專利名稱：多電極流量檢測信號處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及應(yīng)用電磁流量計，尤其涉及一種多電極流量檢測信號處理器。
已有的電磁流量計已被廣泛應(yīng)用于給排水工程、廢水處理以及醫(yī)藥、食品、紡織等許多工業(yè)生產(chǎn)過程中。它的主要特點是傳感器無活動部件，對流體流動基本無干擾，幾乎不會對流體產(chǎn)生附加的壓力損失；測量結(jié)果與被測流體的工作壓力、溫度、粘度等參數(shù)無關(guān)。現(xiàn)有的電磁流量計一般主要由傳感器、勵磁電源、信號放大和處理電路等三部分組成。幾乎所有的傳感器都采用一對電極，電極被安裝在管壁，電極的連線垂直于磁場。由于傳感器結(jié)構(gòu)上的原因，為保證流量計的測量精度，要求流體的流速分布為軸對稱性，為此，安裝時在流量計前要有足夠的直管段長度，這使流量計的應(yīng)用帶來了一定的局限性，特別是大口徑流量計的應(yīng)用。
本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，降低流量計安裝要求的多電極流量檢測信號處理器。
為了達到上述目的本實用新型采取下列措施流體流經(jīng)傳感器產(chǎn)生的感應(yīng)電勢經(jīng)由高阻輸入阻抗放大變換電路后，由PC104計算機控制多點選擇電子切換開關(guān)，將信號輸入儀表放大器進行信號放大，而后通過同步采樣電路，根據(jù)同步控制電路的時序?qū)斎胄盘栠M行同步采樣并保持，并將該信號送至下一級濾波電路進行高、低通濾波，再將信號送至信號放大電路作進一步放大，送到A／D轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，經(jīng)由PC104計算機讀入，PC104計算機系統(tǒng)將各對電極信號讀入進行數(shù)據(jù)處理，將分析求解出管道橫截面上的流速分布以及瞬時流量，累積流量，并在LCD屏上顯示流速分布圖，以及瞬時流量，累積流量參數(shù)。
本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，采用本實用新型制成的電磁流量計還具有如下優(yōu)點1、根據(jù)測得的各電極間的電勢，可以獲得在測量段管截面上的流速分布；2、由流速分布可獲得流體的平均流速或直接利用各電極相對于參考電極的電勢值求積分得到平均流速，該平均流速與流體在管道中的流速分布是否為軸對稱無關(guān)；3、由于流量計輸出的平均流速不受流速分布的影響，因此從原理上講流量計在安裝時不需要特別的直管段，從而大大降低了流量計的安裝要求；4、當(dāng)流量計水平安裝時，根據(jù)位于水平上方各電極的電勢值是否異常，可以判別流體是否為非滿管，并可估計流體的非滿管程度。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作詳細(xì)說明。


圖1是帶多電極流量傳感器的流量檢測信號處理器的電原理示意圖；圖2是同步采樣電路的電原理圖；圖3是多電極流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是電極結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示，當(dāng)導(dǎo)電流體流經(jīng)傳感器1時，由于切割勵磁線圈所產(chǎn)生的磁力線后，在各電極間產(chǎn)生大小不等的感應(yīng)電勢，該感應(yīng)電勢經(jīng)由高阻輸入阻抗放大變換電路2后，由PC104計算機9控制多點選擇電子切換開關(guān)3，選擇不同的輸入電極通道，將信號輸入儀表放大器4進行一千倍左右的信號放大，而后通過同步采樣電路5，根據(jù)同步控制電路11的時序?qū)斎胄盘栠M行同步采樣并保持，并將該信號送至下一級濾波電路6進行高、低通濾波，再將信號送至信號放大電路7作進一步放大，送到A／D轉(zhuǎn)換電路8，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，經(jīng)由PC1049讀入后，進行數(shù)據(jù)處理。
PC104計算機系統(tǒng)9將各對電極信號讀入，并根據(jù)精確的算法，將分析求解出管道橫截面上的流速分布以及瞬時流量，累積流量等，并在LCD屏10上顯示流速分布圖，以及瞬時流量，累積流量等參數(shù)。
如圖2所示，利用與勵磁信號同步的時序信號控制電子開關(guān)S的啟閉，分別對交流輸入信號(與勵磁同步)的正半周和負(fù)半周進行采樣與保持，并由計算機進行信號處理。
圖中C為采樣保持電容，當(dāng)電子開關(guān)S接通后，U2的輸出反饋放大器U1的反相端實現(xiàn)了信號的高阻抗輸入，同時該電路也使保持電容上的電荷轉(zhuǎn)換為低阻抗輸出，使之保證了采樣信號的不失真率。
采樣保持電容須選用漏電小低吸附效應(yīng)的聚丙稀電容器。
該電路能由同步信號控制S，方便地實現(xiàn)對各對電極的數(shù)據(jù)采集，信號保持，以便進行A／D轉(zhuǎn)換。
電路連接關(guān)系如下輸入信號Ui加入運放U1的同相端；U1的反相端分別與U2的反相端和U2的輸出相連，U1的輸出與電子開關(guān)的輸入相連；電子開關(guān)的輸出分別與保持電容C和輸入電阻R相連；保持電容C另一端接地；輸入電阻R另一端與運放U2的同相端相連；U2的輸出與反相端相連，構(gòu)成阻抗轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)低阻輸出；電子開關(guān)控制端S由外電路PC104計算機的同步控制信號控制。
如圖3所示，多電極流量傳感器具有傳感器殼體13，在傳感器殼體周邊上設(shè)有4～24個電極固定孔，在傳感器殼體內(nèi)壁和電極固定孔內(nèi)壁上設(shè)有聚四氟乙烯絕緣內(nèi)襯14，在設(shè)有聚四氟乙烯內(nèi)襯的電極固定孔內(nèi)設(shè)有電極12，在傳感器殼體外設(shè)有線圈15。所說的電極一端為倒錐體，倒錐體的錐度為30°，電極與流體的接觸表面是半徑為R的曲面，另一端設(shè)有電極固定外螺紋和傳感器引線固定內(nèi)螺紋。
電磁流量計流速分布的計算方法如下根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理任意兩個電極間的感應(yīng)電勢△E為△E=∫∫WひdA式中ひ是速度場；W稱為矢量權(quán)函數(shù)，它與電磁流量計的勵磁方法和電極結(jié)構(gòu)有關(guān)。將管道橫截面分割成若干個微元，如m個，則對于任意一對電極i，當(dāng)流動為二維流時有△Ei=∑WijVj△Aj(i=1，2…，j=1，2，…m)式中Wij和Vj分別是在微△Aj上對于第i對電極的權(quán)函數(shù)值和流速。以上方程是一組典型的線性方程組。對于一個特定的傳感器和規(guī)定的微元分割方法Wij和△Aj為已知常數(shù)，△Aj為電勢測量值，則利用最小二乘解法可求得在微元j處的流速值Vj，從而得到管道橫截面上的流速分布。
對已知流速分布求平均值，即可得到管道內(nèi)流體的平均流速VV=1mΣj=1mvjΔ&Agr;j/Σj=1mΔ&Agr;j]]>如果只需平均流速，則利用以下積分式可直接求得V=1π∫&ogr;2π1Bμ(θ)cosθdθ]]>式中θ的定義見附圖1，U(θ)為在θ角管壁處的感應(yīng)電勢的電位。當(dāng)電極為離散時，上式即為一個求和式。
1、測量電路各通道的輸出零點，在勵磁電源作用的情況下，使傳感器充滿水，即為零點，并保存在PC104的零點文件中。
2、測量信號放大和處理電路各通道的相對放大倍數(shù)。在信號放大和處理電路前對各通道加入同樣大小的標(biāo)準(zhǔn)信號，測出各通道的輸出，求出各通道間的相對放大倍數(shù)，保存在PC104的放大倍數(shù)文件中。
3、測不均勻系數(shù)。將傳感器安裝在標(biāo)定裝置上，調(diào)節(jié)流量到流量計滿量程的80～90％。測出各電極對感應(yīng)電勢的相對值，與理想狀況下，對各電極對應(yīng)有的相對電勢值比較，得到各電極對電勢的不均勻系數(shù)，保存在PC104的不均勻系數(shù)文件中。
4、實測時，每對電極測量感應(yīng)電勢的實際值應(yīng)為該電極對所對應(yīng)通道的輸出值與該通道零點的差乘以該通道的相對放大倍數(shù)，最后再乘以該對電極對應(yīng)的不均勻系數(shù)。
權(quán)利要求1．一種多電極流量檢測信號處理器，其特征在于流體流經(jīng)傳感器[1]產(chǎn)生的感應(yīng)電勢經(jīng)由高阻輸入阻抗放大變換電路[2]后，由PC104計算機[9]控制多點選擇電子切換開關(guān)[3]，將信號輸入儀表放大器[4]進行信號放大，而后通過同步采樣電路[5]，根據(jù)同步控制電路[11]的時序?qū)斎胄盘栠M行同步采樣并保持，并將該信號送至下一級濾波電路[6]進行高、低通濾波，再將信號送至信號放大電路[7]作進一步放大，送到A／D轉(zhuǎn)換電路[8]，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，經(jīng)由PC104[9]讀入后，進入PC104計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[9]將各對電極信號讀入，將分析求解出管道橫截面上的流速分布以及瞬時流量，累積流量，并在LCD屏[10]上顯示流速分布圖，以及瞬時流量，累積流量參數(shù)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電極流量檢測信號處理器，其特征在于所說的同步采樣電路[5]為輸入信號[Ui]加入運放U1的同相端；[U1]的反相端分別與[U2]的反相端和[U2]的輸出相連，[U1]的輸出與電子開關(guān)的輸入相連；電子開關(guān)的輸出分別與保持電容[C]和輸入電阻[R]相連；保持電容[C]另一端接地；輸入電阻[R]另一端與運放[U2]的同相端相連；[U2]的輸出與反相端相連，構(gòu)成阻抗轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)低阻輸出；電子開關(guān)控制端[S]由外電路PC104計算機的同步控制信號控制。
專利摘要本實用新型公開了一種多電極流量檢測信號處理器。由流體流經(jīng)多電極傳感器時,產(chǎn)生的感應(yīng)電勢經(jīng)輸入阻抗放大變換電路后,由計算機控制多點選擇電子切換開關(guān),將信號輸入儀表放大器進行信號放大,而后通過同步采樣電路,將該信號送至下一級濾波電路進行高、低通濾波,再將信號送至信號放大電路放大,送到A/D轉(zhuǎn)換電路,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù),進入計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),并在LCD屏上顯示。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、使用方便,降低了流量計的安裝要求。
文檔編號G01F1/58GK2427798SQ0020825
公開日2001年4月25日 申請日期2000年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月19日
發(fā)明者胡赤鷹, 張宏建 申請人:浙江大學(xué)