一種導電液體流量測量的橋式流量測量裝置的製作方法

2023-05-04 05:22:51 1

專利名稱：一種導電液體流量測量的橋式流量測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及流量測量裝置，尤其是涉及一種導電液體流量測量的橋式流量測
量裝置。
背景技術：
流量測量方法和儀表的種類繁多，至今為止，可供工業用的流量儀表種類達60多種。品種如此之多的原因在於至今還沒有找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態以及任何使用條件都適用的流量儀表。每種產品都有它特定的適用性，也都有它的局限性。在工業過程中，目前的流量測量方法有渦輪式、科氏質量式、浮子式，渦街式、容積式、超聲波式、差壓式等等。然而，針對導電液體的流量測量，電磁式比其他方法簡單，成本低。目前被廣泛應用於工業過程中各種導電液體的體積流量測量，如各種酸、鹼、鹽等腐蝕性介質。電磁流量計主要由電磁流量傳感器和電磁流量轉換器兩部分組成。電磁流量傳感器主要有勵磁線圈、測量管和感應電極組成。由於勵磁線圈和導磁鐵芯的尺寸比較大，造成電磁流量計的尺寸大、成本高，高頻磁路的渦流損失和磁滯損失等問題。勵磁線圈的感性負載效應使高頻和雙頻勵磁時的勵磁電流在勵磁方向切換後的半個周期內往往達不到穩定，從而導致電磁流量計的零點穩定性差。因此，電磁流量計的勵磁線圈給流量計引入了很多難以解決的幹擾，同時對於低電導率液體介質，小流量流體，電磁流量計的儀表精度明顯降低。如圖1所示，德國科隆公司電磁流量計在標準條件下測量誤差與流速的關係圖。 當流速小於lm/s時，測量誤差明顯增大。由於檢測到的信號相對於幹擾信號很微弱，因此難以測量。引入高放大倍數的放大器，然而這樣就使得電磁流量計特別容易受外界電磁場的幹擾，即使是很微弱的幹擾在經過高倍放大後，對結果的影響也是巨大的，這樣勢必會大大影響儀表的準確度，對控制系統的穩定性和可靠性構成很大的隱患。如某些工程運行初期流速偏低，從測量精度出發，儀表口徑應改用小管徑，用變徑管連接到管徑上。因此，對於 lm/s以下的小流速流量，在原來管道上實現流量的精確測量目前仍是一個難題。
發明內容本實用新型的目的是提供一種導電液體流量測量的橋式流量測量裝置。採用橋式流量測量裝置，它不需要勵磁線圈，結構簡單，防止了外界電磁場的幹擾，提高測量準確度。本實用新型採用的技術方案是—、一種導電液體流量測量的橋式流量測量方法採用放置在測量管軸向截面兩兩對稱的電極之間的集總參數阻抗組成惠斯登電橋，在惠斯登電橋一組對角電極上通以交流電激勵，另一組對角電極上得到的輸出電壓信號與導電液體的流速成線性關係。每個集總參數阻抗都是電極極化阻抗、歐姆阻抗和流體的速度梯度阻抗的綜合， 集總參數阻抗受流體流速、振蕩驅動電壓的幅值和頻率、電極材料和導電流體的電導率的影響，當振蕩器驅動電壓的幅值和頻率、電極材料和導電流體的電導率確定時，沿測量管道徑向兩個為一組的電極之間的集總參數阻抗保持不變，沿測量管道方向兩個為一組的電極之間的集總參數阻抗隨流體的流速而變化。二、一種導電液體流量測量的橋式流量測量裝置本實用新型包括振蕩驅動電路、橋式流量測量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點校準電路、跟隨器、A/D轉換器、單片機、輸出顯示電路和D/A轉換器；振蕩驅動電路依次經橋式流量測量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點校準電路、跟隨器、A/D轉換器、單片機與輸出顯示電路連接，D/A轉換器與單片機連接。所述的橋式流量測量傳感器是由放置在測量管軸向截面兩兩對稱的電極之間的集總參數阻抗組成惠斯登電橋，一組對角電極中的一個接地，另一個接振蕩驅動電路LM741 的第6腳進行激勵，另一組對角電極接放大器INAlOl的第10、5腳；測量管內表面有絕緣層襯裡，測量管的兩端面用法蘭通過絕緣墊片或聚四氯乙烯塑膠片分別與兩端被測管道連接。所述的振蕩驅動電路以LM741為核心，LM741的第6腳輸出端與橋式流量測量傳感器的一組對角電極的一個電極相接，一組對角電極的另一個電極接地，橋式流量測量傳感器的另一組對角電極的一個電極接放大器INAlOl的第5腳，橋式流量測量傳感器的另一組對角電極的另一個電極接放大器INAlOl的第10腳。所述的放大器與整流濾波電路，整流濾波電路LM124的第一路運算放大器0P07-1 的第3腳與放大器INAlOl的第8腳相接，0P07-1的第1腳與零點校準電路LMlM第二路運算放大器0P07-2的第6腳相接。所述的零點校準與跟隨器電路，零點校準電路LMlM第二路運算放大器0P07-2的第7腳與跟隨器LMlM第三路運算放大器0P07-3的第10腳相接，0P07-3的第8腳通過A/ D轉換器輸入單片機，再通過D/A轉換器把單片機輸出的信號變為4-20mA標準電流信號用於輸出顯示。所述的單片機採用LPC2136，A/D模塊採用ADS1251，D/A模塊採用AD421，輸出顯示模塊採用12864點陣帶漢字液晶模塊，LM124是有四路運算放大器0P07的集成晶片。本實用新型具有的有益效果是本實用新型採用橋式流量測量方法，它不需要勵磁線圈；對導電液體的流量測量， 橋式流量測量相對於電磁流量測量始測流速小、電路結構簡單、實現成本低、功耗低。

圖1是德國科隆公司電磁流量計在標準條件下測量誤差與流速的關係圖。圖2是本實用新型橋式流量測量傳感器結構圖。圖3是本實用新型四電極集總參數阻抗網示意圖。圖4是本實用新型橋式流量測量裝置結構原理框圖。圖5是本實用新型的放大器與整流濾波電路原理圖。圖6是本實用新型的零點校準與跟隨器電路原理圖。圖7是本實用新型的振蕩驅動電路原理圖。圖中1、法蘭，2、電極，3、測量管，4、絕緣襯裡。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。如圖4所示，本實用新型包括振蕩驅動電路、橋式流量測量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點校準電路、跟隨器、A/D轉換器、單片機、輸出顯示電路和D/A轉換器；振蕩驅動電路依次經橋式流量測量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點校準電路、跟隨器、A/D轉換器、單片機與輸出顯示電路連接，D/A轉換器與單片機連接。如圖2、圖3所示，所述的橋式流量測量傳感器是由放置在測量管軸向截面兩兩對稱的電極之間的集總參數阻抗組成惠斯登電橋，一組對角電極A、D中的一個接地，另一個接振蕩驅動電路LM741的第6腳進行激勵，另一組對角電極B、C接放大器INAlOl的第10、5 腳；測量管內表面有絕緣層，測量管的兩端面用法蘭通過絕緣墊片或聚四氯乙烯塑膠片分別與兩端被測管道連接。本實用新型的橋式流量測量方法，它是基於惠斯登電橋原理。金屬電極在電解質流體中存在電化學現象。根據電化學原理，電極與流體間存在界面電場，電極與流體的界面是電極與流體相間存在的雙電層所引起的。對電極與流體界面電場的研究發現物質的分子、原子和離子在界面具有富集或貧乏的吸附現象，而且發現大多數無機陰離子是表面活性物質，具有典型的離子吸附規律，而無機陽離子的表面活性很小。由於極化阻抗導致電勢差，如果一個小信號交流電激勵在一組對角電極上，這個交流電壓與兩電極之間的兩個半電勢相疊加，同時流體中的離子從一個電極流向另一個電極，電流密度受限於兩電極之間的極化阻抗和歐姆阻抗。此外，如果流體是沿測量管道方向從一個電極流向另一電極，離子隨著流體移動，由於速度梯度產生的粘性力作用，電流密度最終達到動態平衡。因此，電極間的集總參數阻抗取決於極化阻抗，歐姆阻抗，流體的速度梯度阻抗。對於固定的系統極化阻抗和歐姆阻抗被認為恆定，穿過管道流體橫截面的速度梯度取決於流體的速率。如圖3所示，假設軸向截面兩兩對稱的四電極之間存在四個集總參數阻抗，當導電液體以層流小流量狀態流過水平放置的測量管道時，假設它沒有沿著直徑方向的流速單元，因此，電極A、C之間的集總參數阻抗Z1和電極B、D之間的集總參數阻抗為常量。電極A、B之間的集總參數阻抗和電極C、D之間的集總參數阻抗τ,隨流體速度梯度而變化。因此，根據惠斯登電橋原理，一對角方向的兩電極通以恆定交流電，而另一對角電極的輸出隨導電液體的流速而變化。在電極A、D之間提供固定頻率的交流電壓Vs，由於測量電路具有高輸入阻抗，橋路電壓輸出信號\為
權利要求1.一種導電液體流量測量的橋式流量測量裝置，其特徵在於包括振蕩驅動電路、橋式流量測量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點校準電路、跟隨器、A/D轉換器、單片機、輸出顯示電路和D/A轉換器；振蕩驅動電路依次經橋式流量測量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點校準電路、跟隨器、A/D轉換器、單片機與輸出顯示電路連接，D/A轉換器電路與單片機連接。
2.根據權利要求1所述的一種導電液體流量測量的橋式流量測量裝置，其特徵在於 所述的橋式流量測量傳感器是由放置在測量管軸向截面兩兩對稱的電極之間的集總參數阻抗組成惠斯登電橋，一組對角電極(A、D)中的一個接地，另一個接振蕩驅動電路LM741的第6腳進行激勵，另一組對角電極(B、C)接放大器INAlOl的10、5腳；測量管內表面有絕緣襯裡，測量管的兩端面用法蘭通過絕緣墊片或聚四氯乙烯塑膠片分別與兩端被測管道連接。
3.根據權利要求1所述的一種導電液體流量測量的橋式流量測量裝置，其特徵在於 所述的振蕩驅動電路以LM741為核心，LM741的第6腳輸出端與橋式流量測量傳感器的一組對角電極的一個電極(A)相接，一組對角電極的另一個電極(D)接地，橋式流量測量傳感器的另一組對角電極的一個電極(C)接放大器INAlOl的第5腳，橋式流量測量傳感器的另一組對角電極的另一個電極(B)接放大器INAlOl的第10腳。
4.根據權利要求1所述的一種導電液體流量測量的橋式流量測量裝置，其特徵在於 所述的放大器與整流濾波電路，整流濾波電路LMlM的第一路運算放大器0P07-1的第3腳與放大器INAlOl的第8腳相接，運算放大器0P07-1的第1腳與零點校準電路LMlM第二路運算放大器0P07-2的第6腳相接。
5.根據權利要求1所述的一種導電液體流量測量的橋式流量測量裝置，其特徵在於 所述的零點校準與跟隨器電路，零點校準電路LMlM第二路運算放大器0P07-2的第7腳與跟隨器LMlM第三路運算放大器0P07-3的第10腳相接，0P07-3的第8腳通過A/D轉換器輸入單片機，再通過D/A轉換器把單片機輸出的信號變為4-20mA標準電流信號用於輸出顯示。
6.根據權利要求1所述的一種導電液體流量測量的橋式流量測量裝置，其特徵在於 所述的單片機採用LPC2136，A/D轉換器採用ADS1251，D/A轉換器採用AD421，輸出顯示採用12864點陣帶漢字液晶模塊，LM124是有四路運算放大器0P07的集成晶片。
專利摘要本實用新型公開了一種導電液體流量測量的橋式流量測量裝置。採用放置在測量管軸向截面兩兩對稱的電極之間的集總參數阻抗組成惠斯登電橋，在惠斯登電橋一組對角電極上通以交流電激勵，另一組對角電極上得到的輸出電壓信號與導電液體的流速成線性關係。該裝置的振蕩驅動電路依次經橋式流量測量傳感器、放大器、整流濾波電路、零點校準電路、跟隨器、A/D轉換器、單片機與輸出顯示電路連接，D/A轉換器與單片機連接。本實用新型採用橋式流量測量方法，它不需要勵磁線圈；對導電液體的流量測量，橋式流量測量相對於電磁流量測量始測流速小、電路結構簡單、實現成本低、功耗低。
文檔編號G01F1/56GK202329703SQ201120427770
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者劉鐵軍, 陳寅佳 申請人:中國計量學院