CN101929883A - 用电磁流量计测量非满管导电流体流量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用电磁流量计测量非满管导电流体流量的方法。采用的流量计带有至少3对测量电极和1个接地电极，一个用于产生磁场的线圈结构和一个压力传感器，测量管内壁的多对电极，保证了不同液位H下每对电极均与流体接触，且根据液位的不同合理选择测量电极对，保证测量的准确性。其测量方法是，不同液位下选用不同对的电极进行流速的测量，用压力传感器的压力信号P得到液位信号H，克服了不同种类的导电流体由于电导率和介电常数的不同而可能造成的测量误差，通过液位信号计算出非满管流体的等效截面积S，流量传感器测得的感应电动势的信号E转换得到流速的信号V，综合等效截面积S和流速信号可以得出相应的非满管流体的流量Q。

Description

用电磁流量计测量非满管导电流体流量的方法 

技术领域

本发明涉及一种用电磁流量计测量非满管导电流体流量的方法。 

背景技术

普通电磁流量计是以传感器截面面积恒定，测量平均流速得到流量。非满管内的流体截面面积是变化的，流量测量不仅要测量流过传感器的平均流速，而且还要测量流过传感器的流体截面积。也就是说，非满管电磁流量计的流量测量需要的至少是流速V和液位H两个变量。 

非满管电磁流量计的测量方法主要有采用管中心偏向底部的弧形板大面积电极传感器的方法，液位计法，采用多电极传感器法，应用电容法进行液位测量的方法以及针对液位和流速信号的提取采用不同激励方式获得的方法，为基础的非满管电磁流量测量方法等。 

对于单一导电流体不变的情况下，也就是在流体电导率不变的情况下，像电容式和双激励式等可以实现非满管的测量，但是当流体的电导率和流体特性发生改变的时候，测量精度会受到较大影响。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用电磁流量计测量非满管导电流体流量的方法。 

用电磁流量计测量非满管导电流体流量的方法包括如下步骤： 

1)将非满管电磁流量计接入待测量流体管路，非满管电磁流量计的测量管外上下设有励磁线圈，励磁线圈与励磁电路相连接，管道内壁两侧分布着三对测量电极，每对测量电极以差动信号的方式输入到信号处理电路中，三对测量电极分别接入信号处理电路，测量管底部的接地电极与励磁电路和信号处理电路的地线相连接，压力传感器与信号处理电路连接； 

2)当导电流体流过非满管电磁流量计的测量管时，压力传感器测量获得4-20mA的标准电流信号，标准电流信号通过串联一个电阻，电阻两端的电压值U与液位信号H所对应的压力信号P成一一对应的正比关系，根据公式p＝ρgH，推导得出H＝k1*U，其中系数k1压力液位的比例系数； 

3)励磁电路产生励磁电流，输入到励磁线圈中，产生磁场B，当压力传感器采集到的电流信号转成对应的电压信号输入到信号处理电路中的单片机，由单片机计算得到当前的流体的液位H，根据液位的高度H，单片机控制多路模 拟开关，由多路模拟开关选择此刻对应的测量电极对，该对电极间的感应电动势信号E，推导得出平均流速V：V＝k2*E，其中的系数k2是由实际实验所标定出来的，由平均流速V，计算得出Q＝V*S；S为导电流体的横截面积， $S=\frac{D^2}{4}\arccos \frac{D-2H}{D}-(\frac{D}{2}-H)\sqrt{\frac{D^2}{4}-{(\frac{D}{2}-H)}^2},$ 其中D为测量管的管径。 

所述的测量电极为三对，第一对测量电极，第二对测量电极，第三对测量电极，其中第一对电极设置在测量管管径50％处的管壁上，第二对电极设置在测量管管径30％处的管壁上，第三对电极设置在测量管管径10％处的管壁上。 

本发明与现有技术相比，有以下几点显而易见的突出实质性特点和显著优点：一是直接用压力传感器获得相对应的液位信号H，克服了不同种类的导电流体由于电导率和介电常数的不同而可能造成的测量误差，二是测量管内壁的多对电极的安装位置和对数，保证了不同液位H下，每对电极均与流体相接触，且根据液位的不同合理选择相对应的测量电极，保证了测量的准确性。 

附图说明：

图1是本发明的非满管电磁流量计的结构示意图。 

图2是本发明的的测量管(1)和平均流速V，以及流体的液位H的关系图和各对电极和压力传感器的立体分布图。 

具体实施方式

本发明的一个优选实施例如下述：见图1和图2。 

用电磁流量计测量非满管导电流体流量的方法包括如下步骤： 

1)将非满管电磁流量计接入待测量流体管路，非满管电磁流量计的测量管1外上下设有励磁线圈2，励磁线圈2与励磁电路4相连接，管道内壁两侧分布着三对测量电极，每对测量电极以差动信号的方式输入到信号处理电路3中，三对测量电极分别接入信号处理电路，测量管1底部的接地电极12与励磁电路4和信号处理电路3的地线相连接，压力传感器11与信号处理电路3连接； 

2)当导电流体流过非满管电磁流量计的测量管1时，压力传感器11测量获得4-20mA的标准电流信号，标准电流信号通过串联一个电阻，电阻两端的电压值U与液位信号H所对应的压力信号P成一一对应的正比关系，根据公式p＝ρgH，推导得出H＝k1*U，其中系数k1压力液位的比例系数； 

3)励磁电路4产生励磁电流，输入到励磁线圈2中，产生磁场B，当压力传感器11采集到的电流信号转成对应的电压信号输入到信号处理电路3中的单片机，由单片机计算得到当前的流体的液位H，根据液位的高度H，单片机控 制多路模拟开关，由多路模拟开关选择此刻对应的测量电极对，该对电极间的感应电动势信号E，推导得出平均流速V：V＝k2*E，其中的系数k2是由实际实验所标定出来的，由平均流速V，计算得出Q＝V*S；S为导电流体的横截面积， $S=\frac{D^2}{4}\arccos \frac{D-2H}{D}-(\frac{D}{2}-H)\sqrt{\frac{D^2}{4}-{(\frac{D}{2}-H)}^2},$ 其中D为测量管1的管径。 

所述的测量电极为三对，第一对测量电极5和6，第二对测量电极7和8，第三对测量电极9和10，其中第一对电极设置在测量管1管径50％处的管壁上，第二对电极设置在测量管1管径30％处的管壁上，第三对电极设置在测量管1管径10％处的管壁上。 

导电流体流动时，测量管底部的压力传感器11测量出的压力信号P转化为液位信号H，同时励磁电路产生磁场B，通过已知的液位信号H，由单片机选择相应的测量所需的电极对，进行感应电动势信号E的测量，当导电流体的液位大于50％的管径时(包括满管情况)，选择分布在管道内部两侧位于管径高50％处的电极对5和6，进行感应电动势的测量，当导电流体的液位大于30％的管径且小于50％的管径时，选择分布在管道内部两侧位于管径高30％处的电极对7和8，进行感应电动势的测量，当导电流体的液位大于10％的管径且小于30％的管径时，选择分布在管道内部两侧位于管径高10％出的电极对9和10，进行感应电动势的测量，根据测量得到的感应电动势E的值计算得出平均流速V，由导电流体的液位H和平均流速V推导出非满管流体的流量Q。 

上述用电磁流量计测量非满管导电流体流量的新方法，要求测量感应电动势的3对电极以及测量管内壁除电极处外，其余地方的法向电流为零。电极材质的选择为316L，适用于工业废水，以及弱腐蚀性的酸、碱、盐溶液，且价格低廉。电极对测量介质的耐腐蚀性是选择材料首先考虑的因素，可以选择除316L以外的金属材料，如含钼耐酸钢，哈氏合金B、C，钛、钽、铂铱合金等。测量管的衬里选择绝缘衬里，是为了防止感应信号电压被金属管短路，这里选择用聚四氟乙烯，此外还可以选用橡胶、聚氯乙烯、聚氨酯橡胶和工业陶瓷等。 

上述用电磁流量计测量非满管导电流体流量的新方法，所采用的测量感应电动势的3对电极，其中第1对电极设在测量管管径50％处的管壁上，第2对电极设在测量管管径30％处的管壁上，第3对电极设在测量管管径10％处的管壁上，管道最底部的点电极的安装高度，取决于可测量的液位H的最下限和管道中电极大小的加工工艺是否可以做到尽量的贴近管道底部，同时要保证不影响励磁线圈，每对电极所输出的信号即是测量出来的感应电动势的信号E，与流体的流速成对应比例的关系。 

上述用电磁流量计测量非满管导电流体流量的新方法，为了获得更高的测量精度，测量感应电动势的3对电极，可以是3对以上电极所组成的电极组，譬如，每对电极的分布可以是液位H为管径的10％，20％，30％，40％，50％，或者可以分得更细，每对电极间的感应电动势的测量与3对电极的测量方式相同，通过转换器中的单片机控制模拟开关确定具体的某一对电极。 

上述用电磁流量计测量非满管导电流体流量的新方法，依据的是压力传感器测量得到的电信号推导出的液位信号H，以及由液位信号H所选择的与之相对应的某一对电极之间的感应电动势信号E，推导得出的平均流速信号V，计算得到相对应的流体流量Q，其中压力传感器所在的位置不在多对电极所在的圆形横截面上。 

具体的操作步骤： 

1)当导电流体流过非满管电磁流量计的测量管1时，压力传感器11测量获得4-20mA的标准电流信号，标准电流信号通过串联一个电阻，电阻两端的电压值U与液位信号H所对应的压力信号P成一一对应的正比关系，根据公式p＝ρgH，推导得出H＝k1*U，其中系数k1压力液位的比例系数。 

2)励磁电路4产生正弦波励磁电流，输入到励磁线圈2中，产生交变磁场B，当压力传感器11采集到的电流信号转成对应的电压信号输入到电磁流量转换器中的单片机，由单片机计算得到当前的流体的液位H时，根据计算出的液位H，单片机控制多路模拟开关，由多路模拟开关选择此刻对应的测量电极对，该对电极间的感应电动势信号E，流体的平均流速V由感应电动势的公式E＝BLV，推导得出 $V=\frac{E}{\mathrm{BL}}=k2*E,$ 系数 $K2=\frac{1}{\mathrm{BL}},$ 其中的系数k2是可以由实际试验所标定出来的。 

流体的流量则等于Q＝V*S，S是测量管1中的流体的横截面积；S为导电流体的横截面积。它和流体的液位H的关系如下： 

$S=\frac{D^2}{4}\arccos \frac{D-2H}{D}-(\frac{D}{2}-H)\sqrt{\frac{D^2}{4}-{(\frac{D}{2}-H)}^2}$ 。

Claims (2)

1.一种用电磁流量计测量非满管导电流体流量的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将非满管电磁流量计接入待测量流体管路，非满管电磁流量计的测量管(1)外上下设有励磁线圈(2)，励磁线圈(2)与励磁电路(4)相连接，管道内壁两侧分布着三对测量电极，每对测量电极以差动信号的方式输入到信号处理电路(3)中，三对测量电极分别接入信号处理电路，测量管(1)底部的接地电极(12)与励磁电路(4)和信号处理电路(3)的地线相连接，压力传感器(11)与信号处理电路(3)连接；

2)当导电流体流过非满管电磁流量计的测量管(1)时，压力传感器(11)测量获得4-20mA的标准电流信号，标准电流信号通过串联一个电阻，电阻两端的电压值U与液位信号H所对应的压力信号P成一一对应的正比关系，根据公式p＝ρgH，推导得出H＝k1*U，其中系数k1压力液位的比例系数；

3)励磁电路(4)产生励磁电流，输入到励磁线圈(2)中，产生磁场B，当压力传感器(11)采集到的电流信号转成对应的电压信号输入到信号处理电路(3)中的单片机，由单片机计算得到当前的流体的液位H，根据液位的高度H，单片机控制多路模拟开关，由多路模拟开关选择此刻对应的测量电极对，该对电极间的感应电动势信号E，推导得出平均流速V：V＝k2*E，其中的系数k2是由实际实验所标定出来的，由平均流速V，计算得出Q＝V*S；S为导电流体的横截面积， $S=\frac{D^2}{4}\arccos \frac{D-2H}{D}-(\frac{D}{2}-H)\sqrt{\frac{D^2}{4}-{(\frac{D}{2}-H)}^2},$ 其中D为测量管(1)的管径。

2.根据权利要求1中所述的用电磁流量计测量非满管导电流体流量的方法，其特征在于所述的测量电极为三对，第一对测量电极(5和6)，第二对测量电极(7和8)，第三对测量电极(9和10)，其中第一对电极设置在测量管(1)管径50％处的管壁上，第二对电极设置在测量管(1)管径30％处的管壁上，第三对电极设置在测量管(1)管径10％处的管壁上。

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