專利名稱：一種可用于非滿管流量測量的電磁流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量測量裝置，特別是涉及一種電磁流量計。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)電磁流量計一般對流型敏感，例如中國公開專利電磁流量計 CN1108385、電磁流量計CN1131273、電磁流量計和流量的電磁測量方法CN1097868等。電磁 流量傳感器安裝在管路中，導(dǎo)電液體流過電磁流量傳感器。轉(zhuǎn)換器向勵磁線圈提供勵磁電 流，在電磁流量傳感器中產(chǎn)生磁場，運動流體切割磁力線測量電極將獲取感生電動勢。對于 上述結(jié)構(gòu)，任意一點流體微元流經(jīng)測量管內(nèi)某一點時，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢不僅與該點的流速 及該點的磁場成正比，而且與該點的權(quán)重函數(shù)成正比。對于長筒型磁場均勻的電磁流量傳 感器，當流速為軸對稱分布時，因權(quán)重函數(shù)所起的作用正好等效為l，測量管截面產(chǎn)生的感 應(yīng)電勢與流速平均值嚴格線性相關(guān)。當流速為非對稱分布時，由于權(quán)重函數(shù)所起的作用不 能等效于l，導(dǎo)致測量誤差。因此，若能得到測量管內(nèi)的流型對于流速的測量具有很重要的 意義。 —般電磁流量計要求管內(nèi)流體為滿管狀態(tài)，測量管內(nèi)的流速V，對應(yīng)測量管截面S 的流量Q = SXV。對于非滿管的流量測量在測量V的同時還需要測量管內(nèi)流體的高度H。 為了實現(xiàn)非滿管下流體的精確測量，提出了很多可用于非滿管下的流量測量方法，例如中 國公開專利用于測量非滿管流量的電磁流量傳感器及測量方法CN1928507、導(dǎo)電流體的非 滿管流量測量方法CN101303247，此類測量方法使用流體高度H與液體阻抗Z的關(guān)系，通過 測量阻抗Z得到流體的高度信息。然而，此類方法在流體高度位于電極最上側(cè)到滿管之間 時，其阻抗變化不大，測量靈敏度很低，誤差大。另外，由于不同流體介質(zhì)的阻抗并不相同， 因此，若要實現(xiàn)精確測量，在測量不同流體時必須進行重新標定。 由以上分析可知，傳統(tǒng)的電磁流量計對流形分布敏感?，F(xiàn)有非滿管電磁流量計測 量方法在一定條件下可實現(xiàn)非滿管狀態(tài)下的流量測量，但其液位處于電極最上側(cè)到滿管之 間時測量誤差大，另外，測量不同流體必須進行重新標定。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的問題是提供一種可用于非滿 管流量測量的電磁流量計，解決了現(xiàn)有電磁流量計對測量管內(nèi)的流型敏感，并且在非滿管 流動狀態(tài)下需對不同流體介質(zhì)進行標定等問題。 本發(fā)明提供的一種可用于非滿管流量測量的電磁流量計采用以下技術(shù)方案
該非滿管流量測量用電磁流量計，包括電磁流量傳感器、電阻抗測量模塊、感應(yīng)電 動勢測量模塊、控制及信號處理模塊。其特征在于所述電磁流量傳感器包括測量管、電極 及勵磁線圈；所述電阻抗測量模塊包括多路開關(guān)組A、激勵信號源電路、電阻抗測量電路； 所述感應(yīng)電動勢測量模塊包括多路開關(guān)組B、勵磁電路、感應(yīng)電動勢測量電路；所述控制及 信號處理模塊負責(zé)控制多路開關(guān)組，利用電阻抗測量模塊得到的多組電阻抗值和感應(yīng)電動勢測量模塊得到的多組感應(yīng)電動勢值可在滿管和非滿管兩種情況下得到管內(nèi)流量。本發(fā)明
在非滿管流動狀態(tài)下不需要對不同的流體介質(zhì)進行標定即可實現(xiàn)流量的精確測量。 其中，所述電磁流量傳感器1包括測量管111、多個電極121至128、勵磁線圈131
和132 ;所述測量管為圓管結(jié)構(gòu)，其制作材料采用絕緣材料；所述電極121至128采用點電
極形式，等間距嵌在測量管1同一截面的內(nèi)壁上，其中電極121和電極125的連線與線圈中
心連線垂直，且與水平面平行；所述勵磁線圈由勵磁線圈131和勵磁線圈132組成，位于測
量管的兩側(cè)，線圈中心連線通過圓心，并通過串聯(lián)的方式連接在一起。 其中，所述電阻抗測量模塊2包括多路開關(guān)組A、激勵信號源電路、電阻抗測量電 路。所述多路開關(guān)組A用來選擇其中一對電極作為激勵電極和測量電極；所述激勵信號源 電路用來產(chǎn)生正弦激勵電壓信號；所述電阻抗測量電路用來測量兩個電極之間的電阻抗 值。通過切換多路開關(guān)組A實現(xiàn)對不同電極進行激勵并通過電阻抗測量電路測量被激勵的 電極與其它電極之間的電阻抗值。通過切換多路開關(guān)組A后激勵信號在電極121施加激勵， 再通過切換多路開關(guān)組A電阻抗測量電路分別測量電極121和電極122、電極121和電極 123、電極121和124、電極121和電極125、電極121和電極126、電極121和電極127、電極 121和電極128之間的電阻抗值，以此類推，通過切換多路開關(guān)組A激勵信號源分別在電極 122至128施加激勵，電阻抗測量電路測量被激勵的電極與其它電極之間電阻抗值。若為N 個電極共可得到N(N-1)/2組電阻抗值。 其中，所述感應(yīng)電動勢測量模塊3包括多路開關(guān)組B、勵磁電路、感應(yīng)電動勢測量 電路。所述多路開關(guān)組B通過切換實現(xiàn)組成不同的測量電極對；所述勵磁電路可產(chǎn)生勵磁 電流；所述感應(yīng)電動勢測量電路用來測量不同電極對之間的感應(yīng)電動勢值。勵磁電路產(chǎn)生 勵磁電流加載到以串聯(lián)方式連接在一起的上勵磁線圈131和下勵磁線圈132上，以產(chǎn)生磁 場。當流體流過測量管時，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律兩個電極連線與磁場方向有垂直分量 的電極對上將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，通過切換多路開關(guān)組B利用感應(yīng)電動勢測量電路可以獲得 多組感應(yīng)電動勢值。 其中，所述控制及信號處理模塊4通過控制多路開關(guān)組1獲取多組電阻抗值，通過 控制多路開關(guān)組2獲取多組感應(yīng)電動勢值，利用電阻抗測量模塊測得的多組電阻抗值使用 電學(xué)成像技術(shù)得到管內(nèi)空氣和液體的兩相分布信息，在滿管時，利用感應(yīng)電動勢測量模塊 得到的多組感應(yīng)電動勢值得到管內(nèi)的流型及平均流速從而得到管內(nèi)流量；在非滿管時，根 據(jù)空氣和液體的兩相分布信息對感應(yīng)電動勢值進行修正后再得到管內(nèi)流型及平均流速，綜 合流型及平均流速和相分布得到管內(nèi)的流量。 此處電學(xué)成像技術(shù)根據(jù)液體電導(dǎo)率與空氣電導(dǎo)率相對不同的原理，利用圖像重建 算法獲取兩相分布信息，不單獨依賴于流體介質(zhì)的特性，因此不需要在測量不同流體時進 行重新標定。


圖1是一種可用于非滿管流量測量的電磁流量計結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明專利實施例作進一步詳細描述。
附圖l是一種可用于非滿管流量測量的電磁流量計結(jié)構(gòu)示意圖。電磁流量傳感 器1包括測量管111、多個電極121至128、勵磁線圈131和132 ;所述測量管為圓管結(jié)構(gòu)， 其制作材料采用絕緣材料；所述電極121至128采用點電極形式，等間距嵌在測量管1同 一截面的內(nèi)壁上，其中電極121和電極125的連線與線圈中心連線垂直，且與水平面平行； 所述勵磁線圈由勵磁線圈131和勵磁線圈132組成，位于測量管的兩側(cè)，線圈中心連線通過 圓心，并通過串聯(lián)的方式連接在一起。電阻抗測量模塊2包括多路開關(guān)組A、激勵信號源電 路、電阻抗測量電路。所述多路開關(guān)組A用來選擇其中一對電極作為激勵電極和測量電極； 所述激勵信號源電路用來產(chǎn)生正弦激勵電壓信號；所述電阻抗測量電路用來測量兩個電極 之間的電阻抗值。通過切換多路開關(guān)組A實現(xiàn)對不同電極進行激勵并通過電阻抗測量電路 測量被激勵的電極與其它電極之間的電阻抗值。通過切換多路開關(guān)組A后激勵信號在電極 121施加激勵，再通過切換多路開關(guān)組A電阻抗測量電路分別測量電極121和電極122、電 極121和電極123、電極121和124、電極121和電極125、電極121和電極126、電極121和 電極127、電極121和電極128之間的電阻抗值，以此類推，通過切換多路開關(guān)組A激勵信 號源分別在電極122至128施加激勵，電阻抗測量電路測量被激勵的電極與其它電極之間 電阻抗值。若為N個電極共可得到N(N-l)/2組電阻抗值。感應(yīng)電動勢測量模塊3包括多 路開關(guān)組B、勵磁電路、感應(yīng)電動勢測量電路。所述多路開關(guān)組B通過切換實現(xiàn)組成不同的 測量電極對；所述勵磁電路可產(chǎn)生勵磁電流；所述感應(yīng)電動勢測量電路用來測量不同電極 對之間的感應(yīng)電動勢值。勵磁電路產(chǎn)生勵磁電流加載到以串聯(lián)方式連接在一起的上勵磁線 圈131和下勵磁線圈132上，以產(chǎn)生磁場。當流體流過測量管時，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 兩個電極連線與磁場方向有垂直分量的電極對上將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，通過切換多路開關(guān)組 B利用感應(yīng)電動勢測量電路可以獲得多組感應(yīng)電動勢值。控制及信號處理模塊4通過控制 多路開關(guān)組1獲取多組電阻抗值，通過控制多路開關(guān)組2獲取多組感應(yīng)電動勢值，利用電阻 抗測量模塊測得的多組電阻抗值使用電學(xué)成像技術(shù)得到管內(nèi)空氣和液體的兩相分布信息， 在滿管時，利用感應(yīng)電動勢測量模塊得到的多組感應(yīng)電動勢值得到管內(nèi)的流型及平均流速 從而得到管內(nèi)流量；在非滿管時，根據(jù)空氣和液體的兩相分布信息對感應(yīng)電動勢值進行修 正后再得到管內(nèi)流型及平均流速，綜合流型及平均流速和相分布得到管內(nèi)的流量。
以上對本發(fā)明及其實施方式的描述，并不局限于此，附圖中所示僅是本發(fā)明的實 施方式之一。在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造地設(shè)計出與該技術(shù)方案類似的 結(jié)構(gòu)或?qū)嵤├?，均屬本發(fā)明保護范圍。
權(quán)利要求
一種可用于非滿管流量測量的電磁流量計，包括電磁流量傳感器、電阻抗測量模塊、感應(yīng)電動勢測量模塊、控制及信號處理模塊，其特征在于所述電磁流量傳感器包括測量管、電極及勵磁線圈；所述電阻抗測量模塊包括多路開關(guān)組(A)、激勵信號源電路、電阻抗測量電路；所述感應(yīng)電動勢測量模塊包括多路開關(guān)組(B)、勵磁電路、感應(yīng)電動勢測量電路；所述控制及信號處理模塊負責(zé)控制多路開關(guān)組，利用電阻抗測量模塊得到的多組電阻抗值和感應(yīng)電動勢測量模塊得到的多組感應(yīng)電動勢值可在滿管和非滿管兩種情況下得到管內(nèi)流量。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種可用于非滿管流量測量的電磁流量計，其特征在于所述 電磁流量傳感器(1)包括測量管(111)、多個電極(121至128)、勵磁線圈(131U32)，所述 測量管為圓管結(jié)構(gòu)，其制作材料采用絕緣材料；所述電極(121至128)采用點電極形式，等 間距嵌在測量管(1)同一截面的內(nèi)壁上，其中一對電極的連線與線圈中心連線垂直，且與 水平面平行；所述勵磁線圈由上勵磁線圈(131)和下勵磁線圈(132)組成，位于測量管的兩 側(cè)，線圈中心連線通過圓心，并通過串聯(lián)的方式連接在一起。
3. 按照權(quán)利要求1所述的一種可用于非滿管流量測量的電磁流量計，其特征在于所述 電阻抗測量模塊(2)包括多路開關(guān)組(A)、激勵信號源電路、電阻抗測量電路，所述多路開 關(guān)組(A)用來選擇其中一對電極作為激勵電極和測量電極；所述激勵信號源電路用來產(chǎn)生 正弦激勵電壓信號；所述電阻抗測量電路用來測量兩個電極之間的電阻抗值；通過切換多 路開關(guān)組(A)實現(xiàn)對不同電極進行激勵并通過電阻抗測量電路測量被激勵的電極與其它 電極之間的電阻抗值；若為N個電極共可得到N(N-1)/2組電阻抗值。
4. 按照權(quán)利要求1所述的一種可用于非滿管流量測量的電磁流量計，其特征在于所述 感應(yīng)電動勢測量模塊(3)包括多路開關(guān)組(B)、勵磁電路、感應(yīng)電動勢測量電路，所述多路 開關(guān)組(B)通過切換實現(xiàn)組成不同的測量電極對；所述勵磁電路可產(chǎn)生勵磁電流；所述感 應(yīng)電動勢測量電路用來測量不同電極對之間的感應(yīng)電動勢值；勵磁電路產(chǎn)生勵磁電流加載 到以串聯(lián)方式連接在一起的上勵磁線圈(131)和下勵磁線圈(132)上，以產(chǎn)生磁場；當流體 流過測量管時，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律兩個電極連線與磁場方向有垂直分量的電極對上 將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，通過切換多路開關(guān)組(B)利用感應(yīng)電動勢測量電路可以獲得多組感應(yīng) 電動勢值。
5. 按照權(quán)利要求1所述的一種可用于非滿管流量測量的電磁流量計，其特征在于所述 控制及信號處理模塊(4)通過控制多路開關(guān)組(1)獲取多組電阻抗值，通過控制多路開關(guān) 組(2)獲取多組感應(yīng)電動勢值，利用電阻抗測量模塊測得的多組電阻抗值使用電學(xué)成像技 術(shù)得到管內(nèi)空氣和液體的兩相分布信息；在滿管時，利用感應(yīng)電動勢測量模塊得到的多組 感應(yīng)電動勢值得到管內(nèi)的流型及平均流速從而得到管內(nèi)流量；在非滿管時，根據(jù)空氣和液 體的兩相分布信息對感應(yīng)電動勢值進行修正后再得到管內(nèi)流型及平均流速，綜合流型及平 均流速和相分布得到管內(nèi)的流量。
全文摘要
一種可用于非滿管流量測量的電磁流量計，包括電磁流量傳感器、電阻抗測量模塊、感應(yīng)電動勢測量模塊、控制及信號處理模塊。其特征在于所述電磁流量傳感器包括測量管、電極及勵磁線圈；所述電阻抗測量模塊包括多路開關(guān)組(A)、激勵信號源電路、電阻抗測量電路；所述感應(yīng)電動勢測量模塊包括多路開關(guān)組(B)、勵磁電路、感應(yīng)電動勢測量電路；所述控制及信號處理模塊負責(zé)控制多路開關(guān)組，利用電阻抗測量模塊得到的多組電阻抗值和感應(yīng)電動勢測量模塊得到的多組感應(yīng)電動勢值可在滿管和非滿管兩種情況下得到管內(nèi)流量。本發(fā)明在非滿管流動狀態(tài)下不需要對不同的流體介質(zhì)進行標定即可實現(xiàn)流量的精確測量。
文檔編號G01F1/58GK101699226SQ200910236290
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者徐立軍, 曹章, 范士偉 申請人:北京航空航天大學(xué)