双激励式非满管电磁流量计研究

　　1　非满管中的流量测量

　　在非满管液体流量测量中,使用一般的电磁流量计测量存在着3个主要问题必须解决:

　　(1)当一般的电磁流量计中流过管道的液位不充满整个管道时,流体的横截面积就不等于管道的横截面积,此时实际流量Q

　　(2)当液位低于管道的一半(半管)时,电磁流量计的两电极就接触不到流体介质,也就无感应电动势的产生。

　　(3)非满管中液位的高度h可能随时变化,此时流体介质的横截面积是变化不定的,并且有时可能有较大的波动。

　　解决问题的办法为:

　　(1)液体介质的流速同样通过测感应电动的方法获得,但计算实际流量时使:

　　式中:A实为流体的实际横截面积,V为流体的速度。

　　(2)把电磁流量计的两电极点位置放低,如使其高度为管子直径D的1/10,这样除了流体小于此高度时不能测量流量外,但能保证液体高度大于1/10D时的测量精度。当流体高度为1/10D时,流体截面积为管道横截面积的14.4%。一般使用时,流体高度将高于1/10D,当然也可以根据实际需要再下移。

　　(3)在电磁流量计管道的横截面正中再安装一液位计,如图1所示。测量液体介质的液位高度,这样就能得到流体介质流过流量计时的实际横截面,所以只要测得管内液位高度h和感应电动势e就能算出实际的流量Q的值。

　　2　双激励非满管电磁流量计设计

　　电磁流量计传统的应用领域是测量满管流量,若要实现非满管的测量,则需要对传感器进行改进。主要有2种类型:一种是传统的流速面积法,由电磁流速传感器测量流速,由液位传感器检测流通面积,两者相乘得流量;另一种是由多对电极(或多电容)结构组成的电磁流量传感器配用专门的转换器测得流量。

　　2.1　方案提出

　　从电磁流量计传感器原理来看,电极上感应的信号电压是电极截面内所有质点电位的集合。在非满管传感器内,不论过水截面如何改变,流体流动的质点总会有感应电势,这些电势一定要处于电极的集合范围内。显然,电极不能脱离流体,否则电极不会得到感应的流量信号。

　　基于以上原理,经过长期实验和总结前人经验,提出一种在原电磁流量计点电极基础上使用长弧形电极的改进方案。长弧形电极从管道截面液位高度10%向上延伸到液位高度90%处,并将长弧形电极之间的流体等效成纯电阻,不同液位高度对应不同的等效阻抗值或电导值,如图2所示。

　　2.2　理论推导

　　本方案是在原电磁流量计进行磁激励的间隙加入有效的电压激励,从一对长弧形电极上获得管道内液位信息。此办法通过双激励技术消除了极化干扰,以及并联式电压激励模块的使用,又可以忽略电容在低压低频条件下的影响,认为管道内长弧形电极传感器两端只是等效为一个纯电阻Rx,图3为分压测量电路的简化原理图。