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導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量方法及裝置的制作方法

文檔序號(hào):6021716閱讀:310來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及流量測(cè)量方法及裝置,尤其是涉及一種導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)
流量測(cè)量方法和儀表的種類繁多,至今為止,可供工業(yè)用的流量?jī)x表種類達(dá)60多種。品種如此之多的原因在于至今還沒有找到一種對(duì)任何流體、任何量程、任何流動(dòng)狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量?jī)x表。每種產(chǎn)品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。在工業(yè)過(guò)程中,目前的流量測(cè)量方法有渦輪式、科氏質(zhì)量式、浮子式,渦街式、容積式、超聲波式、差壓式等等。然而,針對(duì)導(dǎo)電液體的流量測(cè)量,電磁式比其他方法簡(jiǎn)單,成本低。目前被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程中各種導(dǎo)電液體的體積流量測(cè)量,如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)。電磁流量計(jì)主要由電磁流量傳感器和電磁流量轉(zhuǎn)換器兩部分組成。電磁流量傳感器主要有勵(lì)磁線圈、測(cè)量管和感應(yīng)電極組成。由于勵(lì)磁線圈和導(dǎo)磁鐵芯的尺寸比較大,造成電磁流量計(jì)的尺寸大、成本高,高頻磁路的渦流損失和磁滯損失等問(wèn)題。勵(lì)磁線圈的感性負(fù)載效應(yīng)使高頻和雙頻勵(lì)磁時(shí)的勵(lì)磁電流在勵(lì)磁方向切換后的半個(gè)周期內(nèi)往往達(dá)不到穩(wěn)定,從而導(dǎo)致電磁流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性差。因此,電磁流量計(jì)的勵(lì)磁線圈給流量計(jì)引入了很多難以解決的干擾,同時(shí)對(duì)于低電導(dǎo)率液體介質(zhì),小流量流體,電磁流量計(jì)的儀表精度明顯降低。如圖1所示,德國(guó)科隆公司電磁流量計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)量誤差與流速的關(guān)系圖。 當(dāng)流速小于lm/s時(shí),測(cè)量誤差明顯增大。由于檢測(cè)到的信號(hào)相對(duì)于干擾信號(hào)很微弱,因此難以測(cè)量。引入高放大倍數(shù)的放大器,然而這樣就使得電磁流量計(jì)特別容易受外界電磁場(chǎng)的干擾,即使是很微弱的干擾在經(jīng)過(guò)高倍放大后,對(duì)結(jié)果的影響也是巨大的,這樣勢(shì)必會(huì)大大影響儀表的準(zhǔn)確度,對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性構(gòu)成很大的隱患。如某些工程運(yùn)行初期流速偏低,從測(cè)量精度出發(fā),儀表口徑應(yīng)改用小管徑,用變徑管連接到管徑上。因此,對(duì)于 lm/s以下的小流速流量,在原來(lái)管道上實(shí)現(xiàn)流量的精確測(cè)量目前仍是一個(gè)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量方法及裝置。采用橋式流量測(cè)量方法,它不需要?jiǎng)?lì)磁線圈,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,防止了外界電磁場(chǎng)的干擾,提高測(cè)量準(zhǔn)確度。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—、一種導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量方法采用放置在測(cè)量管軸向截面兩兩對(duì)稱的電極之間的集總參數(shù)阻抗組成惠斯登電橋,在惠斯登電橋一組對(duì)角電極上通以交流電激勵(lì),另一組對(duì)角電極上得到的輸出電壓信號(hào)與導(dǎo)電液體的流速成線性關(guān)系。每個(gè)集總參數(shù)阻抗都是電極極化阻抗、歐姆阻抗和流體的速度梯度阻抗的綜合,集總參數(shù)阻抗受流體流速、振蕩驅(qū)動(dòng)電壓的幅值和頻率、電極材料和導(dǎo)電流體的電導(dǎo)率的影響,當(dāng)振蕩器驅(qū)動(dòng)電壓的幅值和頻率、電極材料和導(dǎo)電流體的電導(dǎo)率確定時(shí),沿測(cè)量管道徑向兩個(gè)為一組的電極之間的集總參數(shù)阻抗保持不變,沿測(cè)量管道方向兩個(gè)為一組的電極之間的集總參數(shù)阻抗隨流體的流速而變化。二、一種導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量裝置本發(fā)明包括振蕩驅(qū)動(dòng)電路、橋式流量測(cè)量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點(diǎn)校準(zhǔn)電路、跟隨器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、輸出顯示電路和D/A轉(zhuǎn)換器;振蕩驅(qū)動(dòng)電路依次經(jīng)橋式流量測(cè)量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點(diǎn)校準(zhǔn)電路、跟隨器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)與輸出顯示電路連接,D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接。所述的橋式流量測(cè)量傳感器是由放置在測(cè)量管軸向截面兩兩對(duì)稱的電極之間的集總參數(shù)阻抗組成惠斯登電橋,一組對(duì)角電極中的一個(gè)接地,另一個(gè)接振蕩驅(qū)動(dòng)電路LM741 的第6腳進(jìn)行激勵(lì),另一組對(duì)角電極接放大器INAlOl的第10、5腳;測(cè)量管內(nèi)表面有絕緣層襯里,測(cè)量管的兩端面用法蘭通過(guò)絕緣墊片或聚四氯乙烯塑膠片分別與兩端被測(cè)管道連接。所述的振蕩驅(qū)動(dòng)電路以LM741為核心,LM741的第6腳輸出端與橋式流量測(cè)量傳感器的一組對(duì)角電極的一個(gè)電極相接,一組對(duì)角電極的另一個(gè)電極接地,橋式流量測(cè)量傳感器的另一組對(duì)角電極的一個(gè)電極接放大器INAlOl的第5腳,橋式流量測(cè)量傳感器的另一組對(duì)角電極的另一個(gè)電極接放大器INAlOl的第10腳。所述的放大器與整流濾波電路,整流濾波電路LM124的第一路運(yùn)算放大器0P07-1 的第3腳與放大器INAlOl的第8腳相接,0P07-1的第1腳與零點(diǎn)校準(zhǔn)電路LMlM第二路運(yùn)算放大器0P07-2的第6腳相接。所述的零點(diǎn)校準(zhǔn)與跟隨器電路,零點(diǎn)校準(zhǔn)電路LMlM第二路運(yùn)算放大器0P07-2的第7腳與跟隨器LMlM第三路運(yùn)算放大器0P07-3的第10腳相接,0P07-3的第8腳通過(guò)A/ D轉(zhuǎn)換器輸入單片機(jī),再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器把單片機(jī)輸出的信號(hào)變?yōu)?-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)用于輸出顯示。所述的單片機(jī)采用LPC2136,A/D模塊采用ADS1251,D/A模塊采用AD421,輸出顯示模塊采用12864點(diǎn)陣帶漢字液晶模塊,LM124是有四路運(yùn)算放大器0P07的集成芯片。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明采用橋式流量測(cè)量方法,它不需要?jiǎng)?lì)磁線圈;對(duì)導(dǎo)電液體的流量測(cè)量,橋式流量測(cè)量相對(duì)于電磁流量測(cè)量始測(cè)流速小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)成本低、功耗低。


圖1是德國(guó)科隆公司電磁流量計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)量誤差與流速的關(guān)系圖。圖2是本發(fā)明橋式流量測(cè)量傳感器結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明四電極集總參數(shù)阻抗網(wǎng)示意圖。圖4是本發(fā)明橋式流量測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)原理框圖。圖5是本發(fā)明的放大器與整流濾波電路原理圖。圖6是本發(fā)明的零點(diǎn)校準(zhǔn)與跟隨器電路原理圖。圖7是本發(fā)明的振蕩驅(qū)動(dòng)電路原理圖。
圖中1、法蘭,2、電極,3、測(cè)量管,4、絕緣襯里。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖4所示,本發(fā)明包括振蕩驅(qū)動(dòng)電路、橋式流量測(cè)量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點(diǎn)校準(zhǔn)電路、跟隨器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、輸出顯示電路和D/A轉(zhuǎn)換器;振蕩驅(qū)動(dòng)電路依次經(jīng)橋式流量測(cè)量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點(diǎn)校準(zhǔn)電路、跟隨器、A/D轉(zhuǎn)換器、 單片機(jī)與輸出顯示電路連接,D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接。如圖2、圖3所示,所述的橋式流量測(cè)量傳感器是由放置在測(cè)量管軸向截面兩兩對(duì)稱的電極之間的集總參數(shù)阻抗組成惠斯登電橋,一組對(duì)角電極A、D中的一個(gè)接地,另一個(gè)接振蕩驅(qū)動(dòng)電路LM741的第6腳進(jìn)行激勵(lì),另一組對(duì)角電極B、C接放大器INAlOl的第10、5 腳;測(cè)量管內(nèi)表面有絕緣層,測(cè)量管的兩端面用法蘭通過(guò)絕緣墊片或聚四氯乙烯塑膠片分別與兩端被測(cè)管道連接。本發(fā)明的橋式流量測(cè)量方法,它是基于惠斯登電橋原理。金屬電極在電解質(zhì)流體中存在電化學(xué)現(xiàn)象。根據(jù)電化學(xué)原理,電極與流體間存在界面電場(chǎng),電極與流體的界面是電極與流體相間存在的雙電層所引起的。對(duì)電極與流體界面電場(chǎng)的研究發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的分子、 原子和離子在界面具有富集或貧乏的吸附現(xiàn)象,而且發(fā)現(xiàn)大多數(shù)無(wú)機(jī)陰離子是表面活性物質(zhì),具有典型的離子吸附規(guī)律,而無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的表面活性很小。由于極化阻抗導(dǎo)致電勢(shì)差, 如果一個(gè)小信號(hào)交流電激勵(lì)在一組對(duì)角電極上,這個(gè)交流電壓與兩電極之間的兩個(gè)半電勢(shì)相疊加,同時(shí)流體中的離子從一個(gè)電極流向另一個(gè)電極,電流密度受限于兩電極之間的極化阻抗和歐姆阻抗。此外,如果流體是沿測(cè)量管道方向從一個(gè)電極流向另一電極,離子隨著流體移動(dòng),由于速度梯度產(chǎn)生的粘性力作用,電流密度最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。因此,電極間的集總參數(shù)阻抗取決于極化阻抗,歐姆阻抗,流體的速度梯度阻抗。對(duì)于固定的系統(tǒng)極化阻抗和歐姆阻抗被認(rèn)為恒定,穿過(guò)管道流體橫截面的速度梯度取決于流體的速率。如圖3所示,假設(shè)軸向截面兩兩對(duì)稱的四電極之間存在四個(gè)集總參數(shù)阻抗,當(dāng)導(dǎo)電液體以層流小流量狀態(tài)流過(guò)水平放置的測(cè)量管道時(shí),假設(shè)它沒有沿著直徑方向的流速單元,因此,電極A、C之間的集總參數(shù)阻抗Z1和電極B、D之間的集總參數(shù)阻抗為常量。電極A、B之間的集總參數(shù)阻抗和電極C、D之間的集總參數(shù)阻抗τ,隨流體速度梯度而變化。因此,根據(jù)惠斯登電橋原理,一對(duì)角方向的兩電極通以恒定交流電,而另一對(duì)角電極的輸出隨導(dǎo)電液體的流速而變化。在電極A、D之間提供固定頻率的交流電壓Vs,由于測(cè)量電路具有高輸入阻抗,橋路電壓輸出信號(hào)\為
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量方法,其特征在于采用放置在測(cè)量管軸向截面兩兩對(duì)稱的電極之間的集總參數(shù)阻抗組成惠斯登電橋,在惠斯登電橋一組對(duì)角電極上通以交流電激勵(lì),另一組對(duì)角電極上得到的輸出電壓信號(hào)與導(dǎo)電液體的流速成線性關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)量方法的一種導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量裝置,其特征在于包括振蕩驅(qū)動(dòng)電路、橋式流量測(cè)量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點(diǎn)校準(zhǔn)電路、 跟隨器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、輸出顯示電路和D/A轉(zhuǎn)換器;振蕩驅(qū)動(dòng)電路依次經(jīng)橋式流量測(cè)量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點(diǎn)校準(zhǔn)電路、跟隨器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)與輸出顯示電路連接,D/A轉(zhuǎn)換器電路與單片機(jī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量裝置,其特征在于 所述的橋式流量測(cè)量傳感器是由放置在測(cè)量管軸向截面兩兩對(duì)稱的電極之間的集總參數(shù)阻抗組成惠斯登電橋,一組對(duì)角電極(A、D)中的一個(gè)接地,另一個(gè)接振蕩驅(qū)動(dòng)電路LM741的第6腳進(jìn)行激勵(lì),另一組對(duì)角電極(B、C)接放大器INAlOl的10、5腳;測(cè)量管內(nèi)表面有絕緣襯里,測(cè)量管的兩端面用法蘭通過(guò)絕緣墊片或聚四氯乙烯塑膠片分別與兩端被測(cè)管道連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量裝置,其特征在于 所述的振蕩驅(qū)動(dòng)電路以LM741為核心,LM741的第6腳輸出端與橋式流量測(cè)量傳感器的一組對(duì)角電極的一個(gè)電極(A)相接,一組對(duì)角電極的另一個(gè)電極(D)接地,橋式流量測(cè)量傳感器的另一組對(duì)角電極的一個(gè)電極(C)接放大器INAlOl的第5腳,橋式流量測(cè)量傳感器的另一組對(duì)角電極的另一個(gè)電極(B)接放大器INAlOl的第10腳。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量裝置,其特征在于 所述的放大器與整流濾波電路,整流濾波電路LMlM的第一路運(yùn)算放大器0P07-1的第3腳與放大器INAlOl的第8腳相接,運(yùn)算放大器0P07-1的第1腳與零點(diǎn)校準(zhǔn)電路LMlM第二路運(yùn)算放大器0P07-2的第6腳相接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量裝置,其特征在于 所述的零點(diǎn)校準(zhǔn)與跟隨器電路,零點(diǎn)校準(zhǔn)電路LMlM第二路運(yùn)算放大器0P07-2的第7腳與跟隨器LMlM第三路運(yùn)算放大器0P07-3的第10腳相接,0P07-3的第8腳通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器輸入單片機(jī),再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器把單片機(jī)輸出的信號(hào)變?yōu)?-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)用于輸出顯7J\ ο
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量裝置,其特征在于 所述的單片機(jī)采用LPC2136,A/D轉(zhuǎn)換器采用ADS1251,D/A轉(zhuǎn)換器采用AD421,輸出顯示采用1觀64點(diǎn)陣帶漢字液晶模塊,LM124是有四路運(yùn)算放大器0P07的集成芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電液體流量測(cè)量的橋式流量測(cè)量方法及裝置。采用放置在測(cè)量管軸向截面兩兩對(duì)稱的電極之間的集總參數(shù)阻抗組成惠斯登電橋,在惠斯登電橋一組對(duì)角電極上通以交流電激勵(lì),另一組對(duì)角電極上得到的輸出電壓信號(hào)與導(dǎo)電液體的流速成線性關(guān)系。該裝置的振蕩驅(qū)動(dòng)電路依次經(jīng)橋式流量測(cè)量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點(diǎn)校準(zhǔn)電路、跟隨器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)與輸出顯示電路連接,D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接。本發(fā)明采用橋式流量測(cè)量方法,它不需要?jiǎng)?lì)磁線圈;對(duì)導(dǎo)電液體的流量測(cè)量,橋式流量測(cè)量相對(duì)于電磁流量測(cè)量始測(cè)流速小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)成本低、功耗低。
文檔編號(hào)G01F1/56GK102435238SQ201110341058
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者劉鐵軍, 陳寅佳 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院
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