字信号处理部分控制及供电系统。

为了达到上述目的，本发明的构想是：

本发明提供了一种具有正交励磁的电磁流量计，测量管外具有两对垂直励磁模块，产生正交的励磁磁场。同时针对感应电势信号的特点，电源系统采用分模块供电。通过感应电势信号，得到非满管流速与液位、流体电导率的测量。

根据上述发明构想，采用以下技术方案：

一种正交励磁电磁流量计包括，内径为D的测量管道。测量管外侧安装两对互相垂直的励磁模块，其特征在于所述的测量管道置于正交感应磁场中，测量管道有两对电极。两对电极连线正交。通过建立流速、液位、流体阻抗与感应电势的关系，从而实现对非满管液位及流体电导率的测量。

根据上述发明设想，本发明采用以下技术方案：

一种具有正交励磁的电磁流量计，包括第一励磁线模块与第二励磁线模块，两组励磁模块交替工作，内径为D的供导电流通流动的传感器管道，在感应磁场范围内的测量管道上，两组电极X1、X2和Y1、Y2，两组电极连线正交。流体以流速V通过时，在磁场的作用下，分别产生感应电势E1和E2，感应电势E1和E2均正比于B×V。且所述E1和E2与测量管内的液位H有关，且0≤h≤D，h＝D时为满管状态。

在上述的电磁流量计中，测量管上的两对电极X1 X2和Y1Y2连线相互垂直。所述的励磁模块感应的磁场Bx与Y1和Y2连线互相垂直，励磁模块感应的磁场By与X1和X2连线互相垂直。

在上述的电磁流量计中，管道内的液位h与电极X1、X2连线互相平行，X1、X2测量的感应信号Ex＝f(H,D,Bx,V,Z₁)。Y1、Y2测量的感应信号Ey＝f(H,D,Bx,V,Z₁)。其中，f(H,D,Bx,V,Z₁)、f(H,D,Bx,V,Z₁)由实验数据拟合确定。

在上述的电磁流量计中，检测信号Ex与Ey由放大器进行放大，所对应的放大系数为Ax与Ay。放大后的信号分别为X＝Ax×Ex和Y＝Ay×Ey.

在上述的电磁流量计中，系统供电分成三部分：励磁部分、模拟信号放大部分和数字信号处理部分，且各部分相互之间通过光电耦合器进行联系。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.将传统电磁流量计单励磁模块增加为一对励磁模块，且互相垂直。通过测得的感应电势计算非满管流速V和液位，流体阻抗Z₁，进而得到流量Q。

附图说明

图1是发明的新型电磁流量计的结构图；

图2是发明的新型电磁流量计的传感器结构图；

图3是发明的正交励磁工作时序图；

图4是发明的供电系统结构图；

图5是发明的单励磁电磁流量计示意图。

图中：1、第一励磁线模块；2、第二励磁线模块；3、第一励磁模块；4、第二励磁模块；5、传感器管道；6、信号放大模块；7、磁场激励控制；8、数字处理模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一(参见图1)：

一种具有正交励磁的电磁流量计，包括第一励磁线模块1与第二励磁线模块2，两组励磁模块交替工作，内径为D的供导电流通流动的传感器管道，在感应磁场范围内的测量管道上，两组电极X1、X2和Y1、Y2，两组电极连线正交，流体以流速V通过时，在磁场的作用下，分别产生感应电势E1和E2，感应电势E1和E2均正比于B×V；且所述E1和E2与测量管内的液位H有关，且0≤h≤D，h＝D时为满管状态。

实施例二：

本实施例与实施例一类似，特别之处如下：

上述的电磁流量计中，第一励磁线模块1与第二励磁线模块2，第一励磁模块3与第二励磁模块4产生感应磁场By，Bx与By相互垂直，形成正交磁场。

所述的测量管道5上有两组电极X1、X2与Y1、Y2。X1、X2连线与Y1、Y2连线互相垂直。

具体实现时参见图1所示，电极X1、X2连线与流体流速方向垂直，电极y1、y2连线与流体流速方向垂直.X1、X2连线与y1、y2连线都经过管道内中心。

上述的电磁流量计，所述的测量管5中的流体液位h所在水平线与测量管5上的电极X1、X2平行，X1、X2测得的感应电势Ex＝f(H,D,Bx,V,Z₁)。测量管5中的流体液位h所在水平线与测量管5上的电极y1、y2垂直，Y1、Y2测量的感应信号Ey＝f(H,D,Bx,V,Z₁)。其中，f(H,D,Bx,V,Z₁)、f(H,D,Bx,V,Z₁)由实验数据拟合确定。

在上述的电磁流量计中，检测信号Ex与Ey由放大器进行放大，所对应的放大系数为Ax与Ay。放大后的信号分别为X＝Ax×Ex和Y＝Ay×Ey。

为了有效克服极化问题，上述励磁模块采用正交励磁。一个磁场激励及数据的采集周期是以接收到工频同步信号开始。在时序设计中，一个励磁周期从正向励磁开始，当接收到同步信号后，打开正向励磁电流开关，此时励磁电流需要一个瞬态时间才能达到稳态。当励磁电流进入稳定值时，励磁磁场稳定，即可进行流量数据的采集。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种新型电磁流量计，包括第一励磁线模块(1)与第二励磁线模块(2)，第一励磁模块(3)与第二励磁模块(4)，交替工作，传感器管道(5)内的导电流体以流速通过时，由磁场激励控制(7)，控制产生了垂直于管道径向的磁场Bx、By，在正负恒流励磁下产生正负感应电势E1和E2，经信号放大模块(6)和数字处理模块(8)。

2.根据权利要求1所述的一种新型电磁流量计，其特征在于：所述感应电势E1和E2由传感器的两对电极X1，X2和Y1和Y2，输出信号分别输出到信号放大器。

3.根据权利要求1所述的一种新型电磁流量计，其特征在于：所述的正交励磁下，流体以流速v流过磁场所在空间时，切割磁力线，在两对电极X1，X2和Y1和Y2上分别产生与流速、液位等参数有关的二维感应电势信号E1和E2；将E1和E2处理为与流速成线性关系的输出信号，得到方程组(1)则可求解出流体的液位h、流速v及导电液体阻抗Z₁，实现非满管流量Q的测量。

4.根据权利要求1所述的一种新型电磁流量计，其特征在于：正交励磁过程，所得到的流量信号消除了极化电压干扰及工频干扰；磁场激励产生的磁场Bx、By是以激励工频同步信号开始，当接收到同步信号后，经过瞬态时间达到稳态后，进入正向励磁BX，进行流量数据的采集；数据采集完毕后，关闭正向励磁电流；在下一个同步信号到来时，进入反向励磁过程By，经过瞬态时间达到稳态后，采集数据，采集时间同正向励磁过程，当数据采集完毕，关闭励磁电流。

5.根据权利要求1中，信号放大器的输出U，信号放大器的放大倍数A，信号放大器输入阻抗Zo，流体阻抗是Z₁,K_s为仪表系数。

6.根据权利要求2所述的一种新型电磁流量计，其特征在于：检测到的信号E1和E2是非常微弱的，需要进行两级放大。

7.根据权利要求4所述的一种新型电磁流量计，其特征在于：对微弱信号进行高倍放大，很容易引入干扰微弱；为避免系统各部分的相互干扰，提高测量的抗干扰能力，将系统供电分成三部分：励磁部分、模拟信号放大部分和数字信号处理部分；电磁流量计采用多路输出开关电源给各部分供电，各部分相互之间通过光电耦合器进行联系。