专利名称：便携式电磁流量计干标定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标定方法及装置，尤其涉及一种便携式电 磁流量计干标定方法及其装置。
背景技术：
目前，电磁流量计的标定装置分为实流标定装置和干标定装置两种。实流 标定装置由大功率泵站、管道及大型储液罐等构成，以实际流动的液体流过电 磁流量计实现标定。虽然原理简单，但实流标定装置尤其是大口径电磁流量计 的实流标定装置极其庞大且昂贵，标定成本也非常高。电磁流量计干标定装置 则通过测量相关物理量，由数学模型计算出一次传感器转换系数，无需实际介 质流过，其装置制造成本及标定成本较实流标定装置大大降低。
电磁流量计干标定的概念由英国人Shercliff提出，他建立了电磁流量计基 本模型并指出只要能得到管段内空间三维磁场分布信息、电极尺寸、电极位 置、管段内径及流速分布信息，便可计算出一次传感器转换系数，从而实现无 需实际介质情况下的电磁流量计标定，即电磁流量计干标定。然而，在干标定 方法提出后的一段时间内，人们无法做到准确获取管段内空间三维磁场分布信 息，直接测量三维磁场分布信息显然效率很低且误差很大。因此，久久未有能 实现干标定这一概念的装置面世。直到科学家们将场论中常用的纽曼边界条件 下圆柱空间内拉普拉斯方程的解析解数学模型引入其中，提出只需测量电磁流 量计管段内壁上的法向磁通密度分布，便可通过该数学模型计算出空间三维磁 场，才出现了具备应用前景的电磁流量计干标定装置。英国人Bevir在论文中首 次提到了逐点扫描式电磁流量计干标定装置，该装置利用机械扫描机构驱动一 个装有感应线圈的测量探头，对电磁流量计管段内壁上的法向磁通密度分布进 行逐点扫描，并利用扫描得到的信息计算出管段内空间三维磁场，最终计算出 电磁流量计一次传感器转换系数。但该装置要求测量点数较多，标定效率太低。 因此，浙江大学的专利又提出了一种新的逐点扫描式电磁流量计干标定装置， 将测量面由管段内壁变为电极与管段轴线所在的平面，从而降低了对测量点数 的要求， 一定程度上提高了标定效率。但无论哪种现有装置，逐点扫描的方式 都意味着复杂的逐点扫描过程及笨重的驱动机构，装置标定效率较低且搬运极 为不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式电磁流量计干标定方法及其装置，使装 置标定效率较逐点扫描式电磁流量计干标定装置大为提高，且极为轻便。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一、 一种便携式电磁流量计干标定方法
将布有霍尔传感器阵列的测量纸贴于电磁流量计管段内壁，便携式计算机 通过测量控制模块控制测量纸获取管段内壁法向磁通密度分布信息，结合电磁 流量计电极尺寸、电极位置、管段内径、流速分布信息，通过按干标定数学模 型编写的计算机程序计算出电磁流量计一次传感器的转换系数，从而实现电磁 流量计一次传感器的干标定。
所述测量控制模块用于连接测量纸与便携式计算机，计算机通过测量控制 模块控制测量纸上众多霍尔传感器的采样顺序及采样次数，测量控制模块对每 个传感器的测量数据进行处理，并传送给便携式计算机。
所述的干标定数学模型是纽曼边界条件下圆柱空间内拉普拉斯方程的解析 解，按干标定数学模型编写计算机程序，程序以所测得的管段内壁法向磁通密 度分布信息、电极尺寸、电极位置、管段内径及流场分析得到的流速分布信息 为输入变量，计算出电磁流量计一次传感器的转换系数，从而实现电磁流量计 一次传感器的干标定。
二、 一种便携式电磁流量计干标定装置
由布有霍尔传感器阵列的测量纸、测量控制模块和便携式计算机组成；将 测量纸贴于电磁流量计管段内壁，测量纸上的排线接头经测量信号引出排线Cl
接测量控制模块的输入端，测量控制模块的输出端经测量结果传输数据线C2和 测量控制线C3接便携式计算机。
所述测量纸尺寸能通过裁剪或拼接调整，以适用于不同尺寸的电磁流量计 管段。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是
避免了现有逐点扫描式电磁流量计干标定装置复杂的逐点扫描过程及笨重 的驱动机构，装置仅由一张测量纸、 一个测量控制模块及一台便携式计算机组 成，使用时只需将测量纸贴于电磁流量计管段内壁，计算机便可通过测量控制 模块控制测量纸获取管段内壁法向磁通密度分布信息，进一步计算出电磁流量 计一次传感器的转换系数，从而实现干标定。测量纸尺寸可通过裁剪或拼接调 整，以使装置适用于不同尺寸的电磁流量计。因此，装置标定效率大为提高且
变得极为轻便，管段内壁法向磁通密度分布信息测量时间从几小时縮短为几分
钟，装置总重量由上百公斤降为几公斤。
图1是本发明中测量纸结构示意图。
图2是本发明中电磁流量计干标定装置及其使用方法示意图。 图3是本发明中测量控制模块示意图。
图中1、绝缘塑料纸，2、霍尔传感器阵列，3、传感器信号排线，4、排 线接头，5、电磁流量计管段，6、测量纸，7、测量控制模块，8、便携式计算 机，9、多路电子开关模块，10、霍尔信号处理器，Cl、测量信号引出排线，C2、 测量结果传输数据线，C3、测量控制线。
具体实施例方式
如图1所示，将用于测量磁通密度的霍尔传感器阵列2固定在绝缘塑料纸1 上，通过传感器信号排线3将阵列中每个霍尔传感器的信号输出端子与排线接 头4连接，便构成了本发明的关键部件之一测量纸6。使用时，将测量纸6巻曲， 贴于电磁流量计管段5的内壁上，用于获取壁上法向磁通密度分布信息。为了 确保使用时的测量精度，测量纸6上的霍尔传感器阵列2应尽量密，单个霍尔 传感器的直径约为lmm，传感器中心间距约为2mm。相应地，传感器信号排线 3也应非常紧密。因此，需通过特殊的IC工艺方能完成上述测量纸6的制作， 具体制作方法如下通过线路印刷工艺，在绝缘塑料纸1的背面形成传感器信 号排线3;通过热附着工艺，将霍尔传感器固定到绝缘塑料纸1的正面，组成霍 尔传感器阵列2;在每个霍尔传感器的信号输出端子下方布置过 L，通过压焊工 艺将正面的信号输出端子与背面相对应的金属信号线相连接；最后，再次通过 压焊工艺，将传感器信号排线3与排线接头4相连接。此外，为使干标定装置 适用于不同尺寸的电磁流量计，有时需通过裁剪或拼接调整测量纸尺寸。为便 于裁剪，图1中每列霍尔传感器及其信号排线都被设计成具有独立性，即裁剪 去除其中任意一列霍尔传感器及其排线，都不会影响整张测量纸的工作。通过 拼接调整测量纸6尺寸时，只需将所有拼接测量纸的边缘粘贴在一起，并用相 应数量的外置排线将所有测量纸的测量信号引出至一个总的排线接头即可。
如图2所示，整套便携式电磁流量计干标定装置主要由测量纸6、测量控制 模块7和便携式计算机8组成。使用时，将测量纸6贴于电磁流量计管段5内 壁上，当电磁流量计所产生的磁力线穿过测量纸6上的各个霍尔传感器时，霍 尔传感器将产生相应幅值的电压信号，电压信号由排线接头4输出，经测量信
号引出排线C1被测量控制模块7所采样并转换为数字信号，数字信号经测量结 果传输数据线C2最终传输给便携式计算机8，从而完成电磁流量计管段5内壁 上法向磁通密度分布信息的获取。便携式计算机8内部有以纽曼边界条件下圆 柱空间内拉普拉斯方程的解析解为数学模型编写的计算程序，程序以所测得的 管段内壁法向磁通密度分布信息、电极尺寸、电极位置、管段内径及流场分析 得到的流速分布信息为输入变量，计算出电磁流量计一次传感器的转换系数， 从而实现电磁流量计一次传感器的干标定。
由于测量纸6上霍尔传感器众多，要同时完成所有传感器输出信号的采样、 数据转换与传输是不现实的，因此携式计算机8通过测量控制线C3控制测量纸 6上各个霍尔传感器的测量顺序。具体实施方法如图3所示，测量纸6所输出的 信号经测量信号引出排线Cl进入测量控制模块7后，并未直接输入霍尔信号处 理器10转换为数据，而是先经过一个多路电子开关模块9。该模块由计算机通 过控制线C3控制，可决定霍尔信号处理器10与测量纸6上哪些霍尔传感器接 通，进而进行采样。因此，测量纸6上的霍尔传感器测量信号是被分批采样、 转换及传输的。虽然进行了分批处理，但是由于计算机自动控制电子开关的切 换，且采用高速、高性能的多路电子开关模块9与霍尔信号处理器IO现有产品， 获取测量纸6上所有霍尔传感器的输出信号只需要几分钟的时间，较传统逐点 扫描式干标定装置的几个小时时间已大大縮短。加之整套装置只有几公斤重， 可随身携带，因此本发明提供的是一种高效的便携式电磁流量计干标定装置。
要完成电磁流量计整机的干标定，还需实现电磁流量计二次转换器的干标 定。目前电磁流量计二次转换器的干标定普遍采用模拟器法，即以模拟器输出 模拟一次传感器的输出，实现二次转换器的标定，模拟器法现己十分成熟，因 此本发明沿用此方法。
权利要求
1、一种便携式电磁流量计干标定方法，其特征在于将布有霍尔传感器阵列的测量纸贴于电磁流量计管段内壁，便携式计算机通过测量控制模块控制测量纸获取管段内壁法向磁通密度分布信息，结合电磁流量计电极尺寸、电极位置、管段内径、流速分布信息，通过按干标定数学模型编写的计算机程序计算出电磁流量计一次传感器的转换系数，从而实现电磁流量计一次传感器的干标定。
2、 根据权利要求1所述的一种便携式电磁流量计干标定方法，其特征在于 所述测量控制模块用于连接测量纸与便携式计算机，计算机通过测量控制模块 控制测量纸上众多霍尔传感器的采样顺序及采样次数，测量控制模块对每个传 感器的测量数据进行处理，并传送给便携式计算机。
3、 根据权利要求1所述的一种便携式电磁流量计干标定方法，其特征在于 所述的干标定数学模型是纽曼边界条件下圆柱空间内拉普拉斯方程的解析解， 按干标定数学模型编写计算机程序，程序以所测得的管段内壁法向磁通密度分 布信息、电极尺寸、电极位置、管段内径及流场分析得到的流速分布信息为输 入变量，计算出电磁流量计一次传感器的转换系数，从而实现电磁流量计一次 传感器的干标定。
4、 用于权利要求1所述的一种便携式电磁流量计干标定方法的装置，其特 征在于由布有霍尔传感器阵列(2)的测量纸(6)、测量控制模块(7)和便携式计算 机(8)组成；将测量纸(6)贴于电磁流量计管段(5)内壁，测量纸(6)上的排线接头(4) 经测量信号引出排线Cl接测量控制模块(7)的输入端，测量控制模块(7)的输出 端经测量结果传输数据线C2和测量控制线C3接便携式计算机(8)。
5、 根据权利要求4所述的一种便携式电磁流量计干标定方法的装置，其特 征在于所述测量纸(6)尺寸能通过裁剪或拼接调整，以适用于不同尺寸的电磁 流量计管段(5)。
全文摘要
本发明提供了一种便携式电磁流量计干标定方法及其装置。该装置由布有霍尔传感器阵列的测量纸、测量控制模块及便携式计算机组成，使用时将测量纸贴于电磁流量计管段内壁，计算机通过测量控制模块控制测量纸获取管段内壁法向磁通密度分布信息，进一步结合电极与管段几何尺寸、流速分布信息，通过按干标定数学模型编写的计算机程序计算出电磁流量计一次传感器的转换系数，从而实现电磁流量计一次传感器的干标定。测量纸尺寸可通过裁剪或拼接调整，以使装置适用于不同尺寸的电磁流量计。该装置去除了现有逐点扫描式干标定装置复杂的逐点扫描过程及笨重的驱动机构，使标定效率大为提高，且极为轻便，是一种便携式的电磁流量计干标定装置。
文档编号G01F25/00GK101377429SQ20081012148
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, 阮晓东 申请人:浙江大学;天信仪表集团有限公司