CN111579433A - 一种磁悬流体在线检测仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁悬流体在线检测仪，包括磁悬转子电机、传感圆筒、角速度测量模块、距离测量模块以及控制模块；所述传感圆筒连接至所述磁悬转子电机的转子，部分或全部浸入待测流体内，在所述磁悬转子电机的驱动下转动；所述控制模块基于所述传感圆筒的旋转角速度、浸入待测液体中的高度以及所述磁悬转子电机的转动力矩计算液体动力粘度并输出。本发明在力传动方面，摒弃了以往传统的轴加轴承的传动方法，采用磁悬系统替代轴承，从根本上解决了因摩擦力引起环境温度变化的影响，造成的测量误差，提高了测量精度。本发明的只有传感圆筒和连杆裸露在电机壳体外部，因此可以直接放置在罐体内、化工反应釜或管道上进行测量，适用范围广，通用性好。

Description

一种磁悬流体在线检测仪
技术领域
本发明涉及流体检测技术领域，尤其涉及一种磁悬流体在线检测仪。
背景技术
磁悬流体在线检测仪是一款检测流体介质特性的传感器，旨在通过本传感器，根据不同要求，可以同时检测流体流速，黏度，密度的一款多功能检测仪器。
现有市场的同类产品，有采用电机带动传动轴旋转或者用振动的原理通过传动轴的转动(振动)带动一定横截面积的柱型体，对流体介质的流速，黏度，密度等值进行检测，因受环境温度热胀冷缩的原理，造成传动轴的受力也发生变化，这样一来，检测到的信号就是多方面的，不是真正的测量值；因而，给产品生产过程中的监控带来了不利因素，从而给企业增加了大量的运维成本。现有市场的同类产品普遍存在问题就是摩擦力随温度高低变化而带来的测量误差，因测量误差无法把控，造成产品质量不稳定。
另外，目前市场所用的在线流体检测仪都是采用小型低速减速电机带动两个重合安装的圆盘，由弹簧或油丝构成粘度计量装置。当电机转动时，在电机转动力及标定粘度液作用下致使两个圆盘产生转动角差，其角差就是粘度值，根据标定粘度液的值与转盘角差，标定为计量粘度值。缺点是限于它的结构特点不能安装到工业化工现场，例如：管道内或反应釜内及罐体内。
发明内容
针对摩擦力引起的测量误差，本发明提供一种磁悬流体在线检测仪，采用磁悬系统，传动轴悬空于轴承中间，避免产生摩擦力，从根本上解决了轴与轴承之间受环境影响的问题，大大的提升产品的品质。
为达到上述目的，本发明提供了一种磁悬流体在线检测仪，包括磁悬转子电机、传感圆筒、角速度测量模块、距离测量模块以及控制模块；
所述磁悬转子电机的转子通过磁力作用悬浮转动；
所述传感圆筒连接至所述磁悬转子电机的转子，部分或全部浸入待测流体内，在所述磁悬转子电机的驱动下转动；
所述角速度测量模块检测所述传感圆筒的旋转角速度并发送给所述控制模块；
所述距离测量模块测量所述传感圆筒浸入待测流体中的高度；
所述控制模块基于所述传感圆筒的旋转角速度、浸入待测流体中的高度以及所述磁悬转子电机的输出力矩计算粘度并输出。
进一步地，所述控制模块计算粘度η包括：
Figure BDA0002482145610000021
其中h为所述传感圆筒浸入待测流体中的高度，ω为所述传感圆筒的旋转角速度，Rf为传感圆筒半径，Ra为待测流体容器半径，M为磁悬转子电机输出力矩。
进一步地，所述圆筒半径小于待测液体容器半径的1/10，所述控制模块计算粘度η包括：
Figure BDA0002482145610000022
其中h为所述传感圆筒浸入待测流体中的高度，ω为所述传感圆筒的旋转角速度，Rf为圆筒半径，M为磁悬转子电机输出力矩。
进一步地，所述角速度测量模块采用绝对值编码器，测量转子的旋转角速度获得所述传感圆筒的旋转角速度。
进一步地，所述距离测量模块采用激光测距仪设置在所述磁悬转子电机壳体内，通过所述磁悬转子电机壳体下部的透明窗，发射激光经流体液面反射，测量距离流体液面的距离，进而计算所述传感圆筒浸入待测流体中的高度。
进一步地，磁悬流体在线检测仪设置多个不同规格的传感圆筒，根据测量液体的黏度大小以及黏度介质的种类来选择测量传感圆筒的规格，使磁悬流体在线检测仪在不同使用工作环境下能够准确的进行介质黏度值的测量。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明在力传动方面，摒弃了以往传统的轴加轴承的传动方法，采用磁悬系统替代轴承，从根本上解决了因摩擦力引起环境温度变化的影响，造成的测量误差，提高了测量精度。
(2)本发明磁悬浮转子伺服电机采用高精度的绝对值编码器，用计算矢量角差，来换算出黏度值的，矢量角差是电机的固有性能，矢量角差与黏度成正比，通过控制模块准确的计算出所测流体介质的物理量，从而获得准确的测量数据。
(3)本发明的只有传感圆筒和连杆裸露在电机壳体外部，因此可以直接放置在罐体内、化工反应釜或管道上进行测量，适用范围广，通用性好。
(4)本发明的根据不同要求，可以同时检测流体黏度，通过软件分析进一步获得流速，密度的一款多功能检测仪器。相比现有市场的产品，都是一机一用，而我公司产品具有一机多用的功能，而且可实现现场在线直接测量的功能。
附图说明
图1为磁悬流体在线检测仪结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供一种磁悬流体在线检测仪，包括磁悬转子电机1、传感圆筒2、角速度测量模块、距离测量模块以及控制模块；
所述磁悬转子电机1的转子通过磁力作用悬浮转动；
所述传感圆筒连接通过连接杆4固定至所述磁悬转子电机1的转子，部分或全部浸入待测流体3内，在所述磁悬转子电机1的驱动下转动；
所述角速度测量模块检测所述传感圆筒2的旋转角速度并发送给所述控制模块；
所述距离测量模块测量所述传感圆筒2浸入待测流体中的高度；
所述控制模块基于所述传感圆筒的旋转角速度、浸入待测流体中的高度以及所述磁悬转子电机的输出力矩计算液体动力粘度并输出。
可以直接磁悬流体在线检测仪安装到罐体内或化工反应釜及管道上，将所述磁悬转子电机1固定，所述传感圆筒部分或全部浸入待测流体3内与流体接触，并感知粘度剪切力来计算粘度值。计算公式为：
Figure BDA0002482145610000041
式中：
η——液体动力粘度,Pa·S；
h——测量用传感圆筒浸入待测流体中的高度；
Rf——传感圆筒半径；
Ra——待测流体容器半径；
M——粘性力矩，等于电机输出力矩；
ω——传感圆筒旋转角速度。
当图1中Ra远大于Rf时,公式变为：
Figure BDA0002482145610000042
本发明采用绝对值编码器测量电机转子的旋转角速度，利用电机转子的旋转角速度等于所述传感圆筒的旋转角速度，实现对所述传感圆筒的旋转角速度的间接测量。转子的旋转角速度根据控制定子牵引角与转子磁链环的角差计算。用定子变频牵引角代替传统的圆盘转差的原理计量粘度值。将圆盘转动原理用软件的技术方法转移电机内部，没有游丝或弹簧外漏，只有电机轴外漏，并带动粘度传感小球与被测粘度液接触。
所述距离测量模块采用激光测距仪设置在所述磁悬转子电机壳体内，通过所述磁悬转子电机壳体下部的透明窗，发射激光经流体液面反射，测量距离流体液面的距离，进而计算所述传感圆筒浸入待测液体中的高度。
本发明绝对值编码器、激光测距仪内置于电机壳体，只有传感圆筒和连杆裸露在壳体外部，在线流体检测仪可以直接安装到罐体内或化工反应釜及管道上。
磁悬转子电机利用安装在机座上的径向和轴向磁铁，在转动的转子中感应出磁场，并通过定转子磁场的相互作用将转动的转子悬浮起来，避免了传统电机的转轴和轴承接触摩擦而产生的机械问题，使电机的转速不受轴承的限制。可以采用两个相同磁极的磁场，作用于轴上，让轴悬浮与两磁场之间。
采用磁悬轴工作原理后，传动轴悬空于轴承中间，没有任何摩擦力的产生，因此，传感器不受温度等特质的影响，使测量精度提高了很大一个档次，因而大大的提高了产品的品质，给企业带来了很大的经济效益。
进一步地，在实际的黏度测量过程中，可以通过设置多个不同规格的圆筒比例，根据测量液体的黏度大小以及黏度介质的种类来选择测量圆筒的规格，根据选择不同规格的传感圆筒，使其在不同使用工作环境下能够更加准确的进行介质黏度值的测量。
并根据受力大小以及结合位移变化量和电流变化值大小来综合分析黏度的真正测量值，从而整体提高了黏度值的测量精度、稳定性和准确性。
综上所述，本发明涉及一种磁悬流体在线检测仪，包括磁悬转子电机、传感圆筒、角速度测量模块、距离测量模块以及控制模块；所述传感圆筒连接至所述磁悬转子电机的转子，部分或全部浸入待测流体内，在所述磁悬转子电机的驱动下转动；所述控制模块基于所述传感圆筒的旋转角速度、浸入待测液体中的高度以及所述磁悬转子电机的输出力矩计算液体动力粘度并输出。本发明在力传动方面，摒弃了以往传统的轴加轴承的传动方法，采用磁悬系统替代轴承，从根本上解决了因摩擦力引起环境温度变化的影响，造成的测量误差，提高了测量精度。本发明的只有传感圆筒和连杆裸露在电机壳体外部，因此可以直接放置在罐体内、化工反应釜或管道上进行测量，适用范围广，通用性好。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种磁悬流体在线检测仪，其特征在于，包括磁悬转子电机、传感圆筒、角速度测量模块、距离测量模块以及控制模块；
所述磁悬转子电机的转子通过磁力作用悬浮转动；
所述传感圆筒连接至所述磁悬转子电机的转子，部分或全部浸入待测流体内，在所述磁悬转子电机的驱动下转动；
所述角速度测量模块检测所述传感圆筒的旋转角速度并发送给所述控制模块；
所述距离测量模块测量所述传感圆筒浸入待测流体中的高度；
所述控制模块基于所述传感圆筒的旋转角速度、浸入待测流体中的高度以及所述磁悬转子电机的输出力矩计算粘度并输出。
2.根据权利要求1所述的磁悬流体在线检测仪，其特征在于，所述控制模块计算粘度η包括：
Figure FDA0002482145600000011
其中h为所述传感圆筒浸入待测流体中的高度，ω为所述传感圆筒的旋转角速度，Rf为传感圆筒半径，Ra为待测流体容器半径，M为磁悬转子电机输出力矩。
3.根据权利要求1所述的磁悬流体在线检测仪，其特征在于，所述圆筒半径小于待测液体容器半径的1/10，所述控制模块计算粘度η包括：
Figure FDA0002482145600000012
其中h为所述传感圆筒浸入待测流体中的高度，ω为所述传感圆筒的旋转角速度，Rf为圆筒半径，M为磁悬转子电机输出力矩。
4.根据权利要求1至3之一所述的磁悬流体在线检测仪，其特征在于，所述角速度测量模块采用绝对值编码器，测量转子的旋转角速度获得所述传感圆筒的旋转角速度。
5.根据权利要求4所述的磁悬流体在线检测仪，其特征在于，所述距离测量模块采用激光测距仪设置在所述磁悬转子电机壳体内，通过所述磁悬转子电机壳体下部的透明窗，发射激光经流体液面反射，测量距离流体液面的距离，进而计算所述传感圆筒浸入待测流体中的高度。
6.根据权利要求1至3之一所述的磁悬流体在线检测仪，其特征在于，磁悬流体在线检测仪设置多个不同规格的传感圆筒，根据测量液体的黏度大小以及黏度介质的种类来选择测量传感圆筒的规格，使磁悬流体在线检测仪在不同使用工作环境下能够准确的进行介质黏度值的测量。
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