專(zhuān)利名稱(chēng)：一種內(nèi)管道為橢圓型的電磁流量計(jì)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于儀器儀表制造領(lǐng)域，尤其涉及一種狹長(zhǎng)空間內(nèi)電磁流量計(jì)傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
電磁流量計(jì)以其測(cè)量范圍較寬廣，使用可靠，維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在流速、 流量生產(chǎn)測(cè)量中具有廣泛應(yīng)用前景。電磁流量計(jì)流量的測(cè)量具有以下優(yōu)點(diǎn)，既不受溫度和壓力等外部因素的影響，也不受流體密度和粘度等流體本身的特性的影響；由于其內(nèi)部光滑，無(wú)阻流元件，所以不對(duì)流體產(chǎn)生阻力，也就不會(huì)產(chǎn)生壓力損失。因此，電磁流量計(jì)曾經(jīng)被廣泛應(yīng)用于地面單相的、導(dǎo)電流體的流量測(cè)量。但是在一些測(cè)量空間狹長(zhǎng)的環(huán)境條件下，對(duì)電磁流量計(jì)傳感器設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。近年來(lái)，一些特殊領(lǐng)域中需要狹長(zhǎng)空間下的電磁流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，并需保證一定的流量測(cè)量范圍。這就使得當(dāng)前較為成熟的地面流量和流體組分測(cè)量?jī)x器難以推廣應(yīng)用到這些領(lǐng)域，這就需要研制適合苛刻空間環(huán)境下的流量測(cè)量?jī)x器。目前電磁流量計(jì)傳感器內(nèi)管道基本上是傳統(tǒng)的圓型，也就是內(nèi)部測(cè)量區(qū)域是圓型。若在狹長(zhǎng)空間下使用電磁流量計(jì)，圓型的電磁流量計(jì)傳感器設(shè)計(jì)會(huì)使得測(cè)量區(qū)域面積減小，使得流量測(cè)量范圍受限。隨著工業(yè)發(fā)展的需要，研究設(shè)計(jì)狹長(zhǎng)空間下的電磁流量計(jì)傳感器是一個(gè)十分重要的事情。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種在狹長(zhǎng)空間內(nèi)設(shè)計(jì)電磁流量計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)的方法，該方法是將傳統(tǒng)的電磁流量計(jì)傳感器圓型內(nèi)管道設(shè)計(jì)為橢圓型，其中電極位于橢圓型內(nèi)管道的長(zhǎng)半軸兩端，勵(lì)磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在橢圓型管道短半軸測(cè)量管的兩端。內(nèi)管道為橢圓型流量計(jì)傳感器的外殼(外管壁)可設(shè)計(jì)為橢圓型柱體或者是四棱柱體結(jié)構(gòu)。該傳感器結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)， 使得在狹長(zhǎng)空間下的電磁流量計(jì)傳感器的流量測(cè)量范圍增加，且能保證流量計(jì)測(cè)量信號(hào)的獲取。為在狹長(zhǎng)空間下測(cè)量較大流量范圍的電磁流量計(jì)的實(shí)現(xiàn)提供可能。本發(fā)明的在狹長(zhǎng)空間內(nèi)電磁流量計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)包括線(xiàn)圈、磁芯、電極及其固定器件、襯里、內(nèi)徑壁、外徑壁，電磁流量計(jì)的測(cè)量區(qū)域(測(cè)量管空間)，所述測(cè)量管道為橢圓型， 也就是內(nèi)管道為橢圓型。本發(fā)明將原有電磁流量計(jì)內(nèi)管道改變?yōu)闄E圓型管道，縮減了電磁流量計(jì)傳感器寬度距離要求，在狹長(zhǎng)空間下得以安放。電磁流量計(jì)傳感器橢圓型管道結(jié)構(gòu)，兩個(gè)電極位于橢圓長(zhǎng)軸兩端，在有限的空間下使電極距離變大，根據(jù)公式(1)可知電磁流量計(jì)傳感器變?yōu)闄E圓型管道時(shí)，流量計(jì)感應(yīng)信號(hào)受電極距離影響。當(dāng)測(cè)量區(qū)域磁場(chǎng)不變、通過(guò)流體速度一定時(shí)，電極位于橢圓管道長(zhǎng)軸兩端，電極距離D增大會(huì)增加流量計(jì)感應(yīng)信號(hào)，有利于電磁流量計(jì)信號(hào)的獲取。[0009]式(1)為粗略估計(jì)切割磁力線(xiàn)所得的感應(yīng)信號(hào)結(jié)果，式中，D為切割磁力線(xiàn)的長(zhǎng)度，也就是電極的距離；B為磁場(chǎng)強(qiáng)度f(wàn)為流體平均速度。在狹長(zhǎng)空間下橢圓型內(nèi)管道的設(shè)計(jì)使得流量計(jì)測(cè)量區(qū)域截面積在電極兩端有所增大，因此橢圓型電磁流量計(jì)在狹長(zhǎng)空間下增加了電磁流量計(jì)的流量測(cè)量范圍。設(shè)定在某一狹長(zhǎng)空間下傳統(tǒng)式圓型電磁流量計(jì)內(nèi)徑管道半徑最大設(shè)計(jì)為a，管道截面積為約為3. 14a2。如果電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)為橢圓型管道，內(nèi)管道短軸設(shè)計(jì)為a、長(zhǎng)軸為b， 如果b = k*a，則管道截面積為k*3. 14a2?？芍讵M長(zhǎng)空間下橢圓型流量計(jì)是傳統(tǒng)圓型流量計(jì)測(cè)量范圍的k倍，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)與流量測(cè)量具體要求進(jìn)行傳感器尺寸的設(shè)計(jì)。由于勵(lì)磁結(jié)構(gòu)位于橢圓型管道短半軸測(cè)量管兩端，可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整短半軸的長(zhǎng)度， 增加勵(lì)磁線(xiàn)圈的空間，進(jìn)而在有限的空間下為勵(lì)磁結(jié)構(gòu)提供更好的安置空間。根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，進(jìn)行估算勵(lì)磁線(xiàn)圈在軸線(xiàn)圓心上的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)流量計(jì)傳感器內(nèi)外管道橢圓型時(shí)，設(shè)定B1與化分別為傳統(tǒng)圓型與橢圓型電磁流量計(jì)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度。通過(guò)畢奧-薩伐爾定律估算其線(xiàn)圈圓心點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度，如式( 所示，式中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；I為通過(guò)螺線(xiàn)管線(xiàn)圈的電流大小；R為圓線(xiàn)圈半徑；N為線(xiàn)圈匝數(shù)；χ為圓線(xiàn)圈中軸線(xiàn)距離圓心的距離，小標(biāo)1與2分別代表傳統(tǒng)圓型與橢圓型電磁流量計(jì)對(duì)應(yīng)的量值。這里為估算，將上述的χ設(shè)為0，I設(shè)為相同。
(2)
^ B1 LNxRAR22+ χ2) 2 NJ1R2N,R2 …C = -^-= 1 1 lV 2——{—= 1 1 2(2)
B2 τ ir / , ,φ N2I2R1N2R1
2 J2TV2CR12 + χ2) 2 R2圖3顯示為狹長(zhǎng)區(qū)域下內(nèi)外管道為橢圓型與傳統(tǒng)圓型電磁流量計(jì)對(duì)比圖。由圖中可知，橢圓型的電磁流量計(jì)勵(lì)磁空間較大一些，也就是說(shuō)可以安放的線(xiàn)圈匝數(shù)N多一些；另一方面，橢圓型的電磁流量計(jì)在測(cè)量區(qū)域中產(chǎn)生較均勻的磁感應(yīng)強(qiáng)度，勵(lì)磁線(xiàn)圈R比傳統(tǒng)圓型電磁流量計(jì)大；且對(duì)比圖3可知，當(dāng)橢圓型電磁流量計(jì)內(nèi)管道長(zhǎng)半軸增加時(shí)，需要?jiǎng)?lì)磁線(xiàn)圈R不斷增大，但是橢圓型的電磁流量計(jì)勵(lì)磁空間(也就是說(shuō)線(xiàn)圈匝數(shù)N)增加是有限的，故而在一定范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整兩個(gè)參數(shù)可以使得電磁流量計(jì)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度相近。為了可以更好增加橢圓型電磁流量計(jì)內(nèi)管道長(zhǎng)半軸的大小，且不影響勵(lì)磁強(qiáng)度， 可以采用內(nèi)管道為橢圓型、外殼(外管壁)設(shè)計(jì)為四棱柱體結(jié)構(gòu)的流量計(jì)傳感器，如圖2所示。圖4顯示了為狹長(zhǎng)區(qū)域下傳感器內(nèi)管道為橢圓型外管道為四棱柱形與傳統(tǒng)圓型傳感器對(duì)比圖。由圖4中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁芯與勵(lì)磁線(xiàn)圈寬度H不超過(guò)橢圓型流量計(jì)內(nèi)徑壁與外徑壁的距離時(shí)，且狹長(zhǎng)空間(y軸方向)足夠長(zhǎng)時(shí)，勵(lì)磁線(xiàn)圈截面長(zhǎng)度K就可以不斷增加，進(jìn)而勵(lì)磁線(xiàn)圈匝數(shù)N將會(huì)增加，從而平衡因橢圓型流量計(jì)內(nèi)管道長(zhǎng)半軸增加勵(lì)磁線(xiàn)圈R增大帶來(lái)的測(cè)量區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度減小的影響。在狹長(zhǎng)的空間下，本發(fā)明與現(xiàn)有傳統(tǒng)圓型電磁流量計(jì)相比一方面改裝了流量計(jì)傳感器電極方向與勵(lì)磁方向上的設(shè)計(jì)比例，使其適合狹長(zhǎng)空間下電磁流量計(jì)的使用；另一方面通過(guò)對(duì)測(cè)量區(qū)域截面積的增加，很大程度上增加了電磁流量計(jì)的流量測(cè)量范圍；且可
4以保證流量計(jì)信號(hào)的獲取。實(shí)際使用中，可根據(jù)具體的工程工況結(jié)構(gòu)與流量范圍測(cè)量要求來(lái)確定橢圓型內(nèi)管道電磁流量計(jì)傳感器尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)。下面通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明給予進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明內(nèi)外管道為橢圓型電磁流量計(jì)傳感器實(shí)施方案；圖2為本發(fā)明內(nèi)管道為橢圓型、外管道為四棱柱型電磁流量計(jì)傳感器實(shí)施方案；圖3為狹長(zhǎng)區(qū)域下，內(nèi)外管道為橢圓型與傳統(tǒng)圓型電磁流量計(jì)對(duì)比圖。圖4為狹長(zhǎng)區(qū)域下，電磁流量計(jì)傳感器內(nèi)管道為橢圓型外管道為棱柱型與傳統(tǒng)圓型傳感器對(duì)比圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。內(nèi)管道為橢圓型結(jié)構(gòu)電磁流量計(jì)。圖1與2 分別顯示了電磁流量計(jì)內(nèi)管道為橢圓型的電磁流量計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)實(shí)施方案，如圖中所示， 圖標(biāo)記分別表示1線(xiàn)圈；2磁芯；3電極及其固定器件；4襯里；5內(nèi)管壁；6外管壁；7測(cè)量管道(測(cè)量區(qū)域)；8狹長(zhǎng)安裝區(qū)域；L為狹長(zhǎng)區(qū)域的寬度。電磁流量計(jì)傳感器的測(cè)量管道為橢圓型，其中電極位于橢圓型管道長(zhǎng)半徑兩端，在橢圓型管道短半徑兩端處內(nèi)徑壁與外徑壁之間為磁芯，磁芯兩邊設(shè)計(jì)為螺線(xiàn)管線(xiàn)圈。如圖中所示，因?yàn)榱髁坑?jì)內(nèi)管道為橢圓型結(jié)構(gòu)，在流量計(jì)傳感器橢圓型短半軸方向上可節(jié)省安置空間，這種流量計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)適合應(yīng)用于狹長(zhǎng)空間中較大流量測(cè)量。在實(shí)施方案一(圖1中)，電磁流量計(jì)傳感器內(nèi)外管徑截面均為橢圓型，即流量計(jì)傳感器外殼(外管壁)為橢圓型柱體。其中橢圓型流量計(jì)短半軸可以安放在空間中較狹窄的方向上(圖中χ方向)，長(zhǎng)半軸結(jié)構(gòu)正好安放在狹長(zhǎng)方向(圖中y方向)上，使得流量計(jì)的安置有效地利用了狹長(zhǎng)的空間。在實(shí)施方案二(圖2中)，電磁流量計(jì)傳感器外管徑截面為矩形，即流量計(jì)傳感器外殼(外管壁)為四棱柱體。其中流量計(jì)外殼(外管壁)矩形截面較短的邊安放在空間中較狹窄的方向上(圖中X方向)，矩形截面較長(zhǎng)的邊安放在狹長(zhǎng)方向(圖中y方向)上，進(jìn)而使得流量計(jì)的安置有效地利用了狹長(zhǎng)的空間。在這種結(jié)構(gòu)下的流量計(jì)傳感器，勵(lì)磁線(xiàn)圈與磁芯的厚度H(如圖2所示)應(yīng)不大于電磁流量計(jì)傳感器測(cè)量管到外徑壁的距離，否則， 電磁流量計(jì)線(xiàn)圈的繞制與安裝將出現(xiàn)困難。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)管道為橢圓型的電磁流量計(jì)傳感器，其特征在于，測(cè)量區(qū)域?yàn)闄E圓型，也就是說(shuō)測(cè)量管為橢圓型。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)管道為橢圓型的電磁流量計(jì)傳感器，其特征在于，電磁流量計(jì)電極位于橢圓型內(nèi)管道的長(zhǎng)半軸兩端。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)管道為橢圓型的電磁流量計(jì)傳感器，其特征在于，電磁流量計(jì)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)位于橢圓型內(nèi)管道短半軸管壁兩端。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種狹長(zhǎng)空間下的電磁流量計(jì)傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。測(cè)量管為橢圓型，電磁流量計(jì)電極位于橢圓型內(nèi)管道的長(zhǎng)半軸兩端，電磁流量計(jì)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)位于橢圓型內(nèi)管道短半軸管壁兩端，本實(shí)用新型將電磁流量計(jì)內(nèi)徑管道設(shè)計(jì)為橢圓型結(jié)構(gòu)解決此類(lèi)問(wèn)題，此專(zhuān)利可為狹長(zhǎng)外管徑空間的電磁流量計(jì)傳感器設(shè)計(jì)出比現(xiàn)有圓型結(jié)構(gòu)大的勵(lì)磁線(xiàn)圈空間，在一定程度上保證了電磁流量計(jì)激勵(lì)信號(hào)的獲取，更重要的是在有限的空間內(nèi)使得流量計(jì)流量測(cè)量范圍比傳統(tǒng)的圓型結(jié)構(gòu)流量計(jì)有較明顯的增大。本專(zhuān)利適用于狹長(zhǎng)空間中的流量測(cè)量。
文檔編號(hào)G01F1/58GK202101706SQ20112012292
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者劉興斌, 孔令富, 李英偉, 王月明 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)