智能型磁电式流量计的工作原理

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1、一、研究依据（包括项g的意义、国内外研究现状分析，并提供参考文献）本项目研宄开发的产品属于工业过程控制仪表中的流量仪表，主要应用于油田注水、化工、供水、环保等领域，有较广阔的应用前景。例如应用于油田注水领域中，国内油田自喷井少，大部分采用注水（或聚合物）驱油工艺，国内油田有注水井3万余口，每年需新增及更新的注水表近3万只。流量仪表按不同的测量原理，可分为速度式、容积式和差压式三类。在汕田注水、化工、环保等领域，流量仪表的工作介质复杂（如含沙、含杂质多、高温、液体具存腐蚀性等）、工作环境恶劣、量程比大、长时间连续工作。由于这些原因，在油田注水计量中，基本采用速度式流量仪表，并主要

2、采用叶轮式流量计、电磁流量计、旋涡（涡街）流量计3种类型，这3种类型流量计有各自的优缺点。目前还不能完全适用油田注水等恶劣工作条件，本项目研制磁电流景计是针对上述情况开发的一种无可动部件、抗干扰强、低功耗、价格适中流量仪表。研究在恶劣条件工作的流量仪表是国内外流量仪表的热门课题，研制无可动部件、抗干扰强、低功耗是发展方向。根据我国的国情，仪表（较大批量）价格还不能太高。下面针对在油田注水计量中，几种类型流量计的优缺点进行比较分析。叶轮式流量计是利用管道内一多叶片转子（叶轮或涡轮）在流体动能作用下旋转的角速度与管道内平均流速成正比这一特性而制成的流量计。叶轮式流量计价格适中，传感

3、器放大电路较简单，能实现低功耗电池供电，但在油田注水等恶劣工作条件下，使用寿命短，使用过程中精度下降是丼最大问題。有被无可动部件的流景仪表（如电磁流景计、旋涡流量计）代替的趋势。电磁流量计是基于法拉第电磁感应定律制成的用来测量导电介质的流量计。由于电磁流量计的检测元件都在测量管外，所以，电磁流量计在测量脏污流、腐蚀流、含纤维流体以及浆液等方面有一系列优良的特性，又无流动压损，是一类可应用于特殊场合又节能的流景仪表。缺点是造价昂贵，无法实现低功耗电池供电，且介质必须是不含油的导电介质。旋涡（涡街）流量计的流量检测元件是安装在测量管中的一根非流线形的旋涡发生体。流体流过旋涡发生体时

4、，在旋涡发生体的下游将产生两列旋向相反、交错排列的旋涡，在一定的范围内，旋涡的分离频率正比于管内平均流速。在发生体两侧因旋涡产生压力动脉，从而使检测体探头产生交变应力，封装在探头体内的压电晶体元件在交变应力的作用下，产生与漩涡同频率的交变电荷信号，放大器将这个电荷信号进行放大、滤波、整形，最后输出频率与介质流速成正比的脉冲信号，送至积算仪进行处理。其造价比电磁流量计低，缺点是管道振动及旁路引起的干扰信号较难排除。基于以上情况，本项目研究开发的磁电流景计是将旋涡流景计和电磁流量计各自的优点结合而成，利用电磁感应的原理来测量旋涡频率，既能克服涡街流量计抗干扰能力弱的缺点，又能克服电

5、磁流量计造价高、信号处理复杂的毛病。主耍参考文献：1、李小京，电磁流量计放大滤波电路的设计，化工自动化及仪表，2000.22、王海龙，涡街流量计的使用与维护，化工自动化及仪表，2000.43、傅新，旋涡进动流量计的抗干扰设计，仪器仪表学报（增刊），2000.104、徐科军，涡街流景计信号估计的自适应陷波方法，2000.4二、研宄方案（包括研究0标、研究内容、拟解决的关键问题、拟采用的研究方法及可行性分析及其创新之处）本项目研究的磁电流景计也是根据法拉第电磁感应原理工作的，区别在于：电磁流量计存绝缘衬里，测量感松电动势的幅值；而磁电流量计无衬里，是测量“卡门涡街”的发生频率，见图

6、1。图1当流体以流速V流经旋涡发生体时，会在发生体两侧交替产生旋涡，形成“涡街”，见图2,这时单侧旋涡发生频率f与流体速度V成正比。由于仪表检测的是流体通过磁场所产生的电动势，所以对来自管线径向或轴向振动不会造成干扰。避免了旋涡（涡街）流量计抗干扰信号差的缺点。同时由于仪表检测的“涡街”信号属于数字信号，因此放大处理比电磁流量计产生模拟信号要简便的多，成本比电磁流量计大大降低，并且可实现低功耗电池供电，方便室外安装使用。从上面图1与图2磁电流景计的结构原理可以看出，由于旋涡的发生，引起液体在沿管道中心线的水平面内有压力波动，参见图3,若流体内质点位移的最大振幅为Sm,则质点运动

7、方程可写成如下形式：二、研宄方案（包括研究0标、研究内容、拟解决的关键问题、拟采用的研究方法及可行性分析及其创新之处）本项目研究的磁电流景计也是根据法拉第电磁感应原理工作的，区别在于：电磁流量计存绝缘衬里，测量感松电动势的幅值；而磁电流量计无衬里，是测量“卡门涡街”的发生频率，见图1。图1当流体以流速V流经旋涡发生体时，会在发生体两侧交替产生旋涡，形成“涡街”，见图2,这时单侧旋涡发生频率f与流体速度V成正比。由于仪表检测的是流体通过磁场所产生的电动势，所以对来自管线径向或轴向振动不会造成干