基于管段内表面磁场逐点测量的电磁流量计干标定方法技术

本发明专利技术提供了一种基于管段内表面磁场逐点测量的电磁流量计干标定方法。该方法采用电动位移平台驱动高斯计探头逐点测量电磁流量计管段内表面的法向磁通量密度，计算机利用所测得的管段内表面磁场信息重构管段内空间三维磁场，进一步结合管段几何尺寸及数学模型计算出电磁流量计一次传感器的转换系数，从而实现电磁流量计一次传感器的高精度干标定。它能避免实流标定所带来的高成本，避免传统干标定方法中复杂的空间三维磁场的测量，可实现电磁流量计在不同介质及各种流场环境下的检测与标定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用于电磁流量计的标定方法，尤其涉及一种。
技术介绍
目前，电磁流量计多采用实流标定方法，需要实际流动的液体通过电磁流量计测量管段来完成其标定。此方法存在以下三个缺点1)需要搭建大型的实流标定装置，其中大口径电磁流量计的实流标定装置极其昂贵，标定成本也非常高；2)实流标定装置通常只有一种测量介质，例如水，其所产生的流场亦为完全发展的理想流场。但现场使用时，电磁流量计的测量介质可能不是水，而是黏液、浆液甚至多相介质等，管段内流场也并非一定为实流标定时的理想流场，因此实流标定得出的仪表精度并不能代表现场使用的实际精度；3)电磁流量计通常要求进行定时的重新标定，而实流标定装置不具备可移动性，因此用户与厂家通常需要花费额外的资源将电磁流量计从现场运输至实流标定装置所在地进行重新标定。电磁流量计干标定方法可避免实流标定的以上缺点，标定过程中无需实际介质，其装置制造成本及标定成本大大降低，装置具备可移动性，可在电磁流量计使用现场完成其标定，原理上干标定采用理论计算的方式，可完成不同介质及各种流场环境下电磁流量计的检测与标定。但传统的电磁流量计干标定方法要求测量整个电磁流量计管段内空间的三维磁场信息。而在各点磁通密度方向未知的情况下，要做到准确测量三维磁场信息显然不太可能，因此传统的干标定方法在精度上无法达到工业化应用的要求。
技术实现思路
为了避免传统的电磁流量计干标定方法中管段内空间方向未知的三维磁场的测量，本专利技术的目的在于提供一种，只需测量电磁流量计管段内表面上方向已知的法向磁通密度，能确保测量的准确性，进而提供一种高精度、可模拟不同介质及各种流场情况的电磁流量计干标定方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种，用高斯计逐点测量电磁流量计管段内表面的法向磁通量密度，计算机利用所测得的管段内表面磁场信息重构管段内空间三维磁场，结合管段几何尺寸及数学模型计算出电磁流量计一次传感器的转换系数，从而实现电磁流量计一次传感器干标定。利用计算机控制电动位移平台驱动高斯计探头逐点扫描测取电磁流量计管段内表面的法向磁通量密度，测量时高斯计探头平面与测量点所在环面的切向平面平行。用标量磁位势来描述整个管段内的空间三维磁场，则标量磁位势满足拉普拉斯方程；利用管段内表面上标量磁位势的法向导数，即法向磁通密度为求解条件，求解标量磁位势的拉普拉斯方程，使得管段内空间各点标量磁位势由求解条件，即管段内表面上法向磁通密度唯一决定；从而只需通过测量管段内表面上的法向磁通密度，便可重构管段内空间三维磁场。利用内径千分尺、游标卡尺测量电极尺寸、电极间距离及管段内径，用于构建空间权重函数，并确定积分空间。根据不同介质及各种流场情况建立不同的流场数学模型，标定时与重构的三维磁场模型、空间权重函数相乘，并根据管段几何尺寸在整个管段空间进行积分，得到单位流量下电磁流量计电极间输出电压，即电磁流量计一次传感器转换系数，从而实现电磁流量计一次传感器干标定。本专利技术与
技术介绍
相比具有的有益效果是避免了传统的电磁流量计干标定方法中管段内空间方向未知的三维磁场的测量，只需测量管段内表面的法向磁通密度，由于管段内表面的法向磁通密度的方向已知，即测量点所在环面的法向，因此大大方便了测量，确保了测量的准确性，以此为基础提供了一种高精度、经济、可模拟各种流场情况的电磁流量计干标定方法。附图说明图1是本专利技术的结构原理图。图中1、微型霍尔传感器的高斯计探头，2、连杆，3、轴，4、位移平台，5、控制器，6、高斯计仪表，7、计算机，8、电磁流量计电极，9、电磁流量计电极，10、电磁流量计管段轴线。图2是本专利技术中高斯计探头安装示意图。图中11、环面，12、切向平面，13、高斯计探头平面，14、法线方向。具体实施例方式电磁流量计干标定方法的目的是获取一次传感器的转换系数K1，即单位流量通过电磁流量计时，一次传感器电极间的输出电压大小。按照电磁流量计理论，电极间输出电压可用式(1)表述U＝∫(B×V)Wdτ(1)式中B——电磁流量计管段内各点磁通密度V——电磁流量计管段内各点介质流速W——电磁流量计管段内空间权重函数τ——积分空间，即电磁流量计管段内整个空间可见，若能分别知道B、V、W随空间坐标，例如柱坐标系(ρ，θ，z)下的表达式B(ρ，θ，z)、V(ρ，θ，z)、W(ρ，θ，z)，便可方便地求取一定流速分布下电磁流量计电极间输出电压的大小，进而求取K1，实现电磁流量计一次传感器的干标定。其中B(ρ，θ，z)在传统的电磁流量计干标定方法中无法准确测取，通过本专利技术可做到准确获取；V(ρ，θ，z)可根据不同的流场要求而定，通过其数学表达式的变化模拟各种流场情况；W(ρ，θ，z)表示电磁流量计测量时此坐标点感应电动势对两电极间电位差U所起作用的大小，现已有成熟的理论讲述各种典型电磁流量计的W(ρ，θ，z)表达式。综上所述，电磁流量计干标定方法的实现关键在于B(ρ，θ，z)的准确获取。本专利技术中，利用电磁流量计管段内磁场是一个无旋场的特点，用标量磁位势来描述整个管段内的空间三维磁场，标量磁位势满足拉普拉斯方程。利用管段内表面上标量磁位势的法向导数，即法向磁通密度为求解条件，求解标量磁位势的拉普拉斯方程，使得管段内空间各点标量磁位势由求解条件，即管段内表面上法向磁通密度唯一决定，从而只需通过测量管段内表面上的法向磁通密度，便可重构管段内空间三维磁场。因此，首先需要测量管段内表面法向磁通密度。测量方法如下如图1所示，头部装有微型霍尔传感器的高斯计探头1、高斯计仪表6及连接两者的信号线S1组成磁场测量模块，测量精度为0.1％。具有轴向及环向两个自由度的位移平台4、控制器5及连接两者的信号线S2组成电动位移平台，轴向定位精度为3μm，环向定位精度为0.003度。高斯计探头1通过连杆2、轴3固定到位移平台4上，高斯计仪表6、控制器5分别通过通讯线C1、C2与计算机7相连。工作时，计算机7通过控制器5控制位移平台4，驱动高斯计探头1以一定的扫描路径及步长完成整个电磁流量计管段内表面法向磁通密度的逐点测量，测得数据由高斯计仪表6通过通讯线C1上传给计算机7。测量时，计算机7可通过高斯计仪表6控制磁场测量模块测量时的采样时间点，通过控制器5控制高斯计探头1的扫描路径及步长。扫描路径可采用先环向再轴向或先轴向后环向前者先以一定步长完成环向的逐点扫描，然后轴向推进一个步长距离，进行下一个环向的逐点扫描；后者先以一定步长完成内表面上一条轴向直线上的逐点扫描，然后环向转动一个步长，进行下一个一条轴向直线上的逐点扫描。磁场测量过程中，计算机7所获得的每个测量点的信息将包括测量点坐标及该点法向磁通密度。通常选取电磁流量计两个电极8、9的中心点为坐标原点建立参考坐标系，以其中任意一个电极所在位置为逐点测量的起始点。为了确保测量精度，测量时应确保轴3与被测电磁流量计管段中心轴10重合，且应如图2所示确保高斯计探头平面13与测量点所在环面11的切向平面12平行，即使高斯计探头平面13与测量点所在环面11的法线方向14垂直，让法向磁通密度垂直穿过高斯计探头平面13。完成管段内表面法向磁通密度的测量后，计算机7程序以测得的管段内表面法向磁通密度为求解条件，完成标量磁位势拉普拉斯方程的求解，得到管段内空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于管段内表面磁场逐点测量的电磁流量计干标定方法，其特征在于：高斯计逐点测量电磁流量计管段内表面的法向磁通量密度，计算机利用所测得的管段内表面磁场信息重构管段内空间三维磁场，结合管段几何尺寸及数学模型计算出电磁流量计一次传感器的转换系数，从而实现电磁流量计一次传感器干标定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：傅新，胡亮，谢海波，杨华勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]