CN111982216A - 一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计及其励磁方法 - Google Patents

一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计及其励磁方法 Download PDF

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Abstract

一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计，及其励磁方法，属于电磁流量计技术领域，电磁流量计包括测量管，测量管内壁设置的一对检测电极和励磁系统。测量管外上、下方分别设置一组多个磁记忆单体。每个磁记忆单体上均绕设有励磁线圈。每组多个磁记忆单体均按照矩阵方式排列设置。在励磁起始1/2周期给励磁线圈一个激励电流脉冲I。由于每个磁记忆单体上绕的励磁线圈匝数很少，故励磁线圈电感量很小，励磁电流爬坡快。所以励磁频率可以成倍的提高，进而提高了电磁流量计的测量响应速度，又由于励磁电流为脉冲电流而非持续恒流，故实现了电磁流量计励磁系统的低功耗。

Description

一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计及其励磁方法
技术领域
本发明属于电磁流量计技术领域，涉及一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计及其励磁方法，电磁流量计可用于实时测量流体流量，本发明利用一独特的励磁方式，实现了快速响应，低功耗的电磁流量计设计。
背景技术
电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律的工作原理，来测量导电液体体积流量的仪表。即把导电液体看成导体,流体的流动看成导体做切割磁力线运动。进而用电磁感应定律测量导电流体流速和流量等。其原理见图1。
1为测量管，2为检测电极。
当导电液体沿测量管1在交变磁场与磁力线成垂直方向运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势E。在与测量管1轴线和磁场磁力线相互垂直的测量管1管壁上安装了一对检测电极2，将这个感应电势E检出。
若感应电势为E，则有：
E＝BVD ⑴。
式中：B…磁感应强度。
D…电极间的距离，与测量管1内径相等；
V…测量管1内被测流体在截面上的平均流速。
式⑴中磁场B是恒定不变，D为一常数，则感应电势E与被测流体流速V成正比。通过测量管1横截面上的瞬时体积流量Q与流速V之间的关系为：
Figure BDA0002650492900000011
将式⑴代入式⑵得：
Figure BDA0002650492900000012
式中：K…仪表常数。
E通常称为流量信号，将流量信号输入转换器，经处理后输出与流量成正比的4～20mA电流信号、脉冲(或频率)信号，可对流量进行记录、调节等。
在电磁流量计的应用领域中，经常遇到对电磁流量计的测量快速响应及低功耗的需求，例如一些罐装行业(例如啤酒)应用的电磁流量计，要求其启停响应要快，否则会影响到罐装容量的测量精度，再有一些浆液测量应用领域，由于测量介质为液固二相流，为满足测量精度要求，要求电磁流量计要有较高的检测频率，对于上述一些特殊应用领域的电磁流量计，要求有高频励磁系统，再有一些需要电池供电的应用领域(例如石油、野外作业)，要求电磁流量计耗功要低，而励磁系统占电磁流量计的绝大部分功耗，所以如何降低励磁系统的功耗是解决电磁流量计功耗的问题关键所在。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计，本发明的另一个目的是提供其励磁方法。具体是一种高频、低功耗励磁系统的设计方法，采用系列磁记忆单体绕励磁线圈的励磁系统，产生磁感应强度为B的合成磁场，来实现高频低功耗励磁系统的设计目的。
采用的技术方案是：
一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计，包括测量管，测量管内壁设置一对检测电极和励磁系统，励磁系统包括两组磁记忆单体和多个励磁线圈。
其技术要点在于：
测量管外上、下两侧分别设置一组多个磁记忆单体。每个磁记忆单体上均绕设有励磁线圈。
每组多个磁记忆单体均按照矩阵方式排列设置。
每个磁记忆单体均为圆柱体形状。磁记忆单体的圆柱体轴线沿着测量管圆形截面径向方向设置。
磁记忆单体为王安磁记忆体材料制成。
如图4中b部分所示。
普通电磁流量计的励磁系统为矩形匝数N的励磁绕线组，励磁绕线组通入电流I由法拉第电磁感应定理，产生垂直方向的磁感应强度B的磁场(如图2中b部分所示)。励磁电流I等效为恒流源IS及RS，(IS为恒流源，RS为励磁系统电流源3动态内阻，R为原励磁线圈4的等效电阻，L为原励磁线圈4的电感)。
一般励磁电流I为125mA-250mA的待续方波恒流，绕线匝数一般为1000匝左右，由于励磁线圈自身电感的限制，一般励磁频率不能很高，(一般为3.2Hz-33Hz)，否则在采样测量段励磁电流没达到恒流，会影响测量精度(如图3中b部分)，因此如何在获得同样的磁感应强度B的前提下，减少电感量，进而减小“爬坡”时间段，即减小励磁线圈时间常数τ，(而
Figure BDA0002650492900000021
一般Rs＞＞R，即
Figure BDA0002650492900000022
)，是提高励磁系统频率的关键所在。
一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计的励磁方法：其特征在于包括下列步骤：
在提高励磁频率方面：采用一系列磁柱构成的励磁系统产生同样强度B的合成磁场。
由于每个磁柱，绕的励磁线圈匝数很少，故励磁线圈电感量很小，时间常数
Figure BDA0002650492900000023
一般RS＞＞Ril，即
Figure BDA0002650492900000024
τil＜τ(τil为每个磁柱励磁线圈的时间常数，RS为励磁系统电流源动态内阻、Ril为每个磁柱绕线励磁线圈的内阻，Lil为每个磁柱绕线励磁线圈的电感量)故励磁电流“爬坡”快。所以励磁频率可以成倍的提高(如图4中a部分)，进而提高了电磁流量计的测量频率。
在降低励磁系统功耗方面：
由于我们采用王安磁记忆体材料做成每个小磁柱，它的磁滞曲线接近于矩形(如图5中a部分)，可以在励磁起始1/2周期给励磁线圈一个激励电流脉冲I(如图5中b部分)，由王安磁记忆体的磁“记忆”特性来维持励磁磁场，在整个励磁周期，励磁线圈不是持续地施加电流，而是一个宽度很窄的电流脉冲，从而大大地减小了励磁系统的功耗。
其优点在于：
由于每个磁记忆单体(磁柱或者磁珠)上绕的励磁线圈匝数很少，故励磁线圈电感量很小，励磁电流“爬坡”快。所以励磁频率可以成倍的提高(如图4中a部分)，进而提高了电磁流量计的测量响应速度，由于施加在励磁线圈的电流不是持续的电流，而是宽度很窄的电流脉冲，使励磁系统功耗大大减小。又由于励磁电流为脉冲电流而非持续恒流，故实现了电磁流量计励磁系统的低功耗。
附图说明
图1为电磁流量计原理图。
图2为励磁线圈电路原理和结构示意图。
图3为励磁电压U、电流I及磁感应强度B的波形图。
图4为磁柱分布、磁柱的励磁电压U、励磁电流I及磁感应强度B的示意图。
图5为磁记忆体材料的磁滞曲线、激励电流脉冲I及磁感应强度B的示意图。
图6为本发明的主视剖视图。
图7为本发明的俯视图。
测量管1、检测电极2、励磁系统电流源3、原励磁线圈4、磁记忆单体5、励磁线圈6。
具体实施方式
实施例1
一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计，有测量管1，测量管1内壁设置一对检测电极2，一对检测电极2对称的分布在一个圆形截面的直径两端。
励磁系统包括两组磁记忆单体5和多个励磁线圈6。
测量管1外上、下两侧分别设置励磁系统的一组多个磁记忆单体5。每个磁记忆单体5上均绕设有励磁线圈6。
每个磁记忆单体5均为圆柱体形状。
一对检测电极2位于测量管1上水平方向左右两侧。
磁记忆单体5的圆柱体轴线沿着测量管1圆形截面径向方向设置。
每组多个磁记忆单体5均按照矩阵方式排列设置，例如为n行m列。
每个磁记忆单体5上均绕设有励磁线圈6。
每组多个磁记忆单体5由对应的支架支撑。
实施例2
一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计的励磁方法：
在励磁起始1/2周期给励磁线圈6一个激励电流脉冲I。
磁记忆单体5为磁记忆体材料制成，例如王安磁记忆体材料。它的磁滞曲线接近于矩形。可以在励磁起始1/2周期给一个激励电流脉冲I(如图5中b部分)，由磁记忆体材料，磁“记忆”特性来维持励磁磁场，整个励磁周期，不是持续地施加电流，而是一个宽度很窄的电流脉冲，从而大大减小了励磁系统的功耗。
通过上述方法，可以得到相较现有的电磁流量计励磁频率更高、功耗更低的励磁系统，解决了罐装和浆液型及低功耗电磁流量计对高频低功耗励磁系统的要求。

Claims (5)

1.一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计，包括测量管(1)，测量管(1)内壁设置一对检测电极(2)和励磁系统，励磁系统包括两组磁记忆单体(5)和多个励磁线圈(6)；其特征在于：
测量管(1)外上、下两侧分别设置一组多个磁记忆单体(5)；每个磁记忆单体(5)上均绕设有励磁线圈(6)。
2.根据权利要求1所述的一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计，其特征在于：每组多个磁记忆单体(5)均按照矩阵方式排列设置。
3.根据权利要求1所述的一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计，其特征在于：每个磁记忆单体(5)均为圆柱体形状；磁记忆单体(5)的圆柱体轴线沿着测量管(1)圆形截面径向方向设置。
4.根据权利要求1所述的一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计，其特征在于：磁记忆单体(5)为王安磁记忆体材料制成。
5.一种高频、低功耗励磁系统的电磁流量计的励磁方法：其特征在于包括下列步骤：在励磁起始1/2周期给励磁线圈(6)一个激励电流脉冲I。
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