CN102538882B - 电磁相关法流量计传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁相关法流量计传感器，其技术方案的要点是，它包括两对测量电极组件、一对励磁结构组件、一对带孔的固定架板和励磁结构安装器件；测量电极组件包括检测电极、绝缘套、垫片和螺母，两对检测电极不在测量管同一径向截面，而是位于测量管同一轴向截面且相距一定距离；励磁结构组件是由励磁线圈、励磁线圈卡槽和磁芯构成，励磁结构组件在测量管的轴向长度比径向长度长，使得两对检测电极位于励磁结构组件产生的磁场中。本发明涉及的电磁相关法流量计传感器测量工艺简单、能连续测量，制造成本低、体积小、重量轻，流量测量范围宽、测量准确，可在线测量的两相流或多相流流量。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种测量含有非导电物质两相流或多相流的电磁相关法流量计传感器。
背景技术
电磁流量计测量具有以下优点，既不受温度和压力等外部因素影响，也不受流体密度和粘度等流体本身特性影响；由于其内部光滑，无阻流元件，所以不对流体产生阻力，也就不会产生压力损失，因此，在流速、流量生产测量中得到广泛的应用。近年来电磁流量计已开始应用于两相流以及多相流流体测量中，特别在高含水的油田注水井、注聚井的注入剖面测井中应用更为广泛。从目前传统电磁流量计的应用情况来看，电磁流量计在测量高含水油水两相流时，由于其非导电物质（油水两相流中为油相）含量低，对测量结果影响较小，测量结果较为准确；当电磁流量计测量非高含水油水两相流时，由于其非导电物质含量高，对测量结果影响较大，测量结果误差较大。对此，研制开发电磁相关法流量计传感器用于测量含非导电物质的两相或多相流体的流量测量具有重要的意义并能满足实际应用需求。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供一种电磁相关法流量计传感器。
本发明的技术方案如下：一种电磁相关法流量计传感器，包括两对测量电极组件、一对励磁结构组件、一对带孔的固定架板和励磁结构安装器件，带孔的固定架板分别套在测量管道的外面，并固定在测量管道上，固定架板板面相互平行且与测量管道轴向成90度角；励磁结构组件安置在流量计测量管道两边并平行放置，通过励磁结构安装器件固定在带孔的固定架板上。
所述的测量电极组件包括检测电极、绝缘套、垫片和螺母，两对检测电极分别穿过测量管道的衬里、测量管管壁，用垫片、螺母固定在测量管道的两侧，检测电极与测量管道之间由绝缘套密封隔离。两对检测电极不在测量管同一径向截面，而是位于测量管同一轴向截面且相距一定距离，安置在与磁场方向成90度角测量管直径两端。
所述的励磁结构组件是由励磁线圈、励磁线圈卡槽和磁芯构成，磁芯嵌在整个励磁线圈卡槽结构内，励磁线圈卡槽的线圈槽向外，励磁线圈绕置于励磁线圈卡槽的线圈槽中，（传感器的）励磁结构组件在测量管的轴向长度比径向长度长，使得两对检测电极位于励磁结构组件产生的磁场中。
本发明提出的电磁相关法流量计传感器，其设计结构改变了传统的电磁流量计传感器，将一对检测电极变为两对检测电极，且检测电极的增加不是在测量管同一径向截面，而是在测量管同一轴向截面上；两对检测电极同处于一励磁线圈产生的较均匀的磁场中；两对电极检测信号是利用法拉第电磁感应定律获取的；流量测量是基于检测信号相关法计算的基础上实现的。
本发明的电磁相关法流量计传感器，其测量原理是：在流体通过的管道相隔L的适当距离上，安装有两对结构相同的检测电极，分别称为上游电极和下游电极。从上、下游两对电极上提取能反应被测流体流动状况的测量信号x(t)和y(t)。此两路测量信号是在同一励磁线圈产生的较均匀磁场同一测量管道相距L处获取的，该两路检测信号具有相关性，所以可对测量信号x(t)和y(t)作互相关运算，互相关函数 如式（1）所示：
（1）
对测量信号作互相关运算将能获取流体从上游电极到下游电极的渡越时间（Transit Time），进而获得相关流速V：
（2）
相关流速结合流体管道截面面积以及时间等即可计算出被测流体的流量。
从相关法流量测量原理可知，当流体中含有水相以及其它非导电物质时（例如油水两相流或者油气水多相流时），两相与多相流流体中存在的非导体对测量信号造成的波动性在电磁相关法流量计流量测量中并不存在明显的影响，因此电磁相关法流量计可以测量含有非导电物质的两相流或多相流流量。电磁相关法流量计是一种具有创新性的流量测量仪器仪表，在实际应用中不仅可以测量非导电物质含量较低的两相流或多相流流量，而且可以测量非导电物质含量较高的两相流或多相流流量。
由于采用上述技术方案，本发明提供的电磁相关法流量计传感器具有这样的有益效果，测量工艺简单、能连续测量，制造成本低、体积小、重量轻，流量测量范围宽、测量准确，可在线测量两相流或多相流流量。本发明与现有传统拥有一对测量信号电极的电磁流量计相比：改装了流量计传感器电极对数量，同时也增加了励磁结构组件在轴向上的长度，采用相关法计算流量值，与传统电磁流量计相比增大了两相流或多相流流量测量流体中非导电物质含量比率的测量范围。
附图说明
图1为本发明电磁相关法流量计传感器结构示意图；
图2为本发明电磁相关法流量计传感器电极轴向剖面示意图；
图3为本发明电磁相关法流量计传感器磁芯中心轴向剖面示意图；
图4为本发明电磁相关法流量计传感器某一对电极径向剖面示意图；
图中：1.测量电极组件，2.励磁结构组件，3.固定架板，4.励磁结构安装器件，5.测量管道，6.衬里，7.测量管管壁，8.检测电极，9.绝缘套，10.励磁线圈，11.励磁线圈卡槽，12.磁芯，L为检测电极距离，D为测量管直径。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
一种电磁相关法流量计传感器，如图1—图4所示，传感器包括两对测量电极组件1、一对励磁结构组件2、一对带孔的固定架板3和励磁结构安装器件4，带孔的固定架板3分别套在测量管道5的外面，并固定在测量管道5上，固定架板3板面相互平行且与测量管道轴向成90度角；测量管道5由衬里6与测量管管壁7组成；励磁结构组件2安置在流量计测量管道5两边并平行放置，通过励磁结构安装器件4固定在带孔的固定架板3上。所述的测量电极组件1包括检测电极8、绝缘套9、垫片和螺母，两对检测电极8分别穿过测量管道5的衬里6、测量管管壁7，用垫片、螺母固定在测量管道5的两侧，检测电极8与测量管道5之间由绝缘套9密封隔离。两对检测电极8不在测量管5同一径向截面，而是位于测量管5同一轴向截面且相距一定距离，安置在与磁场方向成90度角测量管直径两端。所述的励磁结构组件2是由励磁线圈10、励磁线圈卡槽11和磁芯12构成，磁芯12嵌在整个励磁线圈卡槽11结构内，励磁线圈卡槽11的线圈槽向外，励磁线圈10绕置于励磁线圈卡槽11的线圈槽中，励磁结构组件2在测量管5的轴向长度比径向长度长，使得两对检测电极8位于励磁结构组件2产生的磁场中。其中A1与C1构成一对获取测量信号电极，A2与C2构成一对获取测量信号电极，两对电极位于同一励磁线圈产生的较均匀的磁场中。励磁线圈通过可编程脉宽励磁方式，励磁脉宽的设置需符合相关法流量测量计算要求。实际使用中，可在电磁相关法流量计传感器测量管两端增设安装法兰，通过法兰与外接流体管道相连接，进而实现流体的在线测量。当含一定比率的非导电物质两相流（如油水两相流）或多相流流过测量传感器时，两对检测电极分别获取测量信号，根据相关法对流体流量进行测量。当然所设计的电磁相关法流量计需要实流实验去标定，进而使得流量测量仪表测量值较准确。
Claims (2)
1.一种电磁相关法流量计传感器，其特征在于：它包括两对测量电极组件（1）、一对励磁结构组件（2）、一对带孔的固定架板（3）和励磁结构安装器件（4），带孔的固定架板（3）分别套在测量管道（5）的外面，并固定在测量管道（5）上，固定架板（3）板面相互平行且与测量管道轴向成90度角；励磁结构组件（2）安置在流量计测量管道（5）两边并平行放置，通过励磁结构安装器件（4）固定在带孔的固定架板（3）上；测量电极组件（1）包括检测电极（8）、绝缘套（9）、垫片和螺母，两对检测电极（8）分别穿过测量管道（5）的衬里（6）、测量管管壁（7），用垫片、螺母固定在测量管道（5）的两侧，检测电极（8）与测量管道（5）之间由绝缘套（9）密封隔离；两对检测电极（8）不在测量管（5）同一径向截面，而是位于测量管（5）同一轴向截面且相距一定距离，安置在与磁场方向成90度角测量管直径两端。
2.根据权利要求1所述的电磁相关法流量计传感器，其特征在于：所述的励磁结构组件（2）是由励磁线圈（10）、励磁线圈卡槽（11）和磁芯（12）构成，磁芯（12）嵌在整个励磁线圈卡槽（11）结构内，励磁线圈卡槽（11）的线圈槽向外，励磁线圈（10）绕置于励磁线圈卡槽（11）的线圈槽中；且所述的励磁结构组件（2）在测量管（5）的轴向长度比径向长度长，使得两对检测电极（8）位于励磁结构组件（2）产生的磁场中。
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