一種插入式電磁流量計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種插入式電磁流量計(jì)。本發(fā)明由插入式流量傳感器和轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。插入式流量傳感器由檢測(cè)頭、插入桿、安裝法蘭、接線盒組成；檢測(cè)頭和插入桿均為圓柱體，其中檢測(cè)頭的柱腔內(nèi)裝有勵(lì)磁線圈、鐵芯、引線及兩對(duì)與流體接觸的電極；插入桿一端與接線盒相連接，另一端與檢測(cè)頭相連接；安裝法蘭焊接在插入桿中上部，用于固定、密封插入式流量傳感器；轉(zhuǎn)換器輸入端子與接線盒的輸出端子相連接。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了插入式電磁流量計(jì)作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大口徑流量計(jì)的在線校準(zhǔn)。
【專利說(shuō)明】
_種插入式電磁流量計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于現(xiàn)場(chǎng)大口徑流量計(jì)在線校準(zhǔn)的插入式電磁流量計(jì)及其流量 測(cè)量模型。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大口徑流量計(jì)進(jìn)行在線校準(zhǔn)時(shí)，通常采用外夾式超聲波流量計(jì)作為校 準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器的標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法或電參數(shù)檢驗(yàn)法。然而，上述兩種方法均不能很好的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)大 口徑流量計(jì)的"在線"校準(zhǔn)，存在問(wèn)題如下:①由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，難以將作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器 的外夾式超聲波流量計(jì)的換能器在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量管道上安裝到位。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量管道上安裝外夾 式超聲波流量計(jì)的換能器時(shí)，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管道的壁厚、外周長(zhǎng)等進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，然后將測(cè)量 得到的參數(shù)、被測(cè)介質(zhì)類型、測(cè)量管道材質(zhì)和安裝方式等由超聲波流量計(jì)的參數(shù)設(shè)置界面 輸入，超聲波流量計(jì)根據(jù)輸入的參數(shù)得出換能器的安裝距離。根據(jù)得到的換能器安裝距離， 在測(cè)量管道上測(cè)量并確定換能器的安裝位置，同時(shí)將換能器安裝在測(cè)量管道上。由于現(xiàn)場(chǎng) 條件很難保證測(cè)量參數(shù)(如外周長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)一般的測(cè)量管道都涂有一定厚度的防銹漆，且防銹 漆厚度難以確定，故難以準(zhǔn)確測(cè)量測(cè)量管道的外周長(zhǎng))的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到并輸入 到超聲波流量計(jì)參數(shù)設(shè)置界面的參數(shù)與實(shí)際有偏差，進(jìn)而導(dǎo)致超聲波流量計(jì)根據(jù)這些與實(shí) 際有偏差的參數(shù)計(jì)算得到的換能器安裝距離與實(shí)際產(chǎn)生偏差；另外，在測(cè)量管道上測(cè)量并 確定換能器安裝位置時(shí)，同樣無(wú)法保證探頭安裝位置的準(zhǔn)確性，從而導(dǎo)致探頭安裝距離再 一次與實(shí)際產(chǎn)生偏差。這些安裝偏差，將會(huì)對(duì)插入式超聲波流量計(jì)的流量測(cè)量帶來(lái)較大的 不確定度，影響對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大口徑流量計(jì)的校準(zhǔn)結(jié)果;②根據(jù)量值溯源重復(fù)性的要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大 口徑流量計(jì)的校準(zhǔn)時(shí)，校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器必須具有較好的測(cè)量重復(fù)性，也即作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器的超 聲波流量計(jì)的必須具有較好的測(cè)量重復(fù)性。影響超聲波流量計(jì)測(cè)量重復(fù)性的關(guān)鍵因素是換 能器的安裝，因此要保證超聲波流量計(jì)具有較好的測(cè)量重復(fù)性，必須保證換能器安裝具有 較好的重復(fù)性，由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，無(wú)法保證換能器的安裝重復(fù)性，進(jìn)而影響超聲波流量 計(jì)的測(cè)量重復(fù)性;③電參數(shù)檢驗(yàn)法主要是通過(guò)測(cè)量影響現(xiàn)場(chǎng)大口徑流量計(jì)計(jì)量性能的關(guān)鍵 參數(shù)數(shù)的方法來(lái)檢驗(yàn)流量計(jì)是否工作正常，只能確定流量計(jì)工作正常與否，無(wú)法確定電參 數(shù)測(cè)量與流量測(cè)量值之間的函數(shù)關(guān)系，因此不能很好的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)電磁流量計(jì)的校準(zhǔn)。
[0003] 此外，現(xiàn)有技術(shù)條件下的插入式電磁流量計(jì)的測(cè)量電極一般為單對(duì)，要求安裝時(shí) 必須保證測(cè)量電極對(duì)與導(dǎo)電液體的流向垂直，才能根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得到有效的感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì):E = BVL，然后根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、流速與流量之間的關(guān)系得到測(cè)量管道內(nèi)導(dǎo)電液體 的流量。如果在安裝時(shí)測(cè)量電極對(duì)與導(dǎo)電液體的流向不垂直，即產(chǎn)生了不等于I的夾角β， 則測(cè)量得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)?E' =BVLsinfi，比較式E = BVL和式E' =BVLsinfi可以看出，由 于安裝產(chǎn)生的不等于f的夾角邱勺存在，導(dǎo)致，也即只要測(cè)量電極對(duì)與導(dǎo)電液體的流向 不垂直，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就會(huì)減小。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小將會(huì)大大影響插入式電磁流量計(jì)的 流量測(cè)量的效果，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的測(cè)量。通常情況下，由于現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的限制，很 難將插入式電磁流量計(jì)的測(cè)量電極對(duì)安裝到與導(dǎo)電液體流向垂直的位置，因此現(xiàn)有技術(shù)條 件下的插入式電磁流量計(jì)存在著無(wú)法克服的缺陷，無(wú)法很好地滿足作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行現(xiàn) 場(chǎng)大口徑流量計(jì)的校準(zhǔn)，因此現(xiàn)有技術(shù)條件下的插入式電磁流量計(jì)也無(wú)法作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大口徑流量計(jì)的校準(zhǔn)。
[0004] 由于外夾式超聲波流量計(jì)、現(xiàn)有技術(shù)條件下的插入式電磁流量計(jì)作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器 的標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法或電參數(shù)檢驗(yàn)法存在上述的諸多缺陷，因此均不能很好的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)大口徑 流量計(jì)的"在線"校準(zhǔn)，因此急需一種新型的用于現(xiàn)場(chǎng)大口徑流量計(jì)在線校準(zhǔn)的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器 替代目前的外夾式超聲波流量計(jì)、現(xiàn)有技術(shù)條件下的插入式電磁流量計(jì)作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器的 標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法或電參數(shù)檢驗(yàn)法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種用于現(xiàn)場(chǎng)大口徑流量計(jì)在線校準(zhǔn)的插入式電磁流量計(jì) 及其流量測(cè)量模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大口徑流量計(jì)進(jìn)行在線校準(zhǔn)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:所提供的插入式電磁流量計(jì)包括 檢測(cè)頭、插入桿、安裝法蘭、接線盒、兩對(duì)電極對(duì)和轉(zhuǎn)換器;檢測(cè)頭一端與插入桿相連接，另 一端對(duì)稱安裝有兩對(duì)與流體接觸的測(cè)量電極對(duì)，且這兩對(duì)電極對(duì)處在同一平面上;一對(duì)電 極對(duì)中兩個(gè)電極確定的直線與另一對(duì)電極對(duì)中兩個(gè)電極確定的直線相互垂直;一對(duì)電極對(duì) 中的兩個(gè)測(cè)量電極之間的距離與另一對(duì)測(cè)量電極對(duì)中得兩個(gè)測(cè)量電極之間的距離相等。檢 測(cè)頭內(nèi)腔中裝有勵(lì)磁線圈、鐵芯、引線。插入桿一端與接線盒相連接，另一端與檢測(cè)頭相連 接;安裝法蘭焊接在插入桿中上部。轉(zhuǎn)換器通過(guò)導(dǎo)線與接線盒相連接，將兩對(duì)測(cè)量電極對(duì)產(chǎn) 生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)進(jìn)行放大、處理，轉(zhuǎn)換成測(cè)量管道內(nèi)部?jī)蓪?duì)測(cè)量電極對(duì)位置處的流速， 再根據(jù)流速與流量的關(guān)系，得到測(cè)量管道內(nèi)導(dǎo)電液體的流量，并進(jìn)行顯示。
[0007] 本發(fā)明的有益效果是:根據(jù)兩對(duì)測(cè)量電極對(duì)的布置方式，結(jié)合本發(fā)明中插入式式 電磁流量計(jì)流量測(cè)量模型的推導(dǎo)過(guò)程，可以得出兩對(duì)測(cè)量電極對(duì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的合成跟測(cè)量 電極對(duì)與導(dǎo)電液體流向所形成的夾角無(wú)關(guān)，也即兩對(duì)測(cè)量電極對(duì)產(chǎn)生合成電動(dòng)勢(shì)與插入式 電磁流量計(jì)安裝角度無(wú)關(guān)。再結(jié)合式⑨可知，插入式電磁流量計(jì)對(duì)管道中導(dǎo)電液體進(jìn)行流 量測(cè)量得到的流量大小與插入式電磁流量計(jì)的安裝角度無(wú)關(guān)。由此看出，該發(fā)明有效解決 了現(xiàn)有技術(shù)條件下的插入式電磁流量計(jì)存在的無(wú)法克服的缺陷，可以較好的實(shí)現(xiàn)插入式電 磁流量計(jì)對(duì)流量的測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是本發(fā)明的插入式電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)圖。
[0009] 圖2是本發(fā)明插入式電磁流量計(jì)中兩對(duì)測(cè)量電極對(duì)的結(jié)構(gòu)布置圖。
[0010] 圖3是本發(fā)明插入式電磁流量計(jì)中兩對(duì)測(cè)量電極對(duì)與流速方向的關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]本發(fā)明通過(guò)對(duì)外夾式超聲波流量計(jì)、現(xiàn)有技術(shù)條件下的插入式電磁流量計(jì)作為校 準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器的標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法或電參數(shù)檢驗(yàn)法校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)大口徑流量計(jì)時(shí)凸顯出的諸多局限性 的分析，并通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型的方式，發(fā)明了一種不受安裝角度影響的插入式電磁流量計(jì)， 可作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大口徑流量計(jì)的在線校驗(yàn)。
[0013] 如圖1所示，本發(fā)明的插入式電磁流量計(jì)包括檢測(cè)頭1、插入桿2、安裝法蘭3、接線 盒4、測(cè)量電極對(duì)51、測(cè)量電極對(duì)52、轉(zhuǎn)換器6;所述的檢測(cè)頭1和插入桿2為圓柱體。所述的檢 測(cè)頭1 一端與插入桿2相連接，另一端對(duì)稱安裝有兩對(duì)與流體接觸的測(cè)量電極對(duì)51和測(cè)量電 極對(duì)52;檢測(cè)頭1內(nèi)腔中裝有勵(lì)磁線圈、鐵芯、引線。所述的插入桿2-端與接線盒4相連接， 另一端與檢測(cè)頭1相連接;所述的安裝法蘭3焊接在插入桿2中上部;如圖2所示，所述的測(cè)量 電極對(duì)51與測(cè)量電極對(duì)52安裝在同一平面上，由測(cè)量電極對(duì)51中兩個(gè)電極確定的直線與測(cè) 量電極對(duì)52中兩個(gè)電極確定的直線相互垂直，測(cè)量電極對(duì)51中兩個(gè)測(cè)量電極之間的距離L 1 與測(cè)量電極對(duì)52中兩個(gè)測(cè)量電極之間的距離L2相等，即L1=L2;所述的轉(zhuǎn)換器通過(guò)導(dǎo)線與接 線盒相連接，將測(cè)量電極51和測(cè)量電極對(duì)51產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)進(jìn)行合成、放大、處理， 轉(zhuǎn)換成測(cè)量管道內(nèi)部測(cè)量電極對(duì)51和測(cè)量電極對(duì)51位置處的流速，再根據(jù)流速與流量的關(guān) 系，得到測(cè)量管道內(nèi)導(dǎo)電液體的流量，并進(jìn)行顯示。
[0014] 如圖3所示，利用發(fā)明的插入式電磁流量計(jì)對(duì)測(cè)量管道內(nèi)導(dǎo)電液體進(jìn)行流量測(cè)量 時(shí)，如果測(cè)量電極對(duì)51中兩個(gè)電極確定的直線與流速方向夾角為α，則測(cè)量電極對(duì)52中兩個(gè) 電極確定的直線與流量方向夾角為，模型如下：
[0015] 測(cè)量電極對(duì)51產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為：
[0016] Ei = BViLisina ①
[0017] 式中，E1為測(cè)量電極對(duì)51產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì);B為磁場(chǎng)強(qiáng)度;V1為測(cè)量電極對(duì)51位置處液 體的流速山為測(cè)量電極對(duì)51中兩個(gè)測(cè)量電極之間的距離;a為測(cè)量電極對(duì)51中兩個(gè)電極確 定的直線與導(dǎo)電液體流向所形成的夾角。
[0018] 由于測(cè)量電極對(duì)51中兩個(gè)電極確定的直線與測(cè)量電極對(duì)52中兩個(gè)電極確定的直 線相互垂直，則測(cè)量電極對(duì)52產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為：
[0019] ②
[0020] AT，t273WJM電攸別產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì);B為磁場(chǎng)強(qiáng)度;V2為測(cè)量電極對(duì)52位置處液 體的流速;L2為測(cè)量電極對(duì)52中兩個(gè)測(cè)量電極之間的距離。
[0021]由于測(cè)量電極對(duì)51和測(cè)量電極對(duì)52安裝在同一平面上，故測(cè)量電極對(duì)51位置處液 體的流速￥:與測(cè)量電極對(duì)52位置處液體的流速V2相等，SPV1=V2t3 [0022] 令L1=L2=L ,V1=V2=V,則式①和式②可以變?yōu)椋?br>[0023]
[0024] ④
[0025]
[0026] _
[0027] 根據(jù)矢量疊加原理，本發(fā)明的插入式電磁流量計(jì)測(cè)量電極對(duì)51和測(cè)量電極對(duì)52產(chǎn) 生的合成電動(dòng)勢(shì)可以表示為：
[0028]
(6)
[0029] 式中，E為測(cè)量電極對(duì)51和測(cè)量電極對(duì)51產(chǎn)生的合成電動(dòng)勢(shì)。
[0030] 將式④和式⑤代入式⑥，可以得到：
[0031] E = BVL ⑦
[0032]由式⑦可以得到：
[0033]
Φ
[0034] 如果插入式電磁流量計(jì)安裝在截面積為S的管道上，則插入式電磁流量計(jì)對(duì)管道 中導(dǎo)電液體進(jìn)行流量測(cè)量的模型為：
[0035]
(9)
[0036] 式中，Q為管道中導(dǎo)電液體的流量;K為插入式電磁流量計(jì)的儀表系數(shù)。
[0037] 式⑨為插入式電磁流量計(jì)對(duì)管道中導(dǎo)電液體進(jìn)行流量測(cè)量的模型。
[0038] 根據(jù)式⑦，結(jié)合測(cè)量電極對(duì)51和測(cè)量電極對(duì)52的布置方式，可以得到如下結(jié)論:測(cè) 量電極對(duì)51和測(cè)量電極對(duì)52產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的合成跟測(cè)量電極對(duì)51中兩個(gè)電極確定的直線與 導(dǎo)電液體流向所形成的夾角無(wú)關(guān)，也即測(cè)量電極對(duì)51和測(cè)量電極對(duì)52產(chǎn)生合成電動(dòng)勢(shì)與插 入式電磁流量計(jì)安裝角度無(wú)關(guān)。再結(jié)合式⑨可知，插入式電磁流量計(jì)對(duì)管道中導(dǎo)電液體進(jìn) 行流量測(cè)量得到的流量大小與插入式電磁流量計(jì)的安裝角度無(wú)關(guān)。
[0039] 本發(fā)明的有效解決了現(xiàn)有技術(shù)條件下的插入式電磁流量計(jì)存在的無(wú)法克服的缺 陷，可以較好的實(shí)現(xiàn)插入式電磁流量計(jì)對(duì)流量的測(cè)量。
[0040] 上述【具體實(shí)施方式】用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的 精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種插入式電磁流量計(jì)，其特征在于:包括檢測(cè)頭（1)、插入桿(2)、安裝法蘭(3)、接 線盒(4)、測(cè)量電極對(duì)(51)、測(cè)量電極對(duì)(52)、轉(zhuǎn)換器(6);所述的檢測(cè)頭（1)和插入桿(2)為 圓柱體;所述的檢測(cè)頭（1) 一端與插入桿(2)-端相連接，另一端對(duì)稱安裝有與流體接觸的 測(cè)量電極對(duì)(51)和測(cè)量電極對(duì)(52);檢測(cè)頭（1)內(nèi)腔中裝有勵(lì)磁線圈、鐵芯、引線;所述的插 入桿(2)另一端與接線盒(4)相連接;所述的安裝法蘭(3)焊接在插入桿(2)中上部;轉(zhuǎn)換器 (6)通過(guò)與接線盒相(4)連接，將兩對(duì)測(cè)量電極對(duì)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)進(jìn)行放大、處理，轉(zhuǎn) 換成測(cè)量管道內(nèi)部?jī)蓪?duì)測(cè)量電極對(duì)位置處的流速，再根據(jù)流速與流量的關(guān)系，得到測(cè)量管 道內(nèi)導(dǎo)電液體的流量，并進(jìn)行顯示。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種插入式電磁流量計(jì)，其特征在于:所述的測(cè)量電極對(duì)(51) 與測(cè)量電極對(duì)(52)安裝在同一平面上；由測(cè)量電極對(duì)(51)中兩個(gè)電極確定的直線與測(cè)量電 極對(duì)(52)中兩個(gè)電極確定的直線相互垂直;所述的測(cè)量電極對(duì)(51)中兩個(gè)測(cè)量電極之間的 距離U與測(cè)量電極對(duì)(52)中兩個(gè)測(cè)量電極之間的距離L 2相等。
【文檔編號(hào)】G01F1/58GK105841760SQ201610150363
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月16日
【發(fā)明人】鄭建英, 馬龍博
【申請(qǐng)人】浙江省計(jì)量科學(xué)研究院