式中 h 为液面高度, D 为测量管内径。而不再是由此可知,非满管电磁流量计的流量测量必须同时测量平均流速和液位高度这两个物理量。
1.2 非满管电磁流量传感器流速测量机构
根据电磁流量计的基本原理,当流体充满管道时,管中流体的平均流速和两电极之间的感应电势之间的关系如式(2-1)所示。当管中流体未充满时,如前面所述,测得的信号不准确或者根本得不到感应电势信号。在传统电磁流量计的基础上,将流速检测电极在高度方向上设计在距测量管底端 10%D处,其中 D 为测量管直径。这样能保证管中流体液位高于 10%D 时,根据传统电磁流量计基本原理,传感器能准确测得流体的平均流速。其结构如图 3-3 所示。
此时,两极间的感应电动势 E 与两电极间的距离 d 之间的关系为:
E =k Bd`V (3-2)
1.3 非满管电磁流量传感器液位测量机构
基于电容式传感器的基本原理,就是将液位的变化转换成电容值的变化。在测量的过程中测量电压、频率、脉宽等容易测量的物理量,从而实现电容值的测量。结合电容式传感器和电磁流量计的基本原理,流体在管中流动的过程中,利用流量计衬里和管内流体作为介质,同时在流量计衬里与管壁之间采用两片圆弧形电极片,电极片与衬里和管中流体形成一电容器,根据电容式传感器的基本原理,液体作为一种介质,是电容器的一个组成部分,液体液位的高低,直接影响电容器的电容值,即电容器的电容量是液位高度的单值函数。其相应结构如图 3-4 所示。
为了降低信号之间的干扰和便于控制,非满管电磁流量计采用流速机构和液位机构分体,但是同时同步测量,再将两信号进行整合,得出流量信号。
式中,
a 为衬里内半径, m ;
h 为液位高度,?? m ;
b 为电极内径,?? m ;
l 为电极片轴向长度, m ;
2.2 非满管电磁流量计工作原理
非满管电磁流量计采用励磁激励和电压激励双激励机制,在励磁激励的作用下,通过励磁电路产生相应的磁感应强度,从而在电极上得到与流速对应的电势信号,经过计算得到流体的平均流速值。在激励电极的作用下,向激励电极通入高频电压,使两圆弧形电极片与其之间的介质形成电容式传感器,通过电容量的测量,经过控制系统处理后得到与电容对应的液位高度信号。两个过程互不干涉,然后经过控制系统分析处理后得到管中流体流量值。整个系统框图如图 3-7 所示。