[發明專利]電磁流量計探頭及應用該探頭的電磁流量計

在審

• 申請號: 202011053153.4
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN114323170A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 彭黎輝;陳威;李軼
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01F1/58
• 分類號: G01F1/58
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 張利杰

本發明提供一種電磁流量計探頭，包括：電極陣列以及勵磁系統。所述電極陣列包括N個電極，所述N個電極在測量時環繞管道的外壁等間距分布。所述勵磁系統用于提供任意方向的磁場，包括至少兩組勵磁線圈，所述勵磁線圈在測量時環繞所述管道的外壁分布，并且設置于所述電極陣列遠離所述管道外壁的一側。本發明還進一步提供一種包括上述探頭的電磁流量計，可以用于測量液相具有弱導電性的氣液兩相流的流量。

技術領域

本發明涉及流量測量技術領域。

背景技術

電磁流量計(Electromagnetic Flow Meter,簡稱EMF)是一種利用電磁感應對管道內導電流體進行流速及流量測量的流量計。傳統電磁流量計通過將一對電極內嵌在絕緣管壁上并和管道內流體進行接觸來獲取可以表征管道內流體流速大小的電磁感應電動勢來實現流速及流量測量。由于只采用了一對電極，傳統電磁流量計通常要求被測流體充滿管道且具有軸對稱的流速分布。隨著電磁流量計相關技術的發展，又出現了多電極電磁流量計，可以獲得管道內流速分布，從而更準確估計管道內流體流量。

然而，現有的電磁流量計對于弱導電性流體以及流速分布及濃度分布復雜的流體測量精確性較差。因此，如何快捷且有效地測量液相具有弱導電性且流速分布及濃度分布復雜的流體(如氣液兩相流)的流量是目前需要解決的問題。

發明內容

一種電磁流量計探頭，使用時設置于管道的外壁，包括：電極陣列，包括N個電極，所述N個電極在測量時環繞所述管道的外壁等間距分布，其中N為偶數；以及勵磁系統，包括至少兩組勵磁線圈，用于提供任意方向的磁場，所述勵磁線圈在測量時環繞所述管道的外壁分布，并且設置于所述電極陣列遠離所述管道外壁的一側。

如上述電磁流量計探頭，其中，所述勵磁系統由相互垂直的第一勵磁線圈與第二勵磁線圈組成。

如上述電磁流量計探頭，其中，所述探頭進一步包括一絕緣襯里設置于所述電極陣列與所述管道外壁之間，用于將所述電極陣列與所述管道內被測流體隔離。

如上述電磁流量計探頭，其中，所述探頭進一步包括一屏蔽層設置于所述勵磁系統遠離所述管道外壁的一側。

一種電磁流量計，包括測量系統以及所述探頭，所述測量系統與所述探頭之間存在通信通路，所述測量系統包括：微控制器、勵磁/激勵電路以及測量電路；所述微控制器通過模式控制信號控制所述勵磁/激勵電路、所述測量電路處于第一工作模式或第二工作模式，以及通過電極選通信號控制所述電極陣列中電極、電極對的選通；所述勵磁/激勵電路分別與所述勵磁系統、所述電極陣列中的電極電連接，當處于第一工作模式時向所述勵磁系統提供勵磁電流，以及當處于第二工作模式時向所述電極陣列中被選通的電極k施加激勵電壓；所述測量電路與所述電極陣列中的電極電連接，當處于第一工作模式時測量垂直于磁場方向的電極對之間的感應電動勢，以及當處于第二工作模式時測量所述被選通電極k與其他電極之間的電容值。

如上述電磁流量計，其中，所述所述測量電路包括第一數據處理模塊與第二數據處理模塊；所述第一數據處理模塊用于對所述感應電動勢進行前置放大、儀表放大、濾波、整流、模數轉換；所述第二數據處理模塊用于對所述電容值進行C/V轉換、放大、解調、濾波、模數轉換。

如上述電磁流量計，其中，述微控制器用于控制所述勵磁系統依次產生方向為a1、a2、…、a(N/2)的磁場；所述微控制器還用于控制所述測量電路依次測得磁場方向分別為a1、a2、…、a(N/2)時，垂直于磁場方向的各電極對之間的感應電動勢。

如上述電磁流量計，其中，所述微控制器用于控制所述激勵電路依次給所述電極陣列中的電極施加激勵電壓，所述微控制器還用于控制所述測量電路測量所述電極陣列中被施加激勵電壓的電極與所述電極陣列中的其他電極之間的電容值。