專利名稱：一種具有矩形截面結(jié)構(gòu)的電容式電磁流量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁流量計，特別是涉及一種電磁流量計傳感器。
背景技術(shù)：
電磁流量傳感器是將物理量"流量"變換為另一個物理量"電動勢"的裝置，即使 導電流動液體產(chǎn)生感應電動勢信號的裝置?；疽赜蓽y量管、磁場產(chǎn)生部件和拾取信號 的一對或多對電極組成。 目前，電磁流量計的傳感器普遍采用圓管結(jié)構(gòu)，例如中國公開專利電磁流量計 CN1108385、電磁流量計CN1131273、電磁流量計和流量的電磁測量方法CN1097868等。電磁 流量傳感器安裝在管路中，導電液體流過電磁流量傳感器。電磁流量轉(zhuǎn)換器向勵磁線圈提 供勵磁電流，在電磁流量傳感器中產(chǎn)生磁場，運動流體切割磁力線測量電極將產(chǎn)生感生電 動勢。對于上述結(jié)構(gòu)，任意一點流體微元流經(jīng)測量管內(nèi)某一點時，產(chǎn)生的感應電動勢不僅與 該點的流速及該點的磁場成正比，而且與該點的權(quán)重函數(shù)成正比。對于長筒型磁場均勻的 電磁流量傳感器，當流速為軸對稱分布時，因權(quán)重函數(shù)所起的作用正好等效為l，測量管截 面產(chǎn)生的感應電動勢與流速平均值嚴格線性相關(guān)。當流速為非軸對稱分布時，由于權(quán)重函 數(shù)所起的作用不能等效于l，導致測量誤差。 為了降低圓管中流速分布的不利影響，亦可施加權(quán)重磁場。圓形管道電磁流量傳 感器磁場按B = B。/Wy規(guī)律分布(其中B。為電極所處截面中心處的磁感應強度，Wy為權(quán)重
函數(shù))，即權(quán)重函數(shù)Wy值大的地方，設計的磁感應強度B弱一些，權(quán)重函數(shù)Wy值小的地方，設 計的磁感應強度B強一些，使得磁感應強度與權(quán)重函數(shù)Wy在任一點的乘積為一常數(shù)，進而，
在這樣的分布規(guī)律磁場的圓管道中，點電極間的感應電動勢與斷面流速的平均值成正比， 而與斷面內(nèi)的流速分布無關(guān)。也就是說，采用符合權(quán)重磁場分布規(guī)律的電磁流量傳感器，在 流體速度改變時，感應電動勢只與流速平均值成正比，而與速度的分布無關(guān)。但在實際設計 中，按權(quán)重函數(shù)分布的磁場并不存在，雖然可以設計出磁場逼近理想的權(quán)重磁場，但是仍然 存在一定的誤差。 蔡武昌等編寫的《電磁流量計》(中國石化出版社2004年3月第1版) 一書中介 紹了一種矩形截面的測量管。矩形截面的測量管的上下兩邊襯有電絕緣襯里，左右兩邊的 內(nèi)壁裝有金屬板制成的電極。測量管內(nèi)感應電動勢的電力線都平行于兩電極中心連線。此
種結(jié)構(gòu)下，各點的權(quán)重函數(shù)Wy是一個常數(shù)。這樣，對于均勻磁場滿足磁感應強度與權(quán)重函
數(shù)在任一點的乘積為一常數(shù)，進而，矩形管道板式電極間的感應電動勢，與斷面的流速平均 值成正比，而與斷面內(nèi)的速度分布無關(guān)。但是該結(jié)構(gòu)中，由于電極位于測量管的內(nèi)壁并與所 測流體直接接觸，電極容易受到液體的腐蝕、污染，甚至還可能引起泄漏以及產(chǎn)生漿狀流動 噪聲等問題。 由以上分析可知，在均勻磁場的激勵下，圓管結(jié)構(gòu)的電磁流量計在測量非對稱流 速會引進測量誤差；權(quán)重磁場可以減小圓管結(jié)構(gòu)的電磁流量計對流型的依賴，然而，理想的 權(quán)重磁場不存在，圓管結(jié)構(gòu)在權(quán)重磁場激勵下仍存在誤差；在均勻磁場的激勵下，板狀金屬電極位于測量管的內(nèi)壁直接與所測液體相接觸的矩形測量管結(jié)構(gòu)不依賴于流速分布，但 是，電極容易受到污染和腐蝕等。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明專利所要解決的問題是提供一種在均勻 磁場條件下，能夠做到測量輸出不受流速分布影響并且避免了電極的腐蝕、污染、泄漏以及 漿狀流體噪聲的影響等問題。 本發(fā)明提供的一種具有矩形截面結(jié)構(gòu)的電容式電磁流量傳感器采用以下技術(shù)方 案 該具有矩形截面結(jié)構(gòu)的電容式電磁流量傳感器，包括測量管、電極、屏蔽電極及勵 磁線圈，其特征在于所述測量管1為矩形截面結(jié)構(gòu)；所述電極由左電極2A和右電極2B組 成，左電極2A和右電極2B對稱附著在測量管1的左右外側(cè)；所述屏蔽電極由左屏蔽電極3A 和右屏蔽電極3B組成，左屏蔽電極3A位于左電極2A外側(cè)，右屏蔽電極3B位于右電極2B 外側(cè)；所述勵磁線圈由上勵磁線圈4A和下勵磁線圈4B組成 其中，所述測量管1為矩形截面結(jié)構(gòu)，其制作材料采用絕緣材料，被測流體在測量 管中流過。其中，所述電極為矩形金屬薄片，由左電極2A和右電極2B組成，左電極2A和右電
極2B對稱附著在測量管1的左右外側(cè)，不與被測流體直接接觸，電極高度與矩形測量管的
內(nèi)壁高度h相等，電極的上下端面分別與測量管內(nèi)壁的上下端面等高。 其中，所述屏蔽電極由左屏蔽電極3A和右屏蔽電極3B組成，左屏蔽電極3A位于
左電極2A外側(cè)，右屏蔽電極3B位于右電極2B外側(cè)，且屏蔽電極將電極包圍在其內(nèi)部，實現(xiàn)
對電極的屏蔽，屏蔽電極中心有一小孔用來引出電極上的連接導線。 其中，所述勵磁線圈由上勵磁線圈4A和下勵磁線圈4B組成，分別位于測量管的上 下兩側(cè)，并通過串聯(lián)的方式連接在一起，在勵磁電路5提供的勵磁電流下，產(chǎn)生同頻工作的 均勻磁場，其磁場方向與兩電極中心的連線垂直正交。


圖1是本發(fā)明專利采用的電磁流量傳感器結(jié)構(gòu)及其與轉(zhuǎn)換器接線示意圖；
圖2是本發(fā)明專利的電極及屏蔽電極設置示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明專利實施例作進一步詳細描述。 如圖1是電磁流量傳感器結(jié)構(gòu)及其與轉(zhuǎn)換器接線示意圖，測量管1采用矩形截面 結(jié)構(gòu)，其制作材料采用絕緣材料，被測流體在測量管中流過；勵磁線圈由上勵磁線圈4A和 下勵磁線圈4B組成，分別位于測量管的上下兩側(cè)，并通過串聯(lián)的方式連接在一起，在勵磁 電路5提供的勵磁電流下，產(chǎn)生同頻工作的均勻磁場，其磁場方向與兩電極中心的連線垂 直正交；電極為矩形金屬薄片，由左電極2A和右電極2B組成，左電極2A和右電極2B對稱 附著在測量管1的左右外側(cè)，不與被測流體直接接觸，電極高度與矩形測量管的內(nèi)壁高度h 相等，電極的上下端面分別與測量管內(nèi)壁的上下端面等高；屏蔽電極由左屏蔽電極3A和右屏蔽電極3B組成，左屏蔽電極3A位于左電極2A外側(cè)，右屏蔽電極3B位于右電極2B外側(cè)， 左屏蔽電極3A和左電極2A分別通過由屏蔽層7A和導線6A組成的屏蔽線與前置放大器8A 的輸入端和輸出端相連，右屏蔽電極3B和右電極2B分別通過由屏蔽層7B和導線6B組成 的屏蔽線與前置放大器8B的輸入端和輸出端相連，前置放大器8A、8B均采用電壓跟隨器形 式，從而形成等電勢屏蔽，防止信號線分布電容對信號電壓的衰減；前置放大器8A、8B輸出 的信號經(jīng)差分放大器9后，送入信號處理模塊10，經(jīng)過相應處理計算得到管內(nèi)流體的平均 流速。 如圖2是電極及屏蔽電極設置示意圖。電極2B位于測量管1的外側(cè)，屏蔽電極3B 將電極2B包圍在其內(nèi)部，對電極進行完全屏蔽，屏蔽電極3B中心有一小孔用來引出電極上 的連線導線。 測量管1為矩形截面結(jié)構(gòu)，在均勻磁場的作用下，流體在測量管中流動，產(chǎn)生的感 應電動勢電力線都平行于電極中心連線。上述的電磁流量傳感器結(jié)構(gòu)下，各點的權(quán)重函數(shù) Wy是一個常數(shù)，從而保證感應電動勢與斷面的流速積分值成正比，而與斷面的速度分布無關(guān)。 左電極2A和右電極2B均位于測量管的外側(cè)，不與所測液體接觸，從而避免了電極 的腐蝕、污染、泄漏以及漿狀流體噪聲的問題。 以上對本發(fā)明及其實施方式的描述，并不局限于此，附圖中所示僅是本發(fā)明的實 施方式之一。在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造地設計出與該技術(shù)方案類似的 結(jié)構(gòu)或?qū)嵤├?，均屬本發(fā)明保護范圍。
權(quán)利要求
一種具有矩形截面結(jié)構(gòu)的電容式電磁流量傳感器，包括測量管、電極、屏蔽電極及勵磁線圈，其特征在于所述測量管(1)為矩形截面結(jié)構(gòu)；所述電極由左電極(2A)和右電極(2B)組成，左電極(2A)和右電極(2B)對稱附著在測量管(1)的左右外側(cè)；所述屏蔽電極由左屏蔽電極(3A)和右屏蔽電極(3B)組成，左屏蔽電極(3A)位于左電極(2A)外側(cè)，右屏蔽電極(3B)位于右電極(2B)外側(cè)；所述勵磁線圈由上勵磁線圈(4A)和下勵磁線圈(4B)組成。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種具有矩形截面結(jié)構(gòu)的電容式電磁流量傳感器，其特征在 于所述測量管(1)為矩形截面結(jié)構(gòu)，其制作材料采用絕緣材料，被測流體在測量管中流過。
3. 按照權(quán)利要求1所述的一種具有矩形截面結(jié)構(gòu)的電容式電磁流量傳感器，其特征 在于所述電極為矩形金屬薄片，由左電極(2A)和右電極(2B)組成，左電極(2A)和右電極 (2B)對稱附著在測量管(1)的左右外側(cè)，不與被測流體直接接觸，電極高度與矩形測量管 的內(nèi)壁高度(h)相等，電極的上下端面分別與測量管內(nèi)壁的上下端面等高。
4. 按照權(quán)利要求1所述的一種具有矩形截面結(jié)構(gòu)的電容式電磁流量傳感器，其特征在 于所述屏蔽電極由左屏蔽電極(3A)和右屏蔽電極(3B)組成，左屏蔽電極(3A)位于左電極 (2A)夕卜側(cè)，右屏蔽電極(3B)位于右電極(2B)夕卜側(cè)，且屏蔽電極將電極包圍在其內(nèi)部，實現(xiàn) 對電極的屏蔽，屏蔽電極中心有一小孔用來引出電極上的連接導線。
5. 按照權(quán)利要求1所述的一種具有矩形截面結(jié)構(gòu)的電容式電磁流量傳感器，其特征在 于所述勵磁線圈由上勵磁線圈(4A)和下勵磁線圈(4B)組成，分別位于測量管的上下兩側(cè)， 并通過串聯(lián)的方式連接在一起，在勵磁電路(5)提供的勵磁電流下，產(chǎn)生同頻工作的均勻 磁場，其磁場方向與兩電極中心的連線垂直正交。
全文摘要
一種具有矩形截面結(jié)構(gòu)的電容式電磁流量傳感器，包括測量管、電極、屏蔽電極及勵磁線圈，其特征在于所述測量管為矩形截面結(jié)構(gòu)，其制作材料采用絕緣材料，被測流體在測量管中流過；所述電極為矩形金屬薄片，由左電極和右電極組成，左電極和右電極對稱附著在測量管的外側(cè)；所述屏蔽電極由左屏蔽電極和右屏蔽電極組成，左屏蔽電極位于左電極外側(cè)，右屏蔽電極位于右電極外側(cè)，且屏蔽電極將電極包圍在其內(nèi)部；所述勵磁線圈位于測量管的上下兩側(cè)，結(jié)合勵磁電路產(chǎn)生均勻磁場，其磁場方向與兩電極中心的連線垂直正交。本發(fā)明能夠做到測量輸出不受流速分布影響并且避免了電極的腐蝕、污染、泄漏以及漿狀流體噪聲的影響等問題。
文檔編號G01F1/58GK101699227SQ20091023629
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者凌琪, 徐立軍, 曹章, 范士偉 申請人:北京航空航天大學