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手持式电感电子流量计


文章日期:2017-06-18|阅读数:


为了准确便捷的测量管道内液体的流动,革新流量计测量方式,采用外圆包覆式的非接触测量的电感式电子流量计测量管道内液体,既能够准确的测量管道内的液体的流量,减少机械式结构对测量结果的影响,又增加了测量的便捷性,便于检测出管道堵塞位置。 

0.前言

当今世界能源已经成为人们普遍关注的焦点问题,尤其在原油开采过程中,获得油井的实时产量时,减少测量装置所带来的能源浪费,降低生产成本,越来越被人们所重视。 为了对能源进行科学管理,首先要抓好节能工作,而在节能工作中,流量计仪表的研究与开发起到至关重要的作用。

但是现在流量计大部分还是传统的机械式流量计,即以通过管道内液体的流动带动齿轮等传动机构的转动而达到计算液体流量的目的。 这种流量计普遍存在着测量不准确,使用寿命短的问题,而现在已有的少数电子流量计一部分仅是通过机械测量, 电子显示来实现的,一部分是通过超声波或电磁进行测量的。 并且目前的流量计都需要机械紧固式的安装在管道上才能工作,即现在已有的流量计主要是固定式的,单一测量一定地点的仪器,运用在检修工作和实验活动中可移动的、便携的流量计还未出现。 为了满足实际使用的需求,本文介绍了一种基于电感传感器的管道式电子流量计,来实现对管道内流体的非接触测量。

1.电子流量计的工作原理

电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、 压力、流量、振动等转换成线圈自感系数或互感系数的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量的输出。 电感线圈是环绕在绝缘管上的相互绝缘的导线,其利用电磁感应的原理进行工作,当有电流流过一根导线时,就会在这根导线的周围产生一定的电磁场,而这个电磁场的导线本身又会对处在这个电磁场范围内的导线发生感应作用。 对产生电磁场的导线本身发生的作用,叫做自感,即导线自己产生的变化电流产生变化磁场, 这个磁场又进一步影响了导线中的电流;对处在这个电磁场范围的其他导线产生的作用,叫做互感 电感量也称自感系数,是表示电感器产生自感应能力的一个物理量。

电感器电感量的大小,主要取决于线圈的圈数(匝数)、绕制方式、有无磁芯及磁芯的材料等等。 通常,线圈圈数越多、绕制的线圈越密集,电感量就越大。 有磁芯的线圈比无磁芯的线圈电感量大;磁芯导磁率越大的线圈,电感量也越大。

电感式电子流量计的测量原理如下图所示:

过程1.jpg

这里需要强调的是磁芯的材料会对电感器电感量的大小产生影响。 现在再介绍一个经验公式:

 过程2.jpg

 

2.数据的采集

利用这些理论依据去做通电螺线管环绕管道的实验。 通过控制变量的测量方法对不同的管道,管道内部不同的液体和液体不同流速的液体的测量,得到实验数据并对其加以分析。

测量电路如图 2a)、(b)示:

过程3.jpg

3.数据的处理

合磁芯的材料对电感器电感量的大小产生影响的公式(L=

k*u0 *us *N2 *s )和自感线圈储能公式(储存过程中:IIf * et* RL  释放过lt* R程中:II0 * e L )可以得到磁芯的不同对回路中储能过程中***大电流或释放过程中***初电流的关系,并利用具体的实验数据确定管道内液体的流量与流速。

为了排除不同管道对数据的影响,还需要对不同管道在电感回路中电流和电荷量的数据进行测量记录, 把这些数据作为基础数据,对在不同管道下测量液体流量及流速进行数据的处理和校正。

4.软件设计

为了提高数据处理的精准度和使用方便,可以利用单片机的控制与计算功能。

软件执行具体步骤如下:

1 根据实际的测量情况对单片机输入相应管道型号  流体的种类,线圈匝数等基本参数。

2)单片机查询与电感传感器连接的 I/O 端口,记录电流和电压的变化。 用得到的数据,单片机内存储的参数进行理论运算得到计算结果。 并将结果通过电子液晶屏输出。

单片机的主要功能有:

1)通过不断截取极小段时间内电流与时间乘积的和得到电感回路中的电荷量变化,从而得到电感的电感量 L

2)在单片机中储存不同管道对电感系统的数据影响 ,在测量时可以选择在一种管道的数据模式下进行测量。 精简并加快测量的流程。

3)在单片机中录入所有计算所需的公式,并在测得数据后进行计算,***后直接在 LED 屏上输出流量与流速数据。

5.机械外观的设计

因为螺线管需要环绕着管道才能测得数据,但要在不破坏螺线管和管道的前提下给管道上套上螺线管基本上是不可能的,所以需要对对电子流量计的外观进行改变才能够满足便携式的使用。

外观设计如图 3

过程4.jpg

6.结束语

本设计的创新点是舍弃传统液体流量计的测量方式,创新的利用电感的特性来进行对液体管道内液体的特性进行测量,新的测量方法提高了测量精度的同时还简化了测量步骤。 其主要价值为:高精度的测量管道内液体的流量与流速;便携式的使用方法,免去了复杂的安装过程;检测与校准普通流量计的测量精度;因其使用便利性和较高的测量精度,可以用于液体管道的检堵检漏的检测维修过程。 

 



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