CN101303247A - 导电流体的非满管流量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导电流体的非满管流量测量方法，本方法是将导电性液体液位检测方法与电磁流量计原理的流量测量方法结合起来，通过对发讯电势和励磁的控制，通过由两个测讯电极单元形成的一个电势信号X值来得到流体液位L和平均流速V，并得出对应的非满管流量Q值。同时，提出了一种在测量管内壁各一边用分布着2个以上电极组成的电极组作为信号测讯电极，并且每个电极组的所有电极在测量管外被并联为一个输出端，两个测讯电极单元的输出端上就有一个电势信号X，这样既可以避免长弧形电极加工与安装难度，又可以简化多电极式非满管电磁流量计的系统结构，提高性能价格比。

Description

导电流体的非满管流量测量方法

技术领域

本发明涉及一种导电流体的非满管流量测量方法。

技术背景

非满管流量状态下管道内流体自由表面使流体流速分布随液位L而变化，对流量测量形成了困难。一般非满管流量首先需要测量流体液位L，再在对应流体液位L下，根据局部流速测量值推算出非满管截面的流体平均流速V。

传统的非满管流量测量方法主要有液位计法、液位计和流速计组合法两种。液位计法主要用在精度要求很低的明渠场合。液位计和流速计组合法是用两种仪表分别测量流体液位和流速来估算非满管流量，这种两方法性价比都较低。

另外，导电流体的非满管流量测量可以有基于电磁流量计原理的测量方法。如多电极式非满管电磁流量计，其采用一对发讯电极和多对测讯电极，在不同液位用不同测讯电极上的信号来推算非满管流量，因此是多电极多信号通道的测量系统，结构比较复杂；另有电容液位式非满管电磁流量计，即是在电磁流量计中组合了电容式液位计，本质上就是一种液位计和流速计组合法；还有一类以双激励电磁流量技术为基础的非满管流量测量方法，如专利200510028473.3、200510110182.9以及ZL200610029236.3等，虽然这类技术可以在流体电导率不变条件下可在一个信号通道下实现非满管流量的测量，但对流体电导率不变的要求会使实际应用受到限制。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种改进的导电流体的非满管流量测量方法，测量方法简单可靠。

为了达到上述目的，本发明的构思是：

本发明是将专利200710037413.7的导电性液体液位检测方法与电磁流量计的流量测量方法结合起来，通过对发讯电势和励磁的控制，通过由两个测讯电极单元形成的一个电势信号X值来得到流体液位L和平均流速V，并得出非满管流量Q值。同时，提出了一种在测量管内壁各一边用分布着2个以上电极并联组成的电极组作为信号测讯电极，并且每个电极组的所有电极在测量管外被并联为一个输出端，两个测讯电极单元的输出端上就有一个电势信号X，这样既可以避免长弧形电极的加工与安装难度，又可以简化多电极式非满管电磁流量计的系统结构，提高性能价格比。

根据上述发明构思，本发明采用以下技术方案：

一种导电流体的非满管流量测量方法，测量设置包括由一个直径为D具有绝缘内管壁的测量管、在测量管外的励磁线圈、在测量管内壁两边上的各一个测讯电极单元、在测量管内壁上的一对低于测讯电极单元的发讯电极、一个控制励磁线圈磁场B的励磁控制器、一个控制发讯电极上电势E的发讯控制器，测量管内有沿管道轴线流动的流体具有液位L和平均流速V；其特征是通过两个测讯电极单元形成的一个电势信号X，信号处理器连接电势信号X并推算出流体液位L、流体平均流速V和对应的流体流量Q值；具体检测方法是：操作发讯控制器使发讯电极上产生不同的电势E，信号处理器根据所述的电势信号X值推算出流体液位L；操作励磁控制器使励磁线圈产生不同的磁场B，在流体流速V下两个测讯电极单元上形成对应的电势信号X，信号处理器根据所述的电势信号X值推算出在流体液位L下所对应的流体平均流速V，并由流体液位L和平均流速V推算出非满管流量Q值。

上述的导电流体的非满管流量测量方法，为了能在不同流体液位L下测讯电极单元与流体相接触，所述的两个测讯电极单元可以分别是一个沿测量管内壁一边展开的长弧形电极，长弧形电极的高端不低于测量管半径R＝D/2的高度，长弧形电极的低端不低于可测非满管液位L最小值对应的管壁点，分别为长弧形电极的两个测讯电极单元形成的输出就是所述的电势信号X。

上述的导电流体的非满管流量测量方法，为了能在不同流体液位L下测讯电极单元与流体相接触，又为避免长弧形电极的加工与安装难度，所述的两个测讯电极单元可分别是沿测量管内壁一边分布的2个以上电极所组成的电极组，每个电极组中的高端电极不低于测量管半径R＝D/2的高度，每个电极组中的低端电极不低于可测非满管液位L最小值对应的管壁点，同时每个电极组中的各个电极在测量管外被并联成一个输出端，这样分别为多电极并联形式的两个测讯电极单元形成的输出就是所述的电势信号X。

上述的导电流体的非满管流量测量方法，根据所述的两个测讯电极单元上的电势信号X值，信号处理器可以推算出流体液位L、流体平均流速V和对应的流体流量Q值，具体的操作步骤为：

(a)励磁控制器使励磁线圈产生的磁场B＝0且发讯控制器使一对发讯电极上产生电势E＝E1幅值的交变电势，由两个测讯电极单元上的电势信号X＝X1幅值，信号处理器可推算出流体液位L：

L＝f(E1/X1)，

其中液位L与比值E/X1的函数关系可由实验得出；

(b)励磁控制器使励磁线圈产生的磁场B＝B1幅值的交变磁场，发讯控制器使一对发讯电极产生的电势E＝0，由两个测讯电极单元(3)上的电势信号X＝X2幅值，信号处理器可推算出流体平均流速V：

$V=\frac{k\×X2}{B},$ 其中，系数k＝F(L)，

这里的系数k与液位L的函数关系可由实验得出；并由流体平均流速V可计算出流体流量Q＝V×S，其中S是测量管中流体的截面积，即根据测量管直径D和已知的流体液位L有：

$S=\frac{D^2}{4}\arccos \frac{D-2H}{D}-(\frac{D}{2}-H)\sqrt{\frac{D^2}{4}-{(\frac{D}{2}-H)}^2}.$

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：一是仅用一个电势信号X就可以对流体液位L和流速V进行推算；二是测量非满管流量Q与导电流体的电导率大小无关。同时，采用多电极并联的方法既可以对大范围液位变化的非满管流量进行测量又可使测量方法更简单可靠。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的测量设置结构原理框图。

图2是本发明的一个实施例的测量管1、流体液位L和流体流速V的关系示意图。

图3是本发明的两个测讯电极单元都分别采用长弧形电极的一个实施例系统结构原理框图。

图4是本发明的两个测讯电极单元都分别采用2个电极的电极组的一个实施例系统结构原理框图。

图5是本发明的两个测讯电极单元都分别采用4个电极的电极组的一个实施例系统结构原理框图。。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例如下述：参见图1。

一种导电流体的非满管流量测量方法，测量设置包括由一个直径为D具有绝缘内管壁的测量管1、在测量管1外的励磁线圈2、在测量管1内壁两边上的测讯电极单元3与测讯电极单元4、在测量管1内壁上的一对低于测讯电极单元3与测讯电极单元4的发讯电极5、一个控制励磁线圈2磁场B的励磁控制器6、一个控制发讯电极5上电势E的发讯控制器7，测量管1内有沿管道轴线流动的流体具有液位L和平均流速V；其特征是仅通过测讯电极单元3与测讯电极单元4形成的一个电势信号X，信号处理器8连接电势信号X并推算出流体液位L、流体平均流速V和对应的流体流量Q值；具体是操作发讯控制器7使发讯电极5上产生不同的电势E，信号处理器8根据所述的电势信号X值来推算出流体液位L；同时，操作励磁控制器6使励磁线圈2产生不同的磁场B，在流体流速V下测讯电极单元3与测讯电极单元4形成对应的电势信号X，信号处理器8根据所述的电势信号X值推算出在流体液位L下所对应的流体平均流速V，并由流体液位L和平均流速V推算出非满管流量Q值。

上述的导电流体的非满管流量测量方法，为了能在不同流体液位L下测讯电极单元与流体相接触，参见图2：所述的测讯电极单元3与测讯电极单元4可以分别是一个沿测量管1内壁一边展开的长弧形电极，长弧形电极的高端不低于测量管1半径R＝D/2的高度，长弧形电极的低端不低于可测非满管液位L最小值对应的管壁点，分别为长弧形电极的测讯电极单元3与测讯电极单元4形成的输出就是所述的电势信号X。

上述的导电流体的非满管流量测量方法，为了能在不同流体液位L下测讯电极单元与流体相接触，又为避免长弧形电极的加工与安装难度，参见图3和图4：所述的测讯电极单元3与测讯电极单元4可分别是沿测量管1内壁一边分布的2个以上电极所组成的电极组，每个电极组中的高端电极不低于测量管1半径R＝D/2的高度，每个电极组中的低端电极不低于可测非满管液位L最小值对应的管壁点，同时每个电极组中的各个电极在测量管1外被并联成一个输出端，这样分别为多电极并联形式的测讯电极单元3与测讯电极单元4形成的输出就是所述的电势信号X。

这里，图3是所述的测讯电极单元3与测讯电极单元4可分别是沿测量管1内壁一边分布的2个电极所组成的电极组；图4是所述的测讯电极单元3与测讯电极单元4可分别是沿测量管1内壁一边分布的4个电极所组成的电极组。

上述的导电流体的非满管流量测量方法，根据所述的测讯电极单元3与测讯电极单元4上的电势信号X值，信号处理器8可推算出流体液位L、流体平均流速V和对应的流体流量Q值，具体的操作步骤为：

(a)励磁控制器6使励磁线圈2产生的磁场B＝0且发讯控制器7使一对发讯电极5上产生电势E＝E1幅值的交变电势，由测讯电极单元3与测讯电极单元4上的电势信号X＝X1幅值，信号处理器8可推算出流体液位L：

L＝f(E1/X1)，

其中液位L与比值E/X1的函数关系可由实验得出；

(b)励磁控制器6使励磁线圈2产生的磁场B＝B1幅值的交变磁场，发讯控制器7使一对发讯电极5产生的电势E＝0，由测讯电极单元3与测讯电极单元4上的电势信号X＝X2幅值，信号处理器8可推算出流体平均流速V；

$V=\frac{k\×X2}{B},$ 其中，系数k＝F(L)，

这里的系数k与液位L的函数关系可由实验得出；并由流体平均流速V可计算出流体流量Q＝V×S，其中S是测量管(1)中流体的截面积，即根据测量管1直径D和已知的流体液位L有：

$S=\frac{D^2}{4}\arccos \frac{D-2H}{D}-(\frac{D}{2}-H)\sqrt{\frac{D^2}{4}-{(\frac{D}{2}-H)}^2}.$

Claims (4)

1.一种导电流体的非满管流量测量方法，测量采用的装置包括由一个直径为D具有绝缘内管壁的测量管(1)、在测量管(1)外的励磁线圈(2)、在测量管(1)内壁两边上的测讯电极单元(3、4)、在测量管(1)内壁上的一对低于测讯电极单元(3、4)的发讯电极(5)、一个控制励磁线圈(2)磁场B的励磁控制器(6)、一个控制发讯电极(5)上电势E的发讯控制器(7)，测量管(1)内有沿管道轴线流动的流体具有液位L和平均流速V；其特征是通过两个测讯电极单元(3、4)形成一个电势信号X，信号处理器(8)接入电势信号X并推算出流体液位L、流体平均流速V和对应的流体流量Q值；具体操作方法是：操作发讯控制器(7)使发讯电极(5)上产生不同的电势E，信号处理器(8)根据所述的电势信号X值来推算出流体液位L；同时，操作励磁控制器(6)使励磁线圈(2)产生不同的磁场B，在流体流速V下测讯电极单元(3、4)形成对应的电势信号X，信号处理器(8)根据所述的电势信号X值推算出在流体液位L下所对应的流体平均流速V，并由流体液位L和平均流速V推算出非满管流量Q值。

2.根据权利要求1所述的导电流体的非满管流量测量方法，其特征在于所述两个测讯电极单元(3、4)分别是沿测量管(1)内壁一边展开的长弧形电极，该长弧形电极的高端不低于测量管(1)半径R＝D/2的高度，低端不低于可测非满管液位L最小值对应的管壁点。

3.根据权利要求1所述的导电流体的非满管流量测量方法，其特征在于所述两个测讯电极单元(3、4)分别是沿测量管(1)内壁一边分布的2个以上电极所组成的电极组，每个电极组中的高端电极不低于测量管(1)半径R＝D/2的高度；每个电极组中的低端电极不低于可测非满管液位L最小值对应的管壁点；同时每个电极组中的各个电极在测量管(1)外被并联成一个输出端。

4.根据权利要求1所述的导电流体的非满管流量测量方法，其特征在于根据所述的电势信号X值，信号处理器(8)推算流体液位L、流体平均流速V和对应的流体流量Q值的具体操作步骤为：

(a)励磁控制器(6)使励磁线圈(2)产生的磁场B＝0且发讯控制器(7)使一对发讯电极(5)上产生电势E＝E1幅值的交变电势，由测讯电极单元(3、4)上的电势信号X＝X1幅值，则信号处理器(8)推算出流体液位L：

L＝f(E1/X1)，

其中液位L与比值E/X1的函数关系由实验得出；

(b)励磁控制器(6)使励磁线圈(2)产生的磁场B＝B1幅值的交变磁场，发讯控制器(7)使一对发讯电极(5)产生的电势E＝0，由两个测讯电极单元(3、4)上的电势信号X＝X2幅值，则信号处理器(8)推算出流体平均流速V；

$V=\frac{k\×X2}{B},$ 其中，系数k＝F(L)，

这里的系数k与液位L的函数关系由实验得出；并由流体平均流速V计算出流体流量Q＝V×S，其中S是测量管(1)中流体的截面积，即根据测量管(1)直径D和已知的流体液位L有：

$S=\frac{D^2}{4}\arccos \frac{D-2H}{D}-(\frac{D}{2}-H)\sqrt{\frac{D^2}{4}-{(\frac{D}{2}-H)}^2}.$

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