专利名称：成像式电磁流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用电磁流量计，尤其涉及一种成像式电磁流量计。
已有的电磁流量计已被广泛应用于给排水工程、废水处理以及医药、食品、纺织等许多工业生产过程中。它的主要特点是传感器无活动部件，对流体流动基本无干扰，几乎不会对流体产生附加的压力损失；测量结果与被测流体的工作压力、温度、粘度等参数无关。现有的电磁流量计一般主要由传感器、励磁电源和信号放大和处理电路等三部分组成。几乎所有的传感器都采用一对电极，电极被安装在管壁，电极的连线垂直于磁场。由于传感器结构上的原因，为保证流量计的测量精度，要求流体的流速分布为轴对称性，为此，安装时在流量计前要有足够的直管段长度，这使流量计的应用带来了一定的局限性，特别是大口径流量计的应用。
本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便，降低流量计安装要求的成像式电磁流量计。
为了达到上述目的本发明采取下列措施流体流经多电极传感器时，产生的感应电势经由高阻输入阻抗放大变换电路后，由PC104计算机控制多点选择电子切换开关，将信号输入仪表放大器进行信号放大，而后通过同步采样电路，根据同步控制电路的时序对输入信号进行同步采样并保持，并将该信号送至下一级滤波电路进行高、低通滤波，再将信号送至信号放大电路作进一步放大，送到A/D转换电路，经A/D转换后的数据，经由PC104读入后，进入PC104计算机数据处理系统将各对电极信号分析，将分析求解出管道横截面上的流速分布以及瞬时流量，累积流量，并在LCD屏上显示流速分布图，以及瞬时流量，累积流量参数。
本发明结构简单、使用方便，同时还具有如下优点1)根据测得的各电极间的电势，可以获得在测量段管截面上的流速分布；2)由流速分布可获得流体的平均流速或直接利用各电极相对于参考电极的电势值求积分得到平均流速，该平均流速与流体在管道中的流速分布是否为轴对称无关；3)由于流量计输出的平均流速不受流速分布的影响，因此从原理上讲流量计在安装时不需要特别的直管段，从而大大降低了流量计的安装要求；4)当流量计水平安装时，根据位于水平上方各电极的电势值是否异常，可以判别流体是否为非满管，并可估计流体的非满管程度。
下面结合附图对本发明作详细说明。
图1是本发明的电原理框图；图2是同步采样电路的电原理图；图3是多电极流量传感器结构示意图；图4是电极结构示意图。
如图1所示，当导电流体流经传感器1时，由于切割励磁线圈所产生的磁力线后，在各电极间产生大小不等的感应电势，该感应电势经由高阻输入阻抗放大变换电路2后，由PC104计算机9控制多点选择电子切换开关3，选择不同的输入电极通道，将信号输入仪表放大器4进行一千倍左右的信号放大，而后通过同步采样电路5，根据同步控制电路11的时序对输入信号进行同步采样并保持，并将该信号送至下一级滤波电路6进行高、低通滤波，再将信号送至信号放大电路7作进一步放大，送到A/D转换电路8，经A/D转换后的数据，经由PC1049读入后，进入数据分析与处理。
PC104计算机系统9将各对电极信号读入，并根据精确的算法，将分析求解出管道横截面上的流速分布以及瞬时流量，累积流量等，并在LCD屏上显示流速分布图，以及瞬时流量，累积流量等参数。
如图2所示，利用与励磁信号同步的时序信号控制电子开关S的启闭，分别对交流输入信号(与励磁同步)的正半周和负半周进行采样与保持，并由计算机进行信号处理。
图中C为采样保持电容，当电子开关S接通后，U2的输出反馈放大器U1的反相端实现了信号的高阻抗输入，同时该电路也使保持电容上的电荷转换为低阻抗输出，使之保证了采样信号的不失真率。
采样保持电容须选用漏电小低吸附效应的聚丙稀电容器。
该电路能由同步信号控制S，方便地实现对各对电极的数据采集，信号保持，以便进行A/D转换。
电路连接关系如下输入信号Ui加入运放U1的同相端；U1的反相端分别与U2的反相端和U2的输出相连，U1的输出与电子开关的输入相连；电子开关的输出分别与保持电容C和输入电阻R相连；保持电容C另一端接地；输入电阻R另一端与运放U2的同相端相连；U2的输出与反相端相连，构成阻抗转换器，实现低阻输出；电子开关控制端S由外电路PC104计算机的同步控制信号控制。
如图3所示，多电极流量传感器具有传感器壳体13，在传感器壳体周边上设有4～24个电极固定孔，在传感器壳体内壁和电极固定孔内壁上设有聚四氟乙烯内衬绝缘14，在设有聚四氟乙烯内衬的电极固定孔内设有电极12，在传感器壳体外设有线圈15。所说的电极一端为倒锥体，倒锥体的锥度为30°，电极与流体的接触表面是半径为R的曲面，另一端设有电极固定外螺纹和传感器引线固定内螺纹。
电磁流量计流速分布的计算方法如下根据法拉第电磁感应原理任意两个电极间的感应电势ΔE为ΔE=∫∫WυdA式中υ是速度场；W称为矢量权函数，它与电磁流量计的励磁方法和电极结构有关。将管道横截面分割成若干个微元，如m个，则对于任意一对电极i，当流动为二维流时有ΔEi=∑WijVjΔAj(i=1,2…,j=1,2,…m)式中Wij和Vj分别是在微ΔAj上对于第i对电极的权函数值和流速。以上方程是一组典型的线性方程组。对于一个特定的传感器和规定的微元分割方法Wij和ΔAj为已知常数，ΔAj为电势测量值，则利用最小二乘解法可求得在微元j处的流速值Vj，从而得到管道横截面上的流速分布。
对已知流速分布求平均值，即可得到管道内流体的平均流速VV=1mΣj=1mvjΔAj/Σj=1mΔAj]]>如果只需平均流速，则利用以下积分式可直接求得V=1π∫o2π1Bu(θ)cosθdθ]]>式中的θ定义见附图1，U(θ)为在θ角管壁处的感应电势的电位。当电极为离散时，上式即为一个求和式。
实施方法如下以下主要叙述本发明与已有的一对电极电磁流量计不同的实施方法。
1、调电路各通道的输出零点，在励磁电源作用的情况下，使传感器充满水，即为零点，并保存在PC104的零点文件中。
2、测信号放大和处理电路各通道的相对放大倍数。
在信号放大和处理电路前对各通道加入同样大小的标准信号，测出各通道的输出，求出各通道间的相对放大倍数，保存在PC104的放大倍数文件中。
3、测不均匀系数。将传感器安装在标定装置上，调节流量到流量计满量程的80～90％。测出各电极对感应电势的相对值，与理想状况下，对电极对应有的相对电势值比较，得到各电极对电势的不均匀系数，保存在PC104的不均匀系数文件中。
4、实测时，每对电极测量感应电势的实际值应为该对电极所对应通道的输出值与该通道零点的差乘以该通道的相对放大倍数，最后再乘以该对电极对应的不均匀系数。
权利要求
1．一种成像式电磁流量计，其特征在于电流体流经多电极传感器[1]时，产生的感应电势经由高阻输入阻抗放大变换电路[2]后，由PC104计算机[9]控制多点选择电子切换开关[3]，将信号输入仪表放大器[4]进行信号放大，而后通过同步采样电路[5]，根据同步控制电路[11]的时序对输入信号进行同步采样并保持，并将该信号送至下一级滤波电路[6]进行高、低通滤波，再将信号送至信号放大电路[7]作进一步放大，送到A/D转换电路[8]，经A/D转换后的数据，经由PC104[9]读入后，进入PC104计算机数据处理系统[9]将各对电极信号读入，将分析求解出管道横截面上的流速分布以及瞬时流量，累积流量，并在LCD屏[10]上显示流速分布图，以及瞬时流量，累积流量参数。
2．根据权利要求1所述的一种成像式电磁流量计，其特征在于所说的同步采样电路[5]为输入信号[Ui]加入运放[U1]的同相端；[U1]的反相端分别与[U2]的反相端和[U2]的输出相连，[U1]的输出与电子开关的输入相连；电子开关的输出分别与保持电容[C]和输入电阻[R]相连；保持电容[C]另一端接地；输入电阻[R]另一端与运放[U2]的同相端相连；[U2]的输出与反相端相连，构成阻抗转换器，实现低阻输出；电子开关控制端[S]由外电路PC104计算机的同步控制信号控制。
3．根据权利要求1或2所述的一种成像式电磁流量计，其特征在于所说的多电极流量传感器具有传感器壳体[13]，在传感器壳体周边上设有4～24个电极固定孔，在传感器壳体内壁和电极固定孔内壁上设有聚四氟乙烯绝缘内衬[14]，在设有聚四氟乙烯内衬的电极固定孔内设有电极[12]，在传感器壳体外设有线圈[15]，所说的电极一端为倒锥体，另一端设有电极固定外螺纹和传感器引线固定内螺纹。
全文摘要
本发明公开了一种成像式电磁流量计。电流体流经多电极传感器时,产生的感应电势经输入阻抗放大变换电路后,由计算机控制多点选择电子切换开关,将信号输入仪表放大器进行信号放大,而后通过同步采样电路,将该信号送至下一级滤波电路进行高、低通滤波,再将信号送至信号放大电路放大,送到A/D转换电路,经A/D转换后的数据,进入数据处理计算机系统,并在LCD屏上显示。本发明结构简单、使用方便,降低了流量计的安装要求。
文档编号G01F1/58GK1318739SQ0010528
公开日2001年10月24日 申请日期2000年4月19日 优先权日2000年4月19日
发明者张宏建, 胡赤鹰 申请人:浙江大学