專利名稱：便攜式電磁流量計(jì)干標(biāo)定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)的標(biāo)定方法及裝置，尤其涉及一種便攜式電 磁流量計(jì)干標(biāo)定方法及其裝置。
背景技術(shù)：
目前，電磁流量計(jì)的標(biāo)定裝置分為實(shí)流標(biāo)定裝置和干標(biāo)定裝置兩種。實(shí)流 標(biāo)定裝置由大功率泵站、管道及大型儲(chǔ)液罐等構(gòu)成，以實(shí)際流動(dòng)的液體流過(guò)電 磁流量計(jì)實(shí)現(xiàn)標(biāo)定。雖然原理簡(jiǎn)單，但實(shí)流標(biāo)定裝置尤其是大口徑電磁流量計(jì) 的實(shí)流標(biāo)定裝置極其龐大且昂貴，標(biāo)定成本也非常高。電磁流量計(jì)干標(biāo)定裝置 則通過(guò)測(cè)量相關(guān)物理量，由數(shù)學(xué)模型計(jì)算出一次傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù)，無(wú)需實(shí)際介 質(zhì)流過(guò)，其裝置制造成本及標(biāo)定成本較實(shí)流標(biāo)定裝置大大降低。
電磁流量計(jì)干標(biāo)定的概念由英國(guó)人Shercliff提出，他建立了電磁流量計(jì)基 本模型并指出只要能得到管段內(nèi)空間三維磁場(chǎng)分布信息、電極尺寸、電極位 置、管段內(nèi)徑及流速分布信息，便可計(jì)算出一次傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú) 需實(shí)際介質(zhì)情況下的電磁流量計(jì)標(biāo)定，即電磁流量計(jì)干標(biāo)定。然而，在干標(biāo)定 方法提出后的一段時(shí)間內(nèi)，人們無(wú)法做到準(zhǔn)確獲取管段內(nèi)空間三維磁場(chǎng)分布信 息，直接測(cè)量三維磁場(chǎng)分布信息顯然效率很低且誤差很大。因此，久久未有能 實(shí)現(xiàn)干標(biāo)定這一概念的裝置面世。直到科學(xué)家們將場(chǎng)論中常用的紐曼邊界條件 下圓柱空間內(nèi)拉普拉斯方程的解析解數(shù)學(xué)模型引入其中，提出只需測(cè)量電磁流 量計(jì)管段內(nèi)壁上的法向磁通密度分布，便可通過(guò)該數(shù)學(xué)模型計(jì)算出空間三維磁 場(chǎng)，才出現(xiàn)了具備應(yīng)用前景的電磁流量計(jì)干標(biāo)定裝置。英國(guó)人Bevir在論文中首 次提到了逐點(diǎn)掃描式電磁流量計(jì)干標(biāo)定裝置，該裝置利用機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)一 個(gè)裝有感應(yīng)線圈的測(cè)量探頭，對(duì)電磁流量計(jì)管段內(nèi)壁上的法向磁通密度分布進(jìn) 行逐點(diǎn)掃描，并利用掃描得到的信息計(jì)算出管段內(nèi)空間三維磁場(chǎng)，最終計(jì)算出 電磁流量計(jì)一次傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù)。但該裝置要求測(cè)量點(diǎn)數(shù)較多，標(biāo)定效率太低。 因此，浙江大學(xué)的專利又提出了一種新的逐點(diǎn)掃描式電磁流量計(jì)干標(biāo)定裝置， 將測(cè)量面由管段內(nèi)壁變?yōu)殡姌O與管段軸線所在的平面，從而降低了對(duì)測(cè)量點(diǎn)數(shù) 的要求， 一定程度上提高了標(biāo)定效率。但無(wú)論哪種現(xiàn)有裝置，逐點(diǎn)掃描的方式 都意味著復(fù)雜的逐點(diǎn)掃描過(guò)程及笨重的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，裝置標(biāo)定效率較低且搬運(yùn)極 為不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式電磁流量計(jì)干標(biāo)定方法及其裝置，使裝 置標(biāo)定效率較逐點(diǎn)掃描式電磁流量計(jì)干標(biāo)定裝置大為提高，且極為輕便。 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
一、 一種便攜式電磁流量計(jì)干標(biāo)定方法
將布有霍爾傳感器陣列的測(cè)量紙貼于電磁流量計(jì)管段內(nèi)壁，便攜式計(jì)算機(jī) 通過(guò)測(cè)量控制模塊控制測(cè)量紙獲取管段內(nèi)壁法向磁通密度分布信息，結(jié)合電磁 流量計(jì)電極尺寸、電極位置、管段內(nèi)徑、流速分布信息，通過(guò)按干標(biāo)定數(shù)學(xué)模 型編寫(xiě)的計(jì)算機(jī)程序計(jì)算出電磁流量計(jì)一次傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)電磁 流量計(jì)一次傳感器的干標(biāo)定。
所述測(cè)量控制模塊用于連接測(cè)量紙與便攜式計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)測(cè)量控制 模塊控制測(cè)量紙上眾多霍爾傳感器的采樣順序及采樣次數(shù)，測(cè)量控制模塊對(duì)每 個(gè)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并傳送給便攜式計(jì)算機(jī)。
所述的干標(biāo)定數(shù)學(xué)模型是紐曼邊界條件下圓柱空間內(nèi)拉普拉斯方程的解析 解，按干標(biāo)定數(shù)學(xué)模型編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序，程序以所測(cè)得的管段內(nèi)壁法向磁通密 度分布信息、電極尺寸、電極位置、管段內(nèi)徑及流場(chǎng)分析得到的流速分布信息 為輸入變量，計(jì)算出電磁流量計(jì)一次傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì) 一次傳感器的干標(biāo)定。
二、 一種便攜式電磁流量計(jì)干標(biāo)定裝置
由布有霍爾傳感器陣列的測(cè)量紙、測(cè)量控制模塊和便攜式計(jì)算機(jī)組成；將 測(cè)量紙貼于電磁流量計(jì)管段內(nèi)壁，測(cè)量紙上的排線接頭經(jīng)測(cè)量信號(hào)引出排線Cl
接測(cè)量控制模塊的輸入端，測(cè)量控制模塊的輸出端經(jīng)測(cè)量結(jié)果傳輸數(shù)據(jù)線C2和 測(cè)量控制線C3接便攜式計(jì)算機(jī)。
所述測(cè)量紙尺寸能通過(guò)裁剪或拼接調(diào)整，以適用于不同尺寸的電磁流量計(jì) 管段。
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)有逐點(diǎn)掃描式電磁流量計(jì)干標(biāo)定裝置復(fù)雜的逐點(diǎn)掃描過(guò)程及笨重 的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，裝置僅由一張測(cè)量紙、 一個(gè)測(cè)量控制模塊及一臺(tái)便攜式計(jì)算機(jī)組 成，使用時(shí)只需將測(cè)量紙貼于電磁流量計(jì)管段內(nèi)壁，計(jì)算機(jī)便可通過(guò)測(cè)量控制 模塊控制測(cè)量紙獲取管段內(nèi)壁法向磁通密度分布信息，進(jìn)一步計(jì)算出電磁流量 計(jì)一次傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)干標(biāo)定。測(cè)量紙尺寸可通過(guò)裁剪或拼接調(diào) 整，以使裝置適用于不同尺寸的電磁流量計(jì)。因此，裝置標(biāo)定效率大為提高且
變得極為輕便，管段內(nèi)壁法向磁通密度分布信息測(cè)量時(shí)間從幾小時(shí)縮短為幾分
鐘，裝置總重量由上百公斤降為幾公斤。


圖1是本發(fā)明中測(cè)量紙結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明中電磁流量計(jì)干標(biāo)定裝置及其使用方法示意圖。 圖3是本發(fā)明中測(cè)量控制模塊示意圖。
圖中1、絕緣塑料紙，2、霍爾傳感器陣列，3、傳感器信號(hào)排線，4、排 線接頭，5、電磁流量計(jì)管段，6、測(cè)量紙，7、測(cè)量控制模塊，8、便攜式計(jì)算 機(jī)，9、多路電子開(kāi)關(guān)模塊，10、霍爾信號(hào)處理器，Cl、測(cè)量信號(hào)引出排線，C2、 測(cè)量結(jié)果傳輸數(shù)據(jù)線，C3、測(cè)量控制線。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，將用于測(cè)量磁通密度的霍爾傳感器陣列2固定在絕緣塑料紙1 上，通過(guò)傳感器信號(hào)排線3將陣列中每個(gè)霍爾傳感器的信號(hào)輸出端子與排線接 頭4連接，便構(gòu)成了本發(fā)明的關(guān)鍵部件之一測(cè)量紙6。使用時(shí)，將測(cè)量紙6巻曲， 貼于電磁流量計(jì)管段5的內(nèi)壁上，用于獲取壁上法向磁通密度分布信息。為了 確保使用時(shí)的測(cè)量精度，測(cè)量紙6上的霍爾傳感器陣列2應(yīng)盡量密，單個(gè)霍爾 傳感器的直徑約為lmm，傳感器中心間距約為2mm。相應(yīng)地，傳感器信號(hào)排線 3也應(yīng)非常緊密。因此，需通過(guò)特殊的IC工藝方能完成上述測(cè)量紙6的制作， 具體制作方法如下通過(guò)線路印刷工藝，在絕緣塑料紙1的背面形成傳感器信 號(hào)排線3;通過(guò)熱附著工藝，將霍爾傳感器固定到絕緣塑料紙1的正面，組成霍 爾傳感器陣列2;在每個(gè)霍爾傳感器的信號(hào)輸出端子下方布置過(guò) L，通過(guò)壓焊工 藝將正面的信號(hào)輸出端子與背面相對(duì)應(yīng)的金屬信號(hào)線相連接；最后，再次通過(guò) 壓焊工藝，將傳感器信號(hào)排線3與排線接頭4相連接。此外，為使干標(biāo)定裝置 適用于不同尺寸的電磁流量計(jì)，有時(shí)需通過(guò)裁剪或拼接調(diào)整測(cè)量紙尺寸。為便 于裁剪，圖1中每列霍爾傳感器及其信號(hào)排線都被設(shè)計(jì)成具有獨(dú)立性，即裁剪 去除其中任意一列霍爾傳感器及其排線，都不會(huì)影響整張測(cè)量紙的工作。通過(guò) 拼接調(diào)整測(cè)量紙6尺寸時(shí)，只需將所有拼接測(cè)量紙的邊緣粘貼在一起，并用相 應(yīng)數(shù)量的外置排線將所有測(cè)量紙的測(cè)量信號(hào)引出至一個(gè)總的排線接頭即可。
如圖2所示，整套便攜式電磁流量計(jì)干標(biāo)定裝置主要由測(cè)量紙6、測(cè)量控制 模塊7和便攜式計(jì)算機(jī)8組成。使用時(shí)，將測(cè)量紙6貼于電磁流量計(jì)管段5內(nèi) 壁上，當(dāng)電磁流量計(jì)所產(chǎn)生的磁力線穿過(guò)測(cè)量紙6上的各個(gè)霍爾傳感器時(shí)，霍 爾傳感器將產(chǎn)生相應(yīng)幅值的電壓信號(hào)，電壓信號(hào)由排線接頭4輸出，經(jīng)測(cè)量信
號(hào)引出排線C1被測(cè)量控制模塊7所采樣并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)測(cè)量結(jié) 果傳輸數(shù)據(jù)線C2最終傳輸給便攜式計(jì)算機(jī)8，從而完成電磁流量計(jì)管段5內(nèi)壁 上法向磁通密度分布信息的獲取。便攜式計(jì)算機(jī)8內(nèi)部有以紐曼邊界條件下圓 柱空間內(nèi)拉普拉斯方程的解析解為數(shù)學(xué)模型編寫(xiě)的計(jì)算程序，程序以所測(cè)得的 管段內(nèi)壁法向磁通密度分布信息、電極尺寸、電極位置、管段內(nèi)徑及流場(chǎng)分析 得到的流速分布信息為輸入變量，計(jì)算出電磁流量計(jì)一次傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)， 從而實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)一次傳感器的干標(biāo)定。
由于測(cè)量紙6上霍爾傳感器眾多，要同時(shí)完成所有傳感器輸出信號(hào)的采樣、 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸是不現(xiàn)實(shí)的，因此攜式計(jì)算機(jī)8通過(guò)測(cè)量控制線C3控制測(cè)量紙 6上各個(gè)霍爾傳感器的測(cè)量順序。具體實(shí)施方法如圖3所示，測(cè)量紙6所輸出的 信號(hào)經(jīng)測(cè)量信號(hào)引出排線Cl進(jìn)入測(cè)量控制模塊7后，并未直接輸入霍爾信號(hào)處 理器10轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，而是先經(jīng)過(guò)一個(gè)多路電子開(kāi)關(guān)模塊9。該模塊由計(jì)算機(jī)通 過(guò)控制線C3控制，可決定霍爾信號(hào)處理器10與測(cè)量紙6上哪些霍爾傳感器接 通，進(jìn)而進(jìn)行采樣。因此，測(cè)量紙6上的霍爾傳感器測(cè)量信號(hào)是被分批采樣、 轉(zhuǎn)換及傳輸?shù)摹ｋm然進(jìn)行了分批處理，但是由于計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制電子開(kāi)關(guān)的切 換，且采用高速、高性能的多路電子開(kāi)關(guān)模塊9與霍爾信號(hào)處理器IO現(xiàn)有產(chǎn)品， 獲取測(cè)量紙6上所有霍爾傳感器的輸出信號(hào)只需要幾分鐘的時(shí)間，較傳統(tǒng)逐點(diǎn) 掃描式干標(biāo)定裝置的幾個(gè)小時(shí)時(shí)間已大大縮短。加之整套裝置只有幾公斤重， 可隨身攜帶，因此本發(fā)明提供的是一種高效的便攜式電磁流量計(jì)干標(biāo)定裝置。
要完成電磁流量計(jì)整機(jī)的干標(biāo)定，還需實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)二次轉(zhuǎn)換器的干標(biāo) 定。目前電磁流量計(jì)二次轉(zhuǎn)換器的干標(biāo)定普遍采用模擬器法，即以模擬器輸出 模擬一次傳感器的輸出，實(shí)現(xiàn)二次轉(zhuǎn)換器的標(biāo)定，模擬器法現(xiàn)己十分成熟，因 此本發(fā)明沿用此方法。
權(quán)利要求
1、一種便攜式電磁流量計(jì)干標(biāo)定方法，其特征在于將布有霍爾傳感器陣列的測(cè)量紙貼于電磁流量計(jì)管段內(nèi)壁，便攜式計(jì)算機(jī)通過(guò)測(cè)量控制模塊控制測(cè)量紙獲取管段內(nèi)壁法向磁通密度分布信息，結(jié)合電磁流量計(jì)電極尺寸、電極位置、管段內(nèi)徑、流速分布信息，通過(guò)按干標(biāo)定數(shù)學(xué)模型編寫(xiě)的計(jì)算機(jī)程序計(jì)算出電磁流量計(jì)一次傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)一次傳感器的干標(biāo)定。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式電磁流量計(jì)干標(biāo)定方法，其特征在于 所述測(cè)量控制模塊用于連接測(cè)量紙與便攜式計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)測(cè)量控制模塊 控制測(cè)量紙上眾多霍爾傳感器的采樣順序及采樣次數(shù)，測(cè)量控制模塊對(duì)每個(gè)傳 感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并傳送給便攜式計(jì)算機(jī)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式電磁流量計(jì)干標(biāo)定方法，其特征在于 所述的干標(biāo)定數(shù)學(xué)模型是紐曼邊界條件下圓柱空間內(nèi)拉普拉斯方程的解析解， 按干標(biāo)定數(shù)學(xué)模型編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序，程序以所測(cè)得的管段內(nèi)壁法向磁通密度分 布信息、電極尺寸、電極位置、管段內(nèi)徑及流場(chǎng)分析得到的流速分布信息為輸 入變量，計(jì)算出電磁流量計(jì)一次傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)一次 傳感器的干標(biāo)定。
4、 用于權(quán)利要求1所述的一種便攜式電磁流量計(jì)干標(biāo)定方法的裝置，其特 征在于由布有霍爾傳感器陣列(2)的測(cè)量紙(6)、測(cè)量控制模塊(7)和便攜式計(jì)算 機(jī)(8)組成；將測(cè)量紙(6)貼于電磁流量計(jì)管段(5)內(nèi)壁，測(cè)量紙(6)上的排線接頭(4) 經(jīng)測(cè)量信號(hào)引出排線Cl接測(cè)量控制模塊(7)的輸入端，測(cè)量控制模塊(7)的輸出 端經(jīng)測(cè)量結(jié)果傳輸數(shù)據(jù)線C2和測(cè)量控制線C3接便攜式計(jì)算機(jī)(8)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種便攜式電磁流量計(jì)干標(biāo)定方法的裝置，其特 征在于所述測(cè)量紙(6)尺寸能通過(guò)裁剪或拼接調(diào)整，以適用于不同尺寸的電磁 流量計(jì)管段(5)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種便攜式電磁流量計(jì)干標(biāo)定方法及其裝置。該裝置由布有霍爾傳感器陣列的測(cè)量紙、測(cè)量控制模塊及便攜式計(jì)算機(jī)組成，使用時(shí)將測(cè)量紙貼于電磁流量計(jì)管段內(nèi)壁，計(jì)算機(jī)通過(guò)測(cè)量控制模塊控制測(cè)量紙獲取管段內(nèi)壁法向磁通密度分布信息，進(jìn)一步結(jié)合電極與管段幾何尺寸、流速分布信息，通過(guò)按干標(biāo)定數(shù)學(xué)模型編寫(xiě)的計(jì)算機(jī)程序計(jì)算出電磁流量計(jì)一次傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)一次傳感器的干標(biāo)定。測(cè)量紙尺寸可通過(guò)裁剪或拼接調(diào)整，以使裝置適用于不同尺寸的電磁流量計(jì)。該裝置去除了現(xiàn)有逐點(diǎn)掃描式干標(biāo)定裝置復(fù)雜的逐點(diǎn)掃描過(guò)程及笨重的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使標(biāo)定效率大為提高，且極為輕便，是一種便攜式的電磁流量計(jì)干標(biāo)定裝置。
文檔編號(hào)G01F25/00GK101377429SQ20081012148
公開(kāi)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, 阮曉東 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);天信儀表集團(tuán)有限公司