專利名稱：電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)測(cè)量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于電磁流量計(jì)的測(cè)量方法及裝置，尤其涉及一種電磁流量 計(jì)權(quán)重函數(shù)的測(cè)量方法及其裝置。
背景技術(shù)：
電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)是一個(gè)虛構(gòu)的物理量，它的物理含義為電磁流量計(jì) 工作時(shí)，測(cè)量管段空間內(nèi)各點(diǎn)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)電極間輸出電壓所作貢獻(xiàn) 的大小?？茖W(xué)家們已對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量管段空間內(nèi)某一點(diǎn)權(quán)重函數(shù)的數(shù)值大小 做出了明確的定義，即當(dāng)單位電流流經(jīng)兩個(gè)電極，組成電流環(huán)路時(shí)，該點(diǎn)電 流密度的大小。因此，也有許多文獻(xiàn)將權(quán)重函數(shù)稱之為虛電流。權(quán)重函數(shù)分布 信息的獲取對(duì)電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)者來說非常重要，它可幫助設(shè)計(jì)者有效了解電磁 流量計(jì)微觀性能，并為電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供指導(dǎo)。
目前，電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)的獲取主要依靠數(shù)學(xué)計(jì)算。引入一個(gè)Green函 數(shù)為權(quán)重函數(shù)^的勢(shì)函數(shù)，則該Green函數(shù)滿足Laplace方程。通過測(cè)量電極尺 寸與位置、管段尺寸，可確定求解該Laplace方程所需的邊界條件，從而進(jìn)一步 通過各種偏微分方程求解方法得到方程的解。以方程的解為數(shù)學(xué)模型，編寫程 序，可計(jì)算出測(cè)量管段空間內(nèi)任意點(diǎn)的權(quán)重函數(shù)值。然而，數(shù)學(xué)求解過程中， 為了便于數(shù)學(xué)描述并降低方程求解難度，科學(xué)家們對(duì)電磁流量計(jì)模型進(jìn)行了各 種簡(jiǎn)化，例如將圓形的電極簡(jiǎn)化為方形、管段為嚴(yán)格的圓柱形等。這些簡(jiǎn)化將 不可避免地引入額外的誤差，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不夠精確。此外，上述復(fù)雜的數(shù)學(xué) 推導(dǎo)與計(jì)算能力也并非人人都能具備。因此，如果能通過實(shí)驗(yàn)裝置直測(cè)量出某 一點(diǎn)的權(quán)重函數(shù)值，將非常具有意義，將使普通的電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)者也能方便 地獲取這一有用信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)測(cè)量方法及其裝置，使用 該裝置使普通設(shè)計(jì)者也能有效獲取電磁流量計(jì)微觀性能，并為電磁流量計(jì)設(shè)計(jì) 的改進(jìn)提供指導(dǎo)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一、 一種電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)測(cè)量方法
基于電學(xué)模擬原理，將電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)這一虛擬物理量轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量
的電流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，將電磁流量計(jì)管段一端密封、豎立并裝滿水，利用激勵(lì)模 塊在電磁流量計(jì)電極上加上一個(gè)電信號(hào)，在管段內(nèi)將形成一個(gè)電流場(chǎng)，該電流 場(chǎng)中電流密度7與電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)#具有相同的分布特性，計(jì)算機(jī)通過三維
定位機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電流密度計(jì)探頭測(cè)量某一點(diǎn)電流密度7 ，同時(shí)通過電流計(jì)測(cè)量該時(shí) 刻電極上流過的電流總量/,最后利用關(guān)系式*=7//計(jì)算出該點(diǎn)權(quán)重函數(shù)值， 從而實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。
所述在電磁流量計(jì)電極上加上一個(gè)電信號(hào)，該電信號(hào)為正負(fù)翻轉(zhuǎn)的矩形波 電信號(hào)，而非直流電信號(hào)，在管段內(nèi)將形成一個(gè)交變的電流場(chǎng)，目的在于防止 電極極化現(xiàn)象對(duì)測(cè)量造成影響。
所述三維定位機(jī)構(gòu)，由三臺(tái)直線電動(dòng)位移臺(tái)構(gòu)成，分別實(shí)現(xiàn)x、 j和r三個(gè) 方向的運(yùn)動(dòng)與定位，計(jì)算機(jī)通過三維定位機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電流密度計(jì)探頭測(cè)量某一點(diǎn) 電流密度，電流密度計(jì)探頭前端測(cè)量圈與伸長(zhǎng)桿之間的連接是能活動(dòng)的，通過
調(diào)整測(cè)量圈朝向?qū)崿F(xiàn)測(cè)量點(diǎn)電流密度在;c、少和z三個(gè)方向上分量的測(cè)量。
二、 一種電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)測(cè)量裝置
包括電流密度計(jì)探頭、電流密度計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制器、激勵(lì)模塊、電流計(jì)、一 套三維定位機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組成，將裝滿水的電磁流量計(jì)管段豎立放置在密封法
蘭上，其中一個(gè)電磁流量計(jì)電極經(jīng)激勵(lì)電流信號(hào)線S4與電流計(jì)的一端連接，另 外一個(gè)電磁流量計(jì)電極經(jīng)激勵(lì)電流信號(hào)線S2與激勵(lì)模塊連接，電流密度計(jì)探頭 垂直放入電磁流量計(jì)管段中經(jīng)連接桿與一套三維定位機(jī)構(gòu)連接，所述一套三維 定位機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)有^:向直線電動(dòng)位移臺(tái)、y向直線電動(dòng)位移臺(tái)和z向直線電動(dòng)位移 臺(tái)，三個(gè)電動(dòng)位移臺(tái)分別經(jīng)Jc向位移臺(tái)控制線C1、 y向位移臺(tái)控制線C2和z向 位移臺(tái)控制線C3與運(yùn)動(dòng)控制器連接，激勵(lì)模塊經(jīng)激勵(lì)電流信號(hào)線S3與電流計(jì) 連接，電流密度計(jì)經(jīng)電流密度計(jì)數(shù)據(jù)線C4、運(yùn)動(dòng)控制器經(jīng)運(yùn)動(dòng)控制器控制線C5 和電流計(jì)經(jīng)電流計(jì)數(shù)據(jù)線C6分別與計(jì)算機(jī)連接。 本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是
避免了現(xiàn)有數(shù)學(xué)計(jì)算方法中復(fù)雜的推導(dǎo)、計(jì)算過程及額外弓I入的簡(jiǎn)化誤差， 將電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)這一虛擬物理量轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，使用 該裝置使普通設(shè)計(jì)者也能有效獲取電磁流量計(jì)微觀性能，并為電磁流量計(jì)設(shè)計(jì) 的改進(jìn)提供指導(dǎo)。


圖1是本發(fā)明中電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)測(cè)量裝置及其使用方法示意圖。 圖2是本發(fā)明中矩形波激勵(lì)電信號(hào)示意圖。
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圖3是本發(fā)明中電流密度計(jì)探頭端部測(cè)量圈不同測(cè)量姿態(tài)示意圖。 圖中1、電磁流量計(jì)管段，2、電磁流量計(jì)電極，3、電磁流量計(jì)電極，4、 密封法蘭，5、電流密度計(jì)探頭，6、連接桿，7、電流密度計(jì)主機(jī)，8、 x向直線 電動(dòng)位移臺(tái)，9、 y向直線電動(dòng)位移臺(tái)，10、 z向直線電動(dòng)位移臺(tái)，11、運(yùn)動(dòng)控制 器，12、激勵(lì)模塊，13、電流計(jì)，14、計(jì)算機(jī)，15、伸長(zhǎng)桿，16、測(cè)量圈，Sl、 電流密度計(jì)信號(hào)線，S2、激勵(lì)電流信號(hào)線，S3、激勵(lì)電流信號(hào)線，S4、激勵(lì)電 流信號(hào)線，Cl、 x向位移臺(tái)控制線，C2、 y向位移臺(tái)控制線，C3、 z向位移臺(tái)控 制線，C4、電流密度計(jì)數(shù)據(jù)線，C5、運(yùn)動(dòng)控制器控制線，C6、電流計(jì)數(shù)據(jù)線。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，將電磁流量計(jì)管段1 一端通過密封法蘭4密封，豎立放置后 裝滿水，利用激勵(lì)模塊12在電磁流量計(jì)電極2和3上加上一個(gè)正負(fù)翻轉(zhuǎn)的矩形 波電信號(hào)，在管段內(nèi)將形成一個(gè)交變的電流場(chǎng)，該電流場(chǎng)中電流密度7與電磁流 量計(jì)權(quán)重函數(shù)^具有相同的分布特性。計(jì)算機(jī)14通過由x、 y、 z向直線電動(dòng)位 移臺(tái)8、 9、 IO構(gòu)成的現(xiàn)有三維定位機(jī)構(gòu)產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)電流密度計(jì)探頭5測(cè)量某一 點(diǎn)電流密度7，同時(shí)通過電流計(jì)13測(cè)量該時(shí)刻電極上流過的電流總量/，最后 利用關(guān)系式^ = 7//計(jì)算出該點(diǎn)權(quán)重函數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)的實(shí) 驗(yàn)測(cè)量。電流密度計(jì)探頭5通過連接桿6與三維定位機(jī)構(gòu)連接。電磁流量計(jì)電 極2通過激勵(lì)電流信號(hào)線S2與激勵(lì)模塊12連接，電磁流量計(jì)電極3通過激勵(lì) 電流信號(hào)線S4，經(jīng)電流計(jì)13、激勵(lì)電流信號(hào)線S3與激勵(lì)模塊12連接，從而構(gòu) 成電流環(huán)路，激勵(lì)模塊12內(nèi)部為交流信號(hào)發(fā)生器。計(jì)算機(jī)14經(jīng)電流密度計(jì)數(shù) 據(jù)線數(shù)據(jù)線C4與電流密度計(jì)主機(jī)7相連，控制電流密度計(jì)采樣時(shí)間點(diǎn)、采樣次 數(shù)并獲取測(cè)量數(shù)據(jù)。運(yùn)動(dòng)控制器11經(jīng)x向位移臺(tái)控制線Cl、 y向位移臺(tái)控制線 C2、 z向位移臺(tái)控制線C3控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中x、 y、 z向直線電動(dòng)位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)， 運(yùn)動(dòng)參數(shù)由計(jì)算機(jī)14經(jīng)運(yùn)動(dòng)控制器控制線C5對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器11進(jìn)行設(shè)定，包括: 目標(biāo)坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)速度、加速度及優(yōu)先向等。計(jì)算機(jī)14還通過電流計(jì)數(shù)據(jù)線C6 控制電流計(jì)13，使其在電流密度計(jì)同一采樣時(shí)間點(diǎn)對(duì)電極上流過的電流總量/進(jìn) 行測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳至計(jì)算機(jī)14中。
如上所述的實(shí)施方法中，如果在電極上直接加上直流激勵(lì)信號(hào)而非所述的 正負(fù)翻轉(zhuǎn)的矩形波電信號(hào)，企圖在管段內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)直流電流場(chǎng)，那么將產(chǎn)生嚴(yán) 重的極化現(xiàn)象。由于激勵(lì)模塊及整個(gè)激勵(lì)環(huán)路需在測(cè)量前預(yù)熱一段時(shí)間，極化 將使電極間的阻抗隨著長(zhǎng)時(shí)間通電發(fā)生變化，從而導(dǎo)致所產(chǎn)生的電流場(chǎng)各點(diǎn)電 流密度值發(fā)生漂移，最終嚴(yán)重影響權(quán)重函數(shù)的測(cè)量精度。為了防止極化現(xiàn)象對(duì)
測(cè)量造成影響，在電磁流量計(jì)電極上加上一個(gè)如圖2所示正負(fù)翻轉(zhuǎn)的矩形波電 信號(hào)，信號(hào)正負(fù)部分幅值相等、所占相位相等，頻率為幾赫茲到幾千赫茲均可， 具體取決于所采用的測(cè)量水質(zhì)，水質(zhì)導(dǎo)電率越高則頻率也越高。該激勵(lì)信號(hào)之 所以能防止極化現(xiàn)象對(duì)測(cè)量造成影響，是因?yàn)檎蜇?fù)信號(hào)持續(xù)時(shí)間很短，極化 現(xiàn)象很弱時(shí)便由于信號(hào)正負(fù)交替得以被消除。這種正負(fù)翻轉(zhuǎn)的矩形波電信號(hào)激 勵(lì)方式是本發(fā)明裝置能成功實(shí)施的關(guān)鍵之一。
如圖3所示，電流密度計(jì)探頭由探頭前端的測(cè)量圈15及伸長(zhǎng)桿16組成， 其中測(cè)量圈15為電流密度計(jì)的配套測(cè)量傳感器。由于所測(cè)量的電流場(chǎng)是三維的， 測(cè)量圈15與伸長(zhǎng)桿16之間的連接被設(shè)計(jì)成活動(dòng)的，如圖3 (a)所示通過調(diào)整 測(cè)量圈15朝向x方向?qū)崿F(xiàn)測(cè)量點(diǎn)電流密度在該方向上分量厶的測(cè)量，如圖3(b) 所示通過調(diào)整測(cè)量圈15朝向少方向?qū)崿F(xiàn)測(cè)量點(diǎn)電流密度在該方向上分量厶的測(cè) 量，如圖3 (c)所示通過調(diào)整測(cè)量圈15朝向z方向?qū)崿F(xiàn)測(cè)量點(diǎn)電流密度在該方 向上分量A的測(cè)量，進(jìn)而進(jìn)一步合成該點(diǎn)的電流密度7。當(dāng)然，通常只需要測(cè)量 電流密度的一個(gè)分量，因?yàn)殡姶帕髁坑?jì)設(shè)計(jì)者往往只考察權(quán)重函數(shù)在電極連線 方向上的分量，這個(gè)分量電磁流量計(jì)測(cè)量時(shí)起主要作用。
權(quán)利要求
1、一種電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)測(cè)量方法，其特征在于基于電學(xué)模擬原理，將電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)這一虛擬物理量轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，將電磁流量計(jì)管段一端密封、豎立并裝滿水，利用激勵(lì)模塊在電磁流量計(jì)電極上加上一個(gè)電信號(hào)，在管段內(nèi)將形成一個(gè)電流場(chǎng)，該電流場(chǎng)中電流密度與電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)具有相同的分布特性，計(jì)算機(jī)通過三維定位機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電流密度計(jì)探頭測(cè)量某一點(diǎn)電流密度，同時(shí)通過電流計(jì)測(cè)量該時(shí)刻電極上流過的電流總量I，最后利用關(guān)系計(jì)算出該點(diǎn)權(quán)重函數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)測(cè)量方法，其特征在于 所述在電磁流量計(jì)電極上加上一個(gè)電信號(hào)，該電信號(hào)為正負(fù)翻轉(zhuǎn)的矩形波電信 號(hào)，而非直流電信號(hào)，在管段內(nèi)將形成一個(gè)交變的電流場(chǎng)，目的在于防止電極 極化現(xiàn)象對(duì)測(cè)量造成影響。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)測(cè)量方法，其特征在于 所述三維定位機(jī)構(gòu)，由三臺(tái)直線電動(dòng)位移臺(tái)構(gòu)成，分別實(shí)現(xiàn)X、 ；/和z三個(gè)方向 的運(yùn)動(dòng)與定位，計(jì)算機(jī)通過三維定位機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電流密度計(jì)探頭測(cè)量某一點(diǎn)電流 密度，電流密度計(jì)探頭前端測(cè)量圈與伸長(zhǎng)桿之間的連接是能活動(dòng)的，通過調(diào)整 測(cè)量圈朝向?qū)崿F(xiàn)測(cè)量點(diǎn)電流密度在X、 ^和Z三個(gè)方向上分量的測(cè)量。
4、 用于權(quán)利要求1所述的一種電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)測(cè)量方法的裝置，其特 征在于由電流密度計(jì)探頭(5)、電流密度計(jì)(7)、運(yùn)動(dòng)控制器(ll)、激勵(lì)模塊(12)、 電流計(jì)(13)、 一套三維定位機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)(14)組成，將裝滿水的電磁流量計(jì)管段 (1)豎立放置在密封法蘭(4)上，其中一個(gè)電磁流量計(jì)電極(2)經(jīng)激勵(lì)電流信號(hào)線 S4與電流計(jì)(13)的一端連接，另外一個(gè)電磁流量計(jì)電極(3)經(jīng)激勵(lì)電流信號(hào)線S2 與激勵(lì)模塊(12)連接，電流密度計(jì)探頭(5)垂直放入電磁流量計(jì)管段(1)中且經(jīng)連 接桿與一套三維定位機(jī)構(gòu)連接，所述一套三維定位機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)有；c向直線電動(dòng)位 移臺(tái)(8)、y向直線電動(dòng)位移臺(tái)(9)和z向直線電動(dòng)位移臺(tái)(IO)，三個(gè)電動(dòng)位移臺(tái)(8、 9、 10)分別經(jīng)x向位移臺(tái)控制線Cl、 y向位移臺(tái)控制線C2和z向位移臺(tái)控制線 C3與運(yùn)動(dòng)控制器(ll)連接，激勵(lì)模塊(12)經(jīng)激勵(lì)電流信號(hào)線S3與電流計(jì)(13)連 接，電流密度計(jì)(7)經(jīng)電流密度計(jì)數(shù)據(jù)線C4、運(yùn)動(dòng)控制器(ll)經(jīng)運(yùn)動(dòng)控制器控制 線C5和電流計(jì)(13)經(jīng)電流計(jì)數(shù)據(jù)線C6分別與計(jì)算機(jī)(14)連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)測(cè)量方法及其裝置。該裝置由電流密度計(jì)探頭、電流密度計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制器、激勵(lì)模塊、電流計(jì)、三維定位機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組成。將電磁流量計(jì)管段一端密封、豎立并裝滿水，利用激勵(lì)模塊在電磁流量計(jì)電極上加上一個(gè)正負(fù)翻轉(zhuǎn)的矩形波電信號(hào)，所形成電流場(chǎng)電流密度j與電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)W具有相同的分布特性。計(jì)算機(jī)通過三維定位機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電流密度計(jì)探頭測(cè)量某一點(diǎn)電流密度j，同時(shí)通過電流計(jì)測(cè)量該時(shí)刻電極上流過的電流總量I，最后利用關(guān)系式W＝j(luò)/I計(jì)算出該點(diǎn)權(quán)重函數(shù)值。該裝置以電學(xué)模擬方式實(shí)現(xiàn)了電磁流量計(jì)權(quán)重函數(shù)這一虛擬物理量的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，可幫助普通設(shè)計(jì)者方便地了解電磁流量計(jì)微觀性能，并為電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供指導(dǎo)。
文檔編號(hào)G01F25/00GK101377427SQ200810121480
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者新 付, 朋 葉, 亮 胡, 俊 鄒 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);天信儀表集團(tuán)有限公司