CN202101706U - 一种内管道为椭圆型的电磁流量计传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种狭长空间下的电磁流量计传感器的结构设计。测量管为椭圆型，电磁流量计电极位于椭圆型内管道的长半轴两端，电磁流量计励磁结构位于椭圆型内管道短半轴管壁两端，本实用新型将电磁流量计内径管道设计为椭圆型结构解决此类问题，此专利可为狭长外管径空间的电磁流量计传感器设计出比现有圆型结构大的励磁线圈空间，在一定程度上保证了电磁流量计激励信号的获取，更重要的是在有限的空间内使得流量计流量测量范围比传统的圆型结构流量计有较明显的增大。本专利适用于狭长空间中的流量测量。

Description

一种内管道为椭圆型的电磁流量计传感器

技术领域

本发明属于仪器仪表制造领域，尤其涉及一种狭长空间内电磁流量计传感器的结构设计。

背景技术

电磁流量计以其测量范围较宽广，使用可靠，维护方便，结构简单等优点在流速、流量生产测量中具有广泛应用前景。电磁流量计流量的测量具有以下优点，既不受温度和压力等外部因素的影响，也不受流体密度和粘度等流体本身的特性的影响；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，电磁流量计曾经被广泛应用于地面单相的、导电流体的流量测量。但是在一些测量空间狭长的环境条件下，对电磁流量计传感器设计提出了挑战。

近年来，一些特殊领域中需要狭长空间下的电磁流量计进行测量，并需保证一定的流量测量范围。这就使得当前较为成熟的地面流量和流体组分测量仪器难以推广应用到这些领域，这就需要研制适合苛刻空间环境下的流量测量仪器。

目前电磁流量计传感器内管道基本上是传统的圆型，也就是内部测量区域是圆型。若在狭长空间下使用电磁流量计，圆型的电磁流量计传感器设计会使得测量区域面积减小，使得流量测量范围受限。随着工业发展的需要，研究设计狭长空间下的电磁流量计传感器是一个十分重要的事情。

发明内容

本发明的目的是提出一种在狭长空间内设计电磁流量计传感器结构的方法，该方法是将传统的电磁流量计传感器圆型内管道设计为椭圆型，其中电极位于椭圆型内管道的长半轴两端，励磁结构设计在椭圆型管道短半轴测量管的两端。内管道为椭圆型流量计传感器的外壳(外管壁)可设计为椭圆型柱体或者是四棱柱体结构。该传感器结构的实现，使得在狭长空间下的电磁流量计传感器的流量测量范围增加，且能保证流量计测量信号的获取。为在狭长空间下测量较大流量范围的电磁流量计的实现提供可能。

本发明的在狭长空间内电磁流量计传感器结构包括线圈、磁芯、电极及其固定器件、衬里、内径壁、外径壁，电磁流量计的测量区域(测量管空间)，所述测量管道为椭圆型，也就是内管道为椭圆型。本发明将原有电磁流量计内管道改变为椭圆型管道，缩减了电磁流量计传感器宽度距离要求，在狭长空间下得以安放。

电磁流量计传感器椭圆型管道结构，两个电极位于椭圆长轴两端，在有限的空间下使电极距离变大，根据公式(1)可知电磁流量计传感器变为椭圆型管道时，流量计感应信号受电极距离影响。当测量区域磁场不变、通过流体速度一定时，电极位于椭圆管道长轴两端，电极距离D增大会增加流量计感应信号，有利于电磁流量计信号的获取。

$E=\frac{\mathrm{d\Φ}}{\mathrm{dt}}=B\frac{\mathrm{dA}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{BD}\frac{\mathrm{dl}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{BD}\stackrel{\‾}{V}---\left(1\right)$

式(1)为粗略估计切割磁力线所得的感应信号结果，式中，D为切割磁力线的长度，也就是电极的距离；B为磁场强度；

为流体平均速度。

在狭长空间下椭圆型内管道的设计使得流量计测量区域截面积在电极两端有所增大，因此椭圆型电磁流量计在狭长空间下增加了电磁流量计的流量测量范围。

设定在某一狭长空间下传统式圆型电磁流量计内径管道半径最大设计为a，管道截面积为约为3.14a²。如果电磁流量计设计为椭圆型管道，内管道短轴设计为a、长轴为b，如果b＝k*a，则管道截面积为k*3.14a²。可知在狭长空间下椭圆型流量计是传统圆型流量计测量范围的k倍，可以根据现场结构与流量测量具体要求进行传感器尺寸的设计。

由于励磁结构位于椭圆型管道短半轴测量管两端，可适当的调整短半轴的长度，增加励磁线圈的空间，进而在有限的空间下为励磁结构提供更好的安置空间。

根据毕奥-萨伐尔定律，进行估算励磁线圈在轴线圆心上的磁感应强度。当流量计传感器内外管道椭圆型时，设定B₁与B₂分别为传统圆型与椭圆型电磁流量计产生的磁感应强度。通过毕奥-萨伐尔定律估算其线圈圆心点磁感应强度，如式(2)所示，式中B为磁感应强度；I为通过螺线管线圈的电流大小；R为圆线圈半径；N为线圈匝数；x为圆线圈中轴线距离圆心的距离，小标1与2分别代表传统圆型与椭圆型电磁流量计对应的量值。这里为估算，将上述的x设为0，I设为相同。

$C=\frac{B_1}{B_2}=\frac{I_1{N}_1{R}_1{(R_2^2+x^2)}^{\left(\frac{3}{2}\right)}}{I_2{N}_2{(R_1^2+x^2)}^{\left(\frac{3}{2}\right)}{R}_2}=\frac{N_1{I}_1{R}_2}{N_2{I}_2{R}_1}=\frac{N_1{R}_2}{N_2{R}_1}---\left(2\right)$

图3显示为狭长区域下内外管道为椭圆型与传统圆型电磁流量计对比图。由图中可知，椭圆型的电磁流量计励磁空间较大一些，也就是说可以安放的线圈匝数N多一些；另一方面，椭圆型的电磁流量计在测量区域中产生较均匀的磁感应强度，励磁线圈R比传统圆型电磁流量计大；且对比图3可知，当椭圆型电磁流量计内管道长半轴增加时，需要励磁线圈R不断增大，但是椭圆型的电磁流量计励磁空间(也就是说线圈匝数N)增加是有限的，故而在一定范围内适当的调整两个参数可以使得电磁流量计产生的磁感应强度相近。

为了可以更好增加椭圆型电磁流量计内管道长半轴的大小，且不影响励磁强度，可以采用内管道为椭圆型、外壳(外管壁)设计为四棱柱体结构的流量计传感器，如图2所示。图4显示了为狭长区域下传感器内管道为椭圆型外管道为四棱柱形与传统圆型传感器对比图。由图4中可以发现，当磁芯与励磁线圈宽度H不超过椭圆型流量计内径壁与外径壁的距离时，且狭长空间(y轴方向)足够长时，励磁线圈截面长度K就可以不断增加，进而励磁线圈匝数N将会增加，从而平衡因椭圆型流量计内管道长半轴增加励磁线圈R增大带来的测量区域磁感应强度减小的影响。

在狭长的空间下，本发明与现有传统圆型电磁流量计相比：一方面改装了流量计传感器电极方向与励磁方向上的设计比例，使其适合狭长空间下电磁流量计的使用；另一方面通过对测量区域截面积的增加，很大程度上增加了电磁流量计的流量测量范围；且可以保证流量计信号的获取。实际使用中，可根据具体的工程工况结构与流量范围测量要求来确定椭圆型内管道电磁流量计传感器尺寸设计参数。下面通过附图对本发明给予进一步说明。

附图说明

图1为本发明内外管道为椭圆型电磁流量计传感器实施方案；

图2为本发明内管道为椭圆型、外管道为四棱柱型电磁流量计传感器实施方案；

图3为狭长区域下，内外管道为椭圆型与传统圆型电磁流量计对比图。

图4为狭长区域下，电磁流量计传感器内管道为椭圆型外管道为棱柱型与传统圆型传感器对比图。

具体实施方式

下面结合图对本发明进行详细描述。内管道为椭圆型结构电磁流量计。图1与2分别显示了电磁流量计内管道为椭圆型的电磁流量计传感器结构实施方案，如图中所示，图标记分别表示：1线圈；2磁芯；3电极及其固定器件；4衬里；5内管壁；6外管壁；7测量管道(测量区域)；8狭长安装区域；L为狭长区域的宽度。电磁流量计传感器的测量管道为椭圆型，其中电极位于椭圆型管道长半径两端，在椭圆型管道短半径两端处内径壁与外径壁之间为磁芯，磁芯两边设计为螺线管线圈。如图中所示，因为流量计内管道为椭圆型结构，在流量计传感器椭圆型短半轴方向上可节省安置空间，这种流量计传感器结构适合应用于狭长空间中较大流量测量。

在实施方案一(图1中)，电磁流量计传感器内外管径截面均为椭圆型，即流量计传感器外壳(外管壁)为椭圆型柱体。其中椭圆型流量计短半轴可以安放在空间中较狭窄的方向上(图中x方向)，长半轴结构正好安放在狭长方向(图中y方向)上，使得流量计的安置有效地利用了狭长的空间。

在实施方案二(图2中)，电磁流量计传感器外管径截面为矩形，即流量计传感器外壳(外管壁)为四棱柱体。其中流量计外壳(外管壁)矩形截面较短的边安放在空间中较狭窄的方向上(图中x方向)，矩形截面较长的边安放在狭长方向(图中y方向)上，进而使得流量计的安置有效地利用了狭长的空间。在这种结构下的流量计传感器，励磁线圈与磁芯的厚度H(如图2所示)应不大于电磁流量计传感器测量管到外径壁的距离，否则，电磁流量计线圈的绕制与安装将出现困难。

Claims (3)

1.一种内管道为椭圆型的电磁流量计传感器，其特征在于，测量区域为椭圆型，也就是说测量管为椭圆型。

2.按照权利要求1所述的一种内管道为椭圆型的电磁流量计传感器，其特征在于，电磁流量计电极位于椭圆型内管道的长半轴两端。

3.按照权利要求1所述的一种内管道为椭圆型的电磁流量计传感器，其特征在于，电磁流量计励磁结构位于椭圆型内管道短半轴管壁两端。 

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