CN110470353A - 一种基于相关算法的电磁流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相关算法的电磁流量测量装置，在现有电磁流量测量装置的基础上，增加了一对金属感应电极，安装在第一对金属感应电极下游距离为L的地方，感生电荷在测量管中会随着流动液体(流体)移动，其移动的速度和流体流动的速度相关。电荷在L处出现的时刻，将使第二金属感应电极上的信号发生变化。由于该感生信号是同一次感应出的电荷产生的，虽然在传播过程中会发生电荷融合等情况，但是两信号仍然具有较高的相关性，可进行相关处理，计算出流经该距离所消耗的时间t，最后获得液体流速、流量。本发明利用信号的相关性原理进行流速信息的提取，对信号的绝对值不敏感，避免了由于电磁流量计工作环境复杂对信号绝对值测量带来的影响。

Description

一种基于相关算法的电磁流量测量装置

技术领域

本发明属于流量测量技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于相关算法的电磁流量测量装置。

背景技术

流量测量技术在日常生产和生活中得到了广泛的应用，例如自来水厂的水处理、石油生产企业的原油传输等。

电磁流量计(Electromagnetic Flowmeters，简称EMF)是20世纪50～60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量装置。电磁流量计是应用电磁感应原理，根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。

现有电磁流量计采用一对感应电极来检测流体流过磁场时产生的感生电动势，并根据该感生电动势大小与流体流速的对应关系获取流速信息。

然而，现有电磁流量计测得的流体流速对产生的感生电动势的绝对值比较敏感，电磁流量计工作环境复杂，对感生电动势的绝对值测量会带来的影响，这样，会影响流体流速测量的精度，进而影响流体流量的测量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于相关算法的电磁流量测量装置，以减小工作环境带来的感生电动势绝对值的影响，提高流体流量的测量精度。

为实现上述发明目的，本发明基于相关算法的电磁流量测量装置，包括：

一测量管，由绝缘材料制作而成，两端采用法兰和管道相连；

一励磁线圈，安装在垂直于测量管轴线的位置处，用于产生垂直于液体流动方向的磁场B；

一激励电路，用于根据启动信号启动激励电路输出线圈激励信号到激励线圈；

第一对金属感应电极，安装在测量管上，两个金属感应电极的连线垂直于磁场B及测量管道轴线上，用于拾取感生信号(第一电极感生信号)；

第一信号检测及放大电路，用于检测第一对金属感应电极拾取的感生信号并放大到一定的幅度送入第一数据采集电路；

第一数据采集电路，用于在在激励电路给出的同步信号控制下，对第一信号检测及放大电路拾取放大后的感生信号进行采集，得到第一电极采集信号，并送入数据处理及控制单元；

其特征在于，还包括：

第二对金属感应电极，安装在测量管上位于第一对金属感应电极下游距离为L的地方，两个金属感应电极的连线与第一对金属感应电极的两个金属感应电极的连线平行，用于拾取感生信号(第二电极感生信号)

第二信号检测及放大电路，用于检测第二对金属感应电极拾取的感生信号并放大到一定的幅度送入第二数据采集电路；

第二数据采集电路，用于在激励电路给出的同步信号控制下，对第二信号检测及放大电路拾取放大后的感生信号进行采集，得到第二电极采集信号，并送入数据处理及控制单元；

数据处理及控制单元，用于产生启动信号启动激励电路输出线圈激励信号到激励线圈，使励磁线圈产生垂直于液体流动方向的磁场B，同时，启动信号使激励电路输出同步信号给第一数据采集电路、第二数据采集电路；数字处理及控制单元对第一电极采集信号进行延时，并与第二电极采集信号进行相关计算，当相关值最大时，延时时间即为流体流经两对金属感应电极的时间差t，计算出流速v＝L/t，然后根据流速v，换算出流量。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于相关算法的电磁流量测量装置，在现有电磁流量测量装置的基础上，增加了一对金属感应电极，安装在第一对金属感应电极下游距离为L的地方，同时该对金属感应电极的两个金属感应电极的连线与第一对金属感应电极的两个金属感应电极的连线平行，这样流动液体(流体)可以当作导体，其在磁场B中做切割磁力线的运动时，在其两端产生感生电动势，对应的在管壁位置会产生感生电荷即感生信号。感生电荷在测量管中会随着流动液体(流体)移动，其移动的速度和流体流动的速度相关。电荷在L处出现的时刻，将使第二金属感应电极上的信号发生变化。由于该感生信号是同一次感应出的电荷产生的，虽然在传播过程中会发生电荷融合等情况，但是两信号仍然具有较高的相关性。通过对两个不同的位置检测到的信号进行相关处理，计算出流经该距离所消耗的时间t，最后获得液体流速，结合测量管直径得到流量值。本发明利用信号的相关性原理进行流速信息的提取。相比较传统的方法，对信号的绝对值不敏感，避免了由于电磁流量计工作环境复杂对信号绝对值测量带来的影响。

附图说明

图1是本发明基于相关算法的电磁流量测量装置一种具体实施方式传感器部分的结构示意图；

图2是本发明基于相关算法的电磁流量测量装置一种具体实施方式的原理示意图；

图3是延迟时间相关计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

在本实施例中，如图1、2所示，本发明基于相关算法的电磁流量测量装置包括测量管1、励磁线圈2、激励电路3、第一对金属感应电极4、第一信号检测及放大电路5、第一数据采集电路6、第二对金属感应电极7、第二信号检测及放大电路8、第二数据采集电路9、数据处理及控制单元10。

如图1所示，测量管1由绝缘材料制作而成，两端采用法兰和管道(未画出)相连。励磁线圈2安装在垂直于测量管1轴线的位置处，用于产生垂直于液体流动方向的磁场B。

第一对金属感应电极4包括电极C1-、C1+，安装在测量管1上，两个金属感应电极的连线垂直于磁场B及测量管1轴线上，用于拾取感生信号(第一电极感生信号)Signal1。

第二对金属感应电极7包括电极C2-、C2+，安装在测量管1上位于第一对金属感应电极4下游距离为L的地方，两个金属感应电极的连线与第一对金属感应电极4的两个金属感应电极的连线平行，用于拾取感生信号(第二电极感生信号)Signal2。

在本实施例中，如图2所示，激励电路3根据启动信号启动激励电路3输出线圈激励信号到激励线圈2。

第一信号检测及放大电路5检测第一对金属感应电极4拾取的感生信号Signal1并放大到一定的幅度送入第一数据采集电路6中。

第二信号检测及放大电路8检测第二对金属感应电极7拾取的感生信号Signal2并放大到一定的幅度送入第二数据采集电路9中。

第一数据采集电路6在激励电路3给出的同步信号控制下，对第一信号检测及放大电路5拾取放大后的感生信号进行采集，得到第一电极采集信号，并送入数据处理及控制单元10。

第二数据采集电路9在激励电路3给出的同步信号控制下，对第二信号检测及放大电路8拾取放大后的感生信号进行采集，得到第二电极采集信号，并送入数据处理及控制单元10。

数据处理及控制单元10产生启动信号启动激励电路3输出线圈激励信号到激励线圈2，使励磁线圈2产生垂直于液体流动方向的磁场B。同时，启动信号使激励电路3输出同步信号给第一数据采集电路6、第二数据采集电路9。数字处理及控制单元10对第一电极采集信号进行延时，并与第二电极采集信号进行相关计算，当相关值最大时，延时时间即为流体流经两对金属感应电极4、7的时间差t，计算出流速v＝L/t，然后根据流速v，换算出流量。

本发明实现基于以下原理：

1、流动的液体可以当作导体，其在磁场中做切割磁力线的运动时，在其两端产生感生电动势，对应的在管壁位置会产生感生电荷即感生信号Signal1。

2、感生电荷在管道中会随着流动的液体移动，其移动的速率和流体流动的速度相关；

3、电荷出现的时刻，将使检测第二对金属感应电极7上的感生信号Signal2发生变化。如图3所示，由于该感生信号Signal2是同一次感应出的电荷产生的，虽然在传播过程中会发生电荷融合等情况，但是两信号仍然具有较高的相关性。通过对两个不同的位置检测到的感生信号进行相关处理，计算出流经该距离所消耗的时间t，获得液体流速，结合测量管直径得到流量。

本发明工作的过程可描述如下：

开始一次测量前，数据处理及控制单元10发出启动信号给激励电路3。激励电路t₀时刻产生持续时间及强度固定的线圈激励信号送给励磁线圈2，以产生恒定强度的磁场B，施加在测量管1上。与此同时，激励电路3向第一数据采集电路6、第二数据采集电路9发出同步信号，启动它们开始采集。

第一对金属感应电极4及第二对金属感应电极7上的感生信号分别经过第一信号检测及放大电路5、第二信号检测及放大电路8放大后，再分别送入第一数据采集电路6、第二数据采集电路9，在同步信号的控制下开始采集第一对金属感应电极4及第二对金属感应电极7上处的感生信号，并保存在本地的存储器中。

当线圈激励信号结束后，第一数据采集电路6停止工作，第二数据采集电路9继续工作，并持续将采集数据送至数据处理及控制单元10。继续工作的时间由测量流速的范围获得。

数字处理及控制单元10对第一电极采集信号进行延时，并与第二电极采集信号进行相关计算，当相关值最大时，延时时间即为流体流经两对金属感应电极4、7的时间差t，计算出流速v＝L/t，然后根据流速v，换算出流量。

本发明利用信号的相关性原理进行流速信息的提取。相比较传统的方法，对信号的绝对值不敏感，避免了由于电磁流量计工作环境复杂对信号绝对值测量带来的影响。

当然，本发明也可以完成感应电压绝对值的获取，根据感应电压绝对值获得流量，从而可以实现之前电容式流量计利用感应电压绝对值进行流量测量的功能，而完全不用修改电路结构。因此本发明具有更强的适应性及灵活性，通过利用算法将这两种方法获得的值进行组合，互相作为对方有益的补充，有望获得更好的测量结果。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种基于相关算法的电磁流量测量装置，包括：

一测量管，由绝缘材料制作而成，两端采用法兰和管道相连；

一励磁线圈，安装在垂直于测量管轴线的位置处，用于产生垂直于液体流动方向的磁场B；

一激励电路，用于根据启动信号启动激励电路输出线圈激励信号到激励线圈；

第一对金属感应电极，安装在测量管上，两个金属感应电极的连线垂直于磁场B及测量管道轴线上，用于拾取感生信号(第一电极感生信号)；

第一信号检测及放大电路，用于检测第一对金属感应电极拾取的感生信号并放大到一定的幅度送入第一数据采集电路；

第一数据采集电路，用于在激励电路给出的同步信号控制下，对第一信号检测及放大电路拾取放大后的感生信号进行采集，得到第一电极采集信号，并送入数据处理及控制单元；

其特征在于，还包括：

第二对金属感应电极，安装在测量管上位于第一对金属感应电极下游距离为L的地方，两个金属感应电极的连线与第一对金属感应电极的两个金属感应电极的连线平行，用于拾取感生信号(第二电极感生信号)

第二信号检测及放大电路，用于检测第二对金属感应电极拾取的感生信号并放大到一定的幅度送入第二数据采集电路；

第二数据采集电路，用于在在激励电路给出的同步信号控制下，对第二信号检测及放大电路拾取放大后的感生信号进行采集，得到第二电极采集信号，并送入数据处理及控制单元；

数据处理及控制单元，用于产生启动信号启动激励电路输出线圈激励信号到激励线圈，使励磁线圈产生垂直于液体流动方向的磁场B，同时，启动信号使激励电路输出同步信号给第一数据采集电路、第二数据采集电路；数字处理及控制单元对第一电极采集信号进行延时，并与第二电极采集信号进行相关计算，当相关值最大时，延时时间即为流体流经两对金属感应电极的时间差t，计算出流速v＝L/t，然后根据流速v，换算出流量。