電磁流量計屬于速度流量計的一種,電磁流量計所測得的體積流量實際上不受流體密度、黏度、溫度和壓力變化的明顯影響,還可應(yīng)用于腐蝕性流體的測量,因而**應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。目前市面上大多數(shù)的電磁流量計僅能用于滿管的流量測量,對于流體未充滿管道或者流體在滿管與非滿管之間的轉(zhuǎn)換過程中,由于管內(nèi)的流體截面面積不再是測量管的橫截面積,用傳統(tǒng)的流量計得出的結(jié)果不準(zhǔn)確,所以非滿管流量測量需要測量管內(nèi)流體平均流速和液位高度這兩個參數(shù)。本文中基于電容式傳感器的基本原理,利用流量計村里和管內(nèi)流體作為介質(zhì),同時向兩個圓弧形的電極片通人高頻激勵電壓構(gòu)成電容式傳感器,測得液位高度和流體的平均流速,從而得出管道未充滿時流體的流量值。
1.電磁流量計的基本工作原理
電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電性液體體積流量的儀表。當(dāng)流體通過電磁流量計時將切割磁力線,在電極兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。其感應(yīng)電壓信號通
過兩個電極檢出,并通過電纜傳送至轉(zhuǎn)換器,經(jīng)過信號處理及相關(guān)運算后,將累計流量和瞬時流量顯示在轉(zhuǎn)換器的顯示屏上。兩個測量電極間的感應(yīng)電勢E與被測流體的平均流速V有
如下關(guān)系:
式中:E為感應(yīng)電動勢;K為儀表系數(shù);B為磁感應(yīng)強度;D為測量管的等效直徑;為測量管內(nèi)流體的平均流速。當(dāng)體積流量為Q時,可表示為
上式說明,當(dāng)直徑D和磁感應(yīng)強度B一定時,流量Q和感應(yīng)電動勢E呈線性關(guān)系,可以通過感應(yīng)電勢值得出流體流量。
2.非滿管電磁流量計傳感器
2.1非滿管電磁流量計測量原理
管道式電磁流量計在工作的過程中,可能會出現(xiàn)管道中流體未充滿的情況,或者在流體流動過程中,流體處于滿管向非滿管的轉(zhuǎn)換狀態(tài)中,這時傳統(tǒng)的管道式流量計中的流體會出現(xiàn)2種流動狀態(tài):一種是被測流體過了測量管的中心線,但是未充滿管道的情況,此時如果仍按傳統(tǒng)流量計的測量原理,則實際值=測量值-上部空氣部分
由權(quán)重函數(shù)的理論可知,電極上感應(yīng)的信號電壓是電極斷面內(nèi)所有質(zhì)點點位的集合,不論流體在管道中橫截面如何變化,流體流動的質(zhì)點都會有感應(yīng)電勢,但是這些電勢一定要處于電極的集合范圍內(nèi),如果電極暴露在空氣中,電極不會得出感應(yīng)的流量信號。當(dāng)流體未充滿管道時,管中流體的實際流量值Q實=A實*V·,而管中流體的截面積為：
式中h為液面高度。
而不再是A=πD2/4,由此可知,非滿管的流量測量須同時測量液位高度和流體的平均流速兩個變量。
2.2非滿管電磁流量計傳感器結(jié)構(gòu)
基于以上原理,通過電容式傳感器的基本原理,流體在流動的過程中,利用流量計襯里和管內(nèi)流體作為介質(zhì),同時在流量計村里與管壁之間采用圓弧形電極片,電極片與村里和管中流體形成電容式傳感器,結(jié)構(gòu)如圖1所示。
如圖1所示結(jié)構(gòu),圓弧形電極片在高度方向上從10%D到90%D,這樣能保證在此區(qū)域內(nèi),流體截面積變化時,電磁流量傳感器能準(zhǔn)確測得流體流量值。
2.3非滿管電磁流量計工作原理
非滿管電磁流量計采用雙激勵機制,即勵磁激勵和電壓激勵雙激勵機制,在勵磁激勵的作用下,通過勵磁電路產(chǎn)生相應(yīng)的磁感應(yīng)強度,從而在電極上得出與流速對應(yīng)的電勢信號;在激勵電極的作用下,向激勵電極通人高頻電壓,使兩圓弧形電極片與其之間的介質(zhì)形成電容式傳感器,通過電容量的測量,經(jīng)過控制系統(tǒng)后得出與電容對應(yīng)的液位高度信號。兩個過程互不干涉,在通人高頻電壓的時候關(guān)閉勵磁,勵磁的時候不通高頻電壓。然后經(jīng)過控制系統(tǒng)分析處理后得出非滿管流體的相應(yīng)流量值。整個系統(tǒng)框圖如圖2所示。
流體在管道內(nèi)沿與磁感應(yīng)線垂直的方向流動時,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,此時,兩電極片、村里和流體一起構(gòu)成電容式傳感器,如圖3所示。
根據(jù)電容式傳感器基本原理,此傳感器的等效電路如圖4所示。
由電容式傳感器基本原理可知,電極片、村里和流體一起構(gòu)成了變介電常數(shù)型電容傳感器,兩極片間電容為上、下兩部分電容并聯(lián)而成,其中C1和C3、C2和C4,分別為串聯(lián),其總電容的計算如下
如圖3所示,管中液體將測量管分為上、下兩部分,其中空氣的介電常數(shù)為Eo,流體的介電常數(shù)為E1,村里的介電常數(shù)為E2,根據(jù)電容式傳感器模擬計算方法可知:
對于C1和C2,由于極板間間距沒有改變,而且是單一介質(zhì),其值可近似作為平行板電容器計算:
式中:a為村里內(nèi)半徑,m;h為液位高度,m;b為電極內(nèi)徑,m;l為電極片軸向長度,m
3.非滿管電磁流量計實驗裝量設(shè)計
利用兩圓弧形電極片與管中的介質(zhì)構(gòu)成電容式傳感器的基本原理,測量非滿管導(dǎo)電流體流量。實驗裝置如圖5所示。
實驗介質(zhì)是具有一定電導(dǎo)率的液體,為保證液體流動,采用水泵持續(xù)供水。實驗裝置采用常用的PVC管作為測量管,同時用聚四氯乙烯作為電磁流量計村里介質(zhì),勵磁線圈采用低頻矩形波磁,同時在實驗樣機中接人信號處理和控制、顯示設(shè)備等裝置。管到尾部接調(diào)節(jié)閥以控制流體流動。為保證進入樣機中的流體流動平穩(wěn),前部分管道長度保證為樣機管道直徑的5倍。為保證管中流體流動平穩(wěn)和非滿管液位的要求,更好的測量效果,水箱1采用分層設(shè)計,利用插入板的不同高度來控制液位的高度,從而得到不同的液位高度測量。水箱2中裝有實際流量測量裝置,用來和理論值、測量值進行對比。
4.結(jié)東語
非滿管電磁流量計的流量測量問題是國內(nèi)外工業(yè)研究的熱點,文中提出一種新的非滿管電磁流量計測量方法,通過理論和實驗分析認(rèn)為該方法能較為準(zhǔn)確地測量非滿管導(dǎo)電流體流量值,同時也提供了一種新的圓弧形結(jié)構(gòu)的液位測量方法。但由于該方法采用圓弧形片電極與介質(zhì)耦合形成電容值,電極片的安裝工藝要求較高,同時介質(zhì)材料的選擇須得當(dāng)。
上一條：
智能型外置式超聲波液位計產(chǎn)品特點工作原理
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靶式流量計的應(yīng)用特點及工作原理
