專利名稱：成像式電磁流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用電磁流量計(jì)，尤其涉及一種成像式電磁流量計(jì)。
已有的電磁流量計(jì)已被廣泛應(yīng)用于給排水工程、廢水處理以及醫(yī)藥、食品、紡織等許多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中。它的主要特點(diǎn)是傳感器無(wú)活動(dòng)部件，對(duì)流體流動(dòng)基本無(wú)干擾，幾乎不會(huì)對(duì)流體產(chǎn)生附加的壓力損失；測(cè)量結(jié)果與被測(cè)流體的工作壓力、溫度、粘度等參數(shù)無(wú)關(guān)?，F(xiàn)有的電磁流量計(jì)一般主要由傳感器、勵(lì)磁電源和信號(hào)放大和處理電路等三部分組成。幾乎所有的傳感器都采用一對(duì)電極，電極被安裝在管壁，電極的連線垂直于磁場(chǎng)。由于傳感器結(jié)構(gòu)上的原因，為保證流量計(jì)的測(cè)量精度，要求流體的流速分布為軸對(duì)稱性，為此，安裝時(shí)在流量計(jì)前要有足夠的直管段長(zhǎng)度，這使流量計(jì)的應(yīng)用帶來(lái)了一定的局限性，特別是大口徑流量計(jì)的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，降低流量計(jì)安裝要求的成像式電磁流量計(jì)。
為了達(dá)到上述目的本發(fā)明采取下列措施流體流經(jīng)多電極傳感器時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)由高阻輸入阻抗放大變換電路后，由PC104計(jì)算機(jī)控制多點(diǎn)選擇電子切換開關(guān)，將信號(hào)輸入儀表放大器進(jìn)行信號(hào)放大，而后通過(guò)同步采樣電路，根據(jù)同步控制電路的時(shí)序?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行同步采樣并保持，并將該信號(hào)送至下一級(jí)濾波電路進(jìn)行高、低通濾波，再將信號(hào)送至信號(hào)放大電路作進(jìn)一步放大，送到A/D轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，經(jīng)由PC104讀入后，進(jìn)入PC104計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將各對(duì)電極信號(hào)分析，將分析求解出管道橫截面上的流速分布以及瞬時(shí)流量，累積流量，并在LCD屏上顯示流速分布圖，以及瞬時(shí)流量，累積流量參數(shù)。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，同時(shí)還具有如下優(yōu)點(diǎn)1)根據(jù)測(cè)得的各電極間的電勢(shì)，可以獲得在測(cè)量段管截面上的流速分布；2)由流速分布可獲得流體的平均流速或直接利用各電極相對(duì)于參考電極的電勢(shì)值求積分得到平均流速，該平均流速與流體在管道中的流速分布是否為軸對(duì)稱無(wú)關(guān)；3)由于流量計(jì)輸出的平均流速不受流速分布的影響，因此從原理上講流量計(jì)在安裝時(shí)不需要特別的直管段，從而大大降低了流量計(jì)的安裝要求；4)當(dāng)流量計(jì)水平安裝時(shí)，根據(jù)位于水平上方各電極的電勢(shì)值是否異常，可以判別流體是否為非滿管，并可估計(jì)流體的非滿管程度。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明的電原理框圖；圖2是同步采樣電路的電原理圖；圖3是多電極流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是電極結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示，當(dāng)導(dǎo)電流體流經(jīng)傳感器1時(shí)，由于切割勵(lì)磁線圈所產(chǎn)生的磁力線后，在各電極間產(chǎn)生大小不等的感應(yīng)電勢(shì)，該感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)由高阻輸入阻抗放大變換電路2后，由PC104計(jì)算機(jī)9控制多點(diǎn)選擇電子切換開關(guān)3，選擇不同的輸入電極通道，將信號(hào)輸入儀表放大器4進(jìn)行一千倍左右的信號(hào)放大，而后通過(guò)同步采樣電路5，根據(jù)同步控制電路11的時(shí)序?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行同步采樣并保持，并將該信號(hào)送至下一級(jí)濾波電路6進(jìn)行高、低通濾波，再將信號(hào)送至信號(hào)放大電路7作進(jìn)一步放大，送到A/D轉(zhuǎn)換電路8，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，經(jīng)由PC1049讀入后，進(jìn)入數(shù)據(jù)分析與處理。
PC104計(jì)算機(jī)系統(tǒng)9將各對(duì)電極信號(hào)讀入，并根據(jù)精確的算法，將分析求解出管道橫截面上的流速分布以及瞬時(shí)流量，累積流量等，并在LCD屏上顯示流速分布圖，以及瞬時(shí)流量，累積流量等參數(shù)。
如圖2所示，利用與勵(lì)磁信號(hào)同步的時(shí)序信號(hào)控制電子開關(guān)S的啟閉，分別對(duì)交流輸入信號(hào)(與勵(lì)磁同步)的正半周和負(fù)半周進(jìn)行采樣與保持，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理。
圖中C為采樣保持電容，當(dāng)電子開關(guān)S接通后，U2的輸出反饋放大器U1的反相端實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的高阻抗輸入，同時(shí)該電路也使保持電容上的電荷轉(zhuǎn)換為低阻抗輸出，使之保證了采樣信號(hào)的不失真率。
采樣保持電容須選用漏電小低吸附效應(yīng)的聚丙稀電容器。
該電路能由同步信號(hào)控制S，方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)各對(duì)電極的數(shù)據(jù)采集，信號(hào)保持，以便進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
電路連接關(guān)系如下輸入信號(hào)Ui加入運(yùn)放U1的同相端；U1的反相端分別與U2的反相端和U2的輸出相連，U1的輸出與電子開關(guān)的輸入相連；電子開關(guān)的輸出分別與保持電容C和輸入電阻R相連；保持電容C另一端接地；輸入電阻R另一端與運(yùn)放U2的同相端相連；U2的輸出與反相端相連，構(gòu)成阻抗轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)低阻輸出；電子開關(guān)控制端S由外電路PC104計(jì)算機(jī)的同步控制信號(hào)控制。
如圖3所示，多電極流量傳感器具有傳感器殼體13，在傳感器殼體周邊上設(shè)有4～24個(gè)電極固定孔，在傳感器殼體內(nèi)壁和電極固定孔內(nèi)壁上設(shè)有聚四氟乙烯內(nèi)襯絕緣14，在設(shè)有聚四氟乙烯內(nèi)襯的電極固定孔內(nèi)設(shè)有電極12，在傳感器殼體外設(shè)有線圈15。所說(shuō)的電極一端為倒錐體，倒錐體的錐度為30°，電極與流體的接觸表面是半徑為R的曲面，另一端設(shè)有電極固定外螺紋和傳感器引線固定內(nèi)螺紋。
電磁流量計(jì)流速分布的計(jì)算方法如下根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理任意兩個(gè)電極間的感應(yīng)電勢(shì)ΔE為ΔE=∫∫WυdA式中υ是速度場(chǎng)；W稱為矢量權(quán)函數(shù)，它與電磁流量計(jì)的勵(lì)磁方法和電極結(jié)構(gòu)有關(guān)。將管道橫截面分割成若干個(gè)微元，如m個(gè)，則對(duì)于任意一對(duì)電極i，當(dāng)流動(dòng)為二維流時(shí)有ΔEi=∑WijVjΔAj(i=1,2…,j=1,2,…m)式中Wij和Vj分別是在微ΔAj上對(duì)于第i對(duì)電極的權(quán)函數(shù)值和流速。以上方程是一組典型的線性方程組。對(duì)于一個(gè)特定的傳感器和規(guī)定的微元分割方法Wij和ΔAj為已知常數(shù)，ΔAj為電勢(shì)測(cè)量值，則利用最小二乘解法可求得在微元j處的流速值Vj，從而得到管道橫截面上的流速分布。
對(duì)已知流速分布求平均值，即可得到管道內(nèi)流體的平均流速VV=1mΣj=1mvjΔAj/Σj=1mΔAj]]>如果只需平均流速，則利用以下積分式可直接求得V=1π∫o2π1Bu(θ)cosθdθ]]>式中的θ定義見附圖1，U(θ)為在θ角管壁處的感應(yīng)電勢(shì)的電位。當(dāng)電極為離散時(shí)，上式即為一個(gè)求和式。
實(shí)施方法如下以下主要敘述本發(fā)明與已有的一對(duì)電極電磁流量計(jì)不同的實(shí)施方法。
1、調(diào)電路各通道的輸出零點(diǎn)，在勵(lì)磁電源作用的情況下，使傳感器充滿水，即為零點(diǎn)，并保存在PC104的零點(diǎn)文件中。
2、測(cè)信號(hào)放大和處理電路各通道的相對(duì)放大倍數(shù)。
在信號(hào)放大和處理電路前對(duì)各通道加入同樣大小的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，測(cè)出各通道的輸出，求出各通道間的相對(duì)放大倍數(shù)，保存在PC104的放大倍數(shù)文件中。
3、測(cè)不均勻系數(shù)。將傳感器安裝在標(biāo)定裝置上，調(diào)節(jié)流量到流量計(jì)滿量程的80～90％。測(cè)出各電極對(duì)感應(yīng)電勢(shì)的相對(duì)值，與理想狀況下，對(duì)電極對(duì)應(yīng)有的相對(duì)電勢(shì)值比較，得到各電極對(duì)電勢(shì)的不均勻系數(shù)，保存在PC104的不均勻系數(shù)文件中。
4、實(shí)測(cè)時(shí)，每對(duì)電極測(cè)量感應(yīng)電勢(shì)的實(shí)際值應(yīng)為該對(duì)電極所對(duì)應(yīng)通道的輸出值與該通道零點(diǎn)的差乘以該通道的相對(duì)放大倍數(shù)，最后再乘以該對(duì)電極對(duì)應(yīng)的不均勻系數(shù)。
權(quán)利要求
1．一種成像式電磁流量計(jì)，其特征在于電流體流經(jīng)多電極傳感器[1]時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)由高阻輸入阻抗放大變換電路[2]后，由PC104計(jì)算機(jī)[9]控制多點(diǎn)選擇電子切換開關(guān)[3]，將信號(hào)輸入儀表放大器[4]進(jìn)行信號(hào)放大，而后通過(guò)同步采樣電路[5]，根據(jù)同步控制電路[11]的時(shí)序?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行同步采樣并保持，并將該信號(hào)送至下一級(jí)濾波電路[6]進(jìn)行高、低通濾波，再將信號(hào)送至信號(hào)放大電路[7]作進(jìn)一步放大，送到A/D轉(zhuǎn)換電路[8]，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，經(jīng)由PC104[9]讀入后，進(jìn)入PC104計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[9]將各對(duì)電極信號(hào)讀入，將分析求解出管道橫截面上的流速分布以及瞬時(shí)流量，累積流量，并在LCD屏[10]上顯示流速分布圖，以及瞬時(shí)流量，累積流量參數(shù)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種成像式電磁流量計(jì)，其特征在于所說(shuō)的同步采樣電路[5]為輸入信號(hào)[Ui]加入運(yùn)放[U1]的同相端；[U1]的反相端分別與[U2]的反相端和[U2]的輸出相連，[U1]的輸出與電子開關(guān)的輸入相連；電子開關(guān)的輸出分別與保持電容[C]和輸入電阻[R]相連；保持電容[C]另一端接地；輸入電阻[R]另一端與運(yùn)放[U2]的同相端相連；[U2]的輸出與反相端相連，構(gòu)成阻抗轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)低阻輸出；電子開關(guān)控制端[S]由外電路PC104計(jì)算機(jī)的同步控制信號(hào)控制。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種成像式電磁流量計(jì)，其特征在于所說(shuō)的多電極流量傳感器具有傳感器殼體[13]，在傳感器殼體周邊上設(shè)有4～24個(gè)電極固定孔，在傳感器殼體內(nèi)壁和電極固定孔內(nèi)壁上設(shè)有聚四氟乙烯絕緣內(nèi)襯[14]，在設(shè)有聚四氟乙烯內(nèi)襯的電極固定孔內(nèi)設(shè)有電極[12]，在傳感器殼體外設(shè)有線圈[15]，所說(shuō)的電極一端為倒錐體，另一端設(shè)有電極固定外螺紋和傳感器引線固定內(nèi)螺紋。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種成像式電磁流量計(jì)。電流體流經(jīng)多電極傳感器時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)輸入阻抗放大變換電路后,由計(jì)算機(jī)控制多點(diǎn)選擇電子切換開關(guān),將信號(hào)輸入儀表放大器進(jìn)行信號(hào)放大,而后通過(guò)同步采樣電路,將該信號(hào)送至下一級(jí)濾波電路進(jìn)行高、低通濾波,再將信號(hào)送至信號(hào)放大電路放大,送到A/D轉(zhuǎn)換電路,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù),進(jìn)入數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng),并在LCD屏上顯示。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便,降低了流量計(jì)的安裝要求。
文檔編號(hào)G01F1/58GK1318739SQ0010528
公開日2001年10月24日 申請(qǐng)日期2000年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月19日
發(fā)明者張宏建, 胡赤鷹 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)