電磁流量計(jì)屬于速度流量計(jì)的一種,電磁流量計(jì)所測(cè)得的體積流量實(shí)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(cè)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(jì)僅能用于滿管的流量測(cè)量,對(duì)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(guò)程中,由于管內(nèi)的流體截面面積不再是測(cè)量管的橫截面積,用傳統(tǒng)的流量計(jì)得出的結(jié)果不準(zhǔn)確,所以非滿管流量測(cè)量需要測(cè)量管內(nèi)流體平均流速和液位高度這兩個(gè)參數(shù)。本文中基于電容式傳感器的基本原理,利用流量計(jì)村里和管內(nèi)流體作為介質(zhì),同時(shí)向兩個(gè)圓弧形的電極片通人高頻激勵(lì)電壓構(gòu)成電容式傳感器,測(cè)得液位高度和流體的平均流速,從而得出管道未充滿時(shí)流體的流量值。
1.電磁流量計(jì)的基本工作原理
電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電性液體體積流量的儀表。當(dāng)流體通過(guò)電磁流量計(jì)時(shí)將切割磁力線,在電極兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。其感應(yīng)電壓信號(hào)通
過(guò)兩個(gè)電極檢出,并通過(guò)電纜傳送至轉(zhuǎn)換器,經(jīng)過(guò)信號(hào)處理及相關(guān)運(yùn)算后,將累計(jì)流量和瞬時(shí)流量顯示在轉(zhuǎn)換器的顯示屏上。兩個(gè)測(cè)量電極間的感應(yīng)電勢(shì)E與被測(cè)流體的平均流速V有
如下關(guān)系:
式中:E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);K為儀表系數(shù);B為磁感應(yīng)強(qiáng)度;D為測(cè)量管的等效直徑;為測(cè)量管內(nèi)流體的平均流速。當(dāng)體積流量為Q時(shí),可表示為
上式說(shuō)明,當(dāng)直徑D和磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定時(shí),流量Q和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E呈線性關(guān)系,可以通過(guò)感應(yīng)電勢(shì)值得出流體流量。
2.非滿管電磁流量計(jì)傳感器
2.1非滿管電磁流量計(jì)測(cè)量原理
管道式電磁流量計(jì)在工作的過(guò)程中,可能會(huì)出現(xiàn)管道中流體未充滿的情況,或者在流體流動(dòng)過(guò)程中,流體處于滿管向非滿管的轉(zhuǎn)換狀態(tài)中,這時(shí)傳統(tǒng)的管道式流量計(jì)中的流體會(huì)出現(xiàn)2種流動(dòng)狀態(tài):一種是被測(cè)流體過(guò)了測(cè)量管的中心線,但是未充滿管道的情況,此時(shí)如果仍按傳統(tǒng)流量計(jì)的測(cè)量原理,則實(shí)際值=測(cè)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(hào)電壓是電極斷面內(nèi)所有質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)位的集合,不論流體在管道中橫截面如何變化,流體流動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)都會(huì)有感應(yīng)電勢(shì),但是這些電勢(shì)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(huì)得出感應(yīng)的流量信號(hào)。當(dāng)流體未充滿管道時(shí),管中流體的實(shí)際流量值Q實(shí)=A實(shí)*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(cè)量須同時(shí)測(cè)量液位高度和流體的平均流速兩個(gè)變量。
2.2非滿管電磁流量計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)
基于以上原理,通過(guò)電容式傳感器的基本原理,流體在流動(dòng)的過(guò)程中,利用流量計(jì)襯里和管內(nèi)流體作為介質(zhì),同時(shí)在流量計(jì)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(shí),電磁流量傳感器能準(zhǔn)確測(cè)得流體流量值。
2.3非滿管電磁流量計(jì)工作原理
非滿管電磁流量計(jì)采用雙激勵(lì)機(jī)制,即勵(lì)磁激勵(lì)和電壓激勵(lì)雙激勵(lì)機(jī)制,在勵(lì)磁激勵(lì)的作用下,通過(guò)勵(lì)磁電路產(chǎn)生相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,從而在電極上得出與流速對(duì)應(yīng)的電勢(shì)信號(hào);在激勵(lì)電極的作用下,向激勵(lì)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(guò)電容量的測(cè)量,經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)后得出與電容對(duì)應(yīng)的液位高度信號(hào)。兩個(gè)過(guò)程互不干涉,在通人高頻電壓的時(shí)候關(guān)閉勵(lì)磁,勵(lì)磁的時(shí)候不通高頻電壓。然后經(jīng)過(guò)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(gè)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(dòng)時(shí),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),此時(shí),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(jì)算如下
如圖3所示,管中液體將測(cè)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(jì)算方法可知:
對(duì)于C1和C2,由于極板間間距沒(méi)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(jì)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(zhǎng)度,m
3.非滿管電磁流量計(jì)實(shí)驗(yàn)裝量設(shè)計(jì)
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(cè)量非滿管導(dǎo)電流體流量。實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。
實(shí)驗(yàn)介質(zhì)是具有一定電導(dǎo)率的液體,為保證液體流動(dòng),采用水泵持續(xù)供水。實(shí)驗(yàn)裝置采用常用的PVC管作為測(cè)量管,同時(shí)用聚四氯乙烯作為電磁流量計(jì)村里介質(zhì),勵(lì)磁線圈采用低頻矩形波磁,同時(shí)在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)中接人信號(hào)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(dòng)。為保證進(jìn)入樣機(jī)中的流體流動(dòng)平穩(wěn),前部分管道長(zhǎng)度保證為樣機(jī)管道直徑的5倍。為保證管中流體流動(dòng)平穩(wěn)和非滿管液位的要求,更好的測(cè)量效果,水箱1采用分層設(shè)計(jì),利用插入板的不同高度來(lái)控制液位的高度,從而得到不同的液位高度測(cè)量。水箱2中裝有實(shí)際流量測(cè)量裝置,用來(lái)和理論值、測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比。
4.結(jié)東語(yǔ)
非滿管電磁流量計(jì)的流量測(cè)量問(wèn)題是國(guó)內(nèi)外工業(yè)研究的熱點(diǎn),文中提出一種新的非滿管電磁流量計(jì)測(cè)量方法,通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)分析認(rèn)為該方法能較為準(zhǔn)確地測(cè)量非滿管導(dǎo)電流體流量值,同時(shí)也提供了一種新的圓弧形結(jié)構(gòu)的液位測(cè)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(shí)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(jì)產(chǎn)品特點(diǎn)工作原理
下一條：
靶式流量計(jì)的應(yīng)用特點(diǎn)及工作原理
