专利名称：电磁流量计权重函数测量方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于电磁流量计的测量方法及装置，尤其涉及一种电磁流量 计权重函数的测量方法及其装置。
背景技术：
电磁流量计权重函数是一个虚构的物理量，它的物理含义为电磁流量计 工作时，测量管段空间内各点所产生的感应电动势对电极间输出电压所作贡献 的大小。科学家们已对电磁流量计测量管段空间内某一点权重函数的数值大小 做出了明确的定义，即当单位电流流经两个电极，组成电流环路时，该点电 流密度的大小。因此，也有许多文献将权重函数称之为虚电流。权重函数分布 信息的获取对电磁流量计设计者来说非常重要，它可帮助设计者有效了解电磁 流量计微观性能，并为电磁流量计设计的改进提供指导。
目前，电磁流量计权重函数的获取主要依靠数学计算。引入一个Green函 数为权重函数^的势函数，则该Green函数满足Laplace方程。通过测量电极尺 寸与位置、管段尺寸，可确定求解该Laplace方程所需的边界条件，从而进一步 通过各种偏微分方程求解方法得到方程的解。以方程的解为数学模型，编写程 序，可计算出测量管段空间内任意点的权重函数值。然而，数学求解过程中， 为了便于数学描述并降低方程求解难度，科学家们对电磁流量计模型进行了各 种简化，例如将圆形的电极简化为方形、管段为严格的圆柱形等。这些简化将 不可避免地引入额外的误差，导致计算结果不够精确。此外，上述复杂的数学 推导与计算能力也并非人人都能具备。因此，如果能通过实验装置直测量出某 一点的权重函数值，将非常具有意义，将使普通的电磁流量计设计者也能方便 地获取这一有用信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁流量计权重函数测量方法及其装置，使用 该装置使普通设计者也能有效获取电磁流量计微观性能，并为电磁流量计设计 的改进提供指导。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一、 一种电磁流量计权重函数测量方法
基于电学模拟原理，将电磁流量计权重函数这一虚拟物理量转变为可测量
的电流场进行测量，将电磁流量计管段一端密封、竖立并装满水，利用激励模 块在电磁流量计电极上加上一个电信号，在管段内将形成一个电流场，该电流 场中电流密度7与电磁流量计权重函数#具有相同的分布特性，计算机通过三维
定位机构驱动电流密度计探头测量某一点电流密度7 ，同时通过电流计测量该时 刻电极上流过的电流总量/,最后利用关系式*=7//计算出该点权重函数值， 从而实现电磁流量计权重函数的实验测量。
所述在电磁流量计电极上加上一个电信号，该电信号为正负翻转的矩形波 电信号，而非直流电信号，在管段内将形成一个交变的电流场，目的在于防止 电极极化现象对测量造成影响。
所述三维定位机构，由三台直线电动位移台构成，分别实现x、 j和r三个 方向的运动与定位，计算机通过三维定位机构驱动电流密度计探头测量某一点 电流密度，电流密度计探头前端测量圈与伸长杆之间的连接是能活动的，通过
调整测量圈朝向实现测量点电流密度在;c、少和z三个方向上分量的测量。
二、 一种电磁流量计权重函数测量装置
包括电流密度计探头、电流密度计、运动控制器、激励模块、电流计、一 套三维定位机构和计算机组成，将装满水的电磁流量计管段竖立放置在密封法
兰上，其中一个电磁流量计电极经激励电流信号线S4与电流计的一端连接，另 外一个电磁流量计电极经激励电流信号线S2与激励模块连接，电流密度计探头 垂直放入电磁流量计管段中经连接杆与一套三维定位机构连接，所述一套三维 定位机构内设有^:向直线电动位移台、y向直线电动位移台和z向直线电动位移 台，三个电动位移台分别经Jc向位移台控制线C1、 y向位移台控制线C2和z向 位移台控制线C3与运动控制器连接，激励模块经激励电流信号线S3与电流计 连接，电流密度计经电流密度计数据线C4、运动控制器经运动控制器控制线C5 和电流计经电流计数据线C6分别与计算机连接。 本发明与背景技术相比具有的有益效果是
避免了现有数学计算方法中复杂的推导、计算过程及额外弓I入的简化误差， 将电磁流量计权重函数这一虚拟物理量转变为可测量的电流场进行测量，使用 该装置使普通设计者也能有效获取电磁流量计微观性能，并为电磁流量计设计 的改进提供指导。
图1是本发明中电磁流量计权重函数测量装置及其使用方法示意图。 图2是本发明中矩形波激励电信号示意图。
4
图3是本发明中电流密度计探头端部测量圈不同测量姿态示意图。 图中1、电磁流量计管段，2、电磁流量计电极，3、电磁流量计电极，4、 密封法兰，5、电流密度计探头，6、连接杆，7、电流密度计主机，8、 x向直线 电动位移台，9、 y向直线电动位移台，10、 z向直线电动位移台，11、运动控制 器，12、激励模块，13、电流计，14、计算机，15、伸长杆，16、测量圈，Sl、 电流密度计信号线，S2、激励电流信号线，S3、激励电流信号线，S4、激励电 流信号线，Cl、 x向位移台控制线，C2、 y向位移台控制线，C3、 z向位移台控 制线，C4、电流密度计数据线，C5、运动控制器控制线，C6、电流计数据线。
具体实施例方式
如图1所示，将电磁流量计管段1 一端通过密封法兰4密封，竖立放置后 装满水，利用激励模块12在电磁流量计电极2和3上加上一个正负翻转的矩形 波电信号，在管段内将形成一个交变的电流场，该电流场中电流密度7与电磁流 量计权重函数^具有相同的分布特性。计算机14通过由x、 y、 z向直线电动位 移台8、 9、 IO构成的现有三维定位机构产品，驱动电流密度计探头5测量某一 点电流密度7，同时通过电流计13测量该时刻电极上流过的电流总量/，最后 利用关系式^ = 7//计算出该点权重函数值，从而实现电磁流量计权重函数的实 验测量。电流密度计探头5通过连接杆6与三维定位机构连接。电磁流量计电 极2通过激励电流信号线S2与激励模块12连接，电磁流量计电极3通过激励 电流信号线S4，经电流计13、激励电流信号线S3与激励模块12连接，从而构 成电流环路，激励模块12内部为交流信号发生器。计算机14经电流密度计数 据线数据线C4与电流密度计主机7相连，控制电流密度计采样时间点、采样次 数并获取测量数据。运动控制器11经x向位移台控制线Cl、 y向位移台控制线 C2、 z向位移台控制线C3控制驱动机构中x、 y、 z向直线电动位移台的运动， 运动参数由计算机14经运动控制器控制线C5对运动控制器11进行设定，包括: 目标坐标、运动速度、加速度及优先向等。计算机14还通过电流计数据线C6 控制电流计13，使其在电流密度计同一采样时间点对电极上流过的电流总量/进 行测量，并将测量数据传至计算机14中。
如上所述的实施方法中，如果在电极上直接加上直流激励信号而非所述的 正负翻转的矩形波电信号，企图在管段内产生一个直流电流场，那么将产生严 重的极化现象。由于激励模块及整个激励环路需在测量前预热一段时间，极化 将使电极间的阻抗随着长时间通电发生变化，从而导致所产生的电流场各点电 流密度值发生漂移，最终严重影响权重函数的测量精度。为了防止极化现象对
测量造成影响，在电磁流量计电极上加上一个如图2所示正负翻转的矩形波电 信号，信号正负部分幅值相等、所占相位相等，频率为几赫兹到几千赫兹均可， 具体取决于所采用的测量水质，水质导电率越高则频率也越高。该激励信号之 所以能防止极化现象对测量造成影响，是因为正或负信号持续时间很短，极化 现象很弱时便由于信号正负交替得以被消除。这种正负翻转的矩形波电信号激 励方式是本发明装置能成功实施的关键之一。
如图3所示，电流密度计探头由探头前端的测量圈15及伸长杆16组成， 其中测量圈15为电流密度计的配套测量传感器。由于所测量的电流场是三维的， 测量圈15与伸长杆16之间的连接被设计成活动的，如图3 (a)所示通过调整 测量圈15朝向x方向实现测量点电流密度在该方向上分量厶的测量，如图3(b) 所示通过调整测量圈15朝向少方向实现测量点电流密度在该方向上分量厶的测 量，如图3 (c)所示通过调整测量圈15朝向z方向实现测量点电流密度在该方 向上分量A的测量，进而进一步合成该点的电流密度7。当然，通常只需要测量 电流密度的一个分量，因为电磁流量计设计者往往只考察权重函数在电极连线 方向上的分量，这个分量电磁流量计测量时起主要作用。
权利要求
1、一种电磁流量计权重函数测量方法，其特征在于基于电学模拟原理，将电磁流量计权重函数这一虚拟物理量转变为可测量的电流场进行测量，将电磁流量计管段一端密封、竖立并装满水，利用激励模块在电磁流量计电极上加上一个电信号，在管段内将形成一个电流场，该电流场中电流密度与电磁流量计权重函数具有相同的分布特性，计算机通过三维定位机构驱动电流密度计探头测量某一点电流密度，同时通过电流计测量该时刻电极上流过的电流总量I，最后利用关系计算出该点权重函数值，从而实现电磁流量计权重函数的实验测量。
2、 根据权利要求1所述的一种电磁流量计权重函数测量方法，其特征在于 所述在电磁流量计电极上加上一个电信号，该电信号为正负翻转的矩形波电信 号，而非直流电信号，在管段内将形成一个交变的电流场，目的在于防止电极 极化现象对测量造成影响。
3、 根据权利要求1所述的一种电磁流量计权重函数测量方法，其特征在于 所述三维定位机构，由三台直线电动位移台构成，分别实现X、 ；/和z三个方向 的运动与定位，计算机通过三维定位机构驱动电流密度计探头测量某一点电流 密度，电流密度计探头前端测量圈与伸长杆之间的连接是能活动的，通过调整 测量圈朝向实现测量点电流密度在X、 ^和Z三个方向上分量的测量。
4、 用于权利要求1所述的一种电磁流量计权重函数测量方法的装置，其特 征在于由电流密度计探头(5)、电流密度计(7)、运动控制器(ll)、激励模块(12)、 电流计(13)、 一套三维定位机构和计算机(14)组成，将装满水的电磁流量计管段 (1)竖立放置在密封法兰(4)上，其中一个电磁流量计电极(2)经激励电流信号线 S4与电流计(13)的一端连接，另外一个电磁流量计电极(3)经激励电流信号线S2 与激励模块(12)连接，电流密度计探头(5)垂直放入电磁流量计管段(1)中且经连 接杆与一套三维定位机构连接，所述一套三维定位机构内设有；c向直线电动位 移台(8)、y向直线电动位移台(9)和z向直线电动位移台(IO)，三个电动位移台(8、 9、 10)分别经x向位移台控制线Cl、 y向位移台控制线C2和z向位移台控制线 C3与运动控制器(ll)连接，激励模块(12)经激励电流信号线S3与电流计(13)连 接，电流密度计(7)经电流密度计数据线C4、运动控制器(ll)经运动控制器控制 线C5和电流计(13)经电流计数据线C6分别与计算机(14)连接。
全文摘要
本发明提供了一种电磁流量计权重函数测量方法及其装置。该装置由电流密度计探头、电流密度计、运动控制器、激励模块、电流计、三维定位机构和计算机组成。将电磁流量计管段一端密封、竖立并装满水，利用激励模块在电磁流量计电极上加上一个正负翻转的矩形波电信号，所形成电流场电流密度j与电磁流量计权重函数W具有相同的分布特性。计算机通过三维定位机构驱动电流密度计探头测量某一点电流密度j，同时通过电流计测量该时刻电极上流过的电流总量I，最后利用关系式W＝j/I计算出该点权重函数值。该装置以电学模拟方式实现了电磁流量计权重函数这一虚拟物理量的实验测量，可帮助普通设计者方便地了解电磁流量计微观性能，并为电磁流量计设计的改进提供指导。
文档编号G01F25/00GK101377427SQ200810121480
公开日2009年3月4日 申请日期2008年10月7日 优先权日2008年10月7日
发明者新 付, 朋 叶, 亮 胡, 俊 邹 申请人:浙江大学;天信仪表集团有限公司