电容式非满管电磁流量计设计及其磁场优化

摘要

电磁流量计以其独特的优点，广泛应用于工农业生产领域。但是，我国对于被测流体未充满管道时的体积流量测量，还没有成熟的测量技术。因此，本文在阅读并钻研了大量国内外文献的基础上，对电磁流量计的部分关键技术进行了深入的研究。
　　励磁磁场的均匀度是影响电磁流量计测量精度和对流态适应性的重要因素，合理有效的评价指标体系对磁场均匀度的确定有重要的影响。目前在电磁流量计的设计中，或者不考虑均匀度问题，或者采用粗略的评价方法，并未形成较为公认和统一的评价体系。本文建立了基于面积权重偏离度的评价指标体系，并与传统的评价指标进行对比分析;依据该评价体系，在传统电磁流量计传感器励磁结构的基础上进行了改进和优化，设计了更加符合磁场均匀度要求的励磁模型。采用ANSYS软件进行数值仿真研究，以标准差率为衡量指标与传统的电磁流量计模型进行对比验证，结果表明建立的新模型对提高磁场均匀度有了很大改进。最后进一步对新模型的磁极探出长度做了优化仿真，找出了磁场均匀性最优的磁极探出长度。该研究为提高电磁流量计磁场均匀度提供了一种新的思路。
　　为了消除流体流态及液位高度对非满管流量测量的影响，本文进一步提出了一种新的长条形电极非满管电磁流量传感器结构。该结构的测量管为方形管，使液体未充满管道时的非对称流转化为对称流，测量结果只与平均流速有关，而与流体的流动状态无关。在电磁流量传感器的衬里内侧安装了一对长条形电极，避免了测量管内流体的液位高度过低时，传统点电极或长弧形电极检测不到流量信号的缺陷，使测量范围不再受检测电极高度的影响。采用流速和液位测量相结合的方法测量非满管流体的体积流量。详细分析了传感器的测量原理，并对电磁流量测量机构进行关键电路和软件流程图的设计分析。最后搭建了非满管电磁流量计实验样机，通过现场测试结果表明该方案是有效可行的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 非满管电磁流量计的国内外研究现状

1．3 电磁流量计的研究现状及发展趋势

1．3．1 电磁流量计的研究现状

1．3．2 电磁流量计的发展趋势

1．4 本文主要工作

第2章 电磁流量计的测量原理及其相关理论

2．1 电磁流量计测量的基础理论

2．1．1 电磁流量计的基本原理

2．1．2 非满管电磁流量计的测量原理

2．2 权重函数对电磁流量计的影响

2．3 流体的分布规律对电磁流量计的影响

2．4 本章小结

第3章 励磁系统磁场的仿真优化

3．1 电磁场有限元分析

3．1．1 电磁场分析的理论基础

3．1．2 电磁场分析的边界条件

3．2 电磁流量计传感器励磁磁场分析

3．2．1 电磁流量传感器几何模型的建立

3．2．2 基于ANSYS的励磁模型建立

3．3 对模型进行求解及结果后处理

3．4 本章小结

第4章 基于均匀磁场的励磁结构优化

4．1 磁场均匀度指标的建立

4．1．1 构造均匀磁场的理论依据

4．1．2 提出磁场均匀度评价指标

4．2 新旧模型的磁场仿真结果对比分析

4．3 新模型磁场优化及有限元仿真分析

4．4 结果处理及励磁结构的确定

4．5 本章小结

第5章 非满管电磁流量计的整体设计与分析

5．1 非满管电磁流量计的传感器设计及原理分析

5．1．1 流速测量机构

5．1．2 液位测量机构

5．1．3 测量原理分析

5．2 非满管电磁流量计整体框架设计

5．3 转换器电路原理图设计及分析

5．3．1 励磁激励电路设计

5．3．2 电压激励电路设计

5．3．3 液位电容采集电路设计

5．3．4 感应电压检测电路设计

5．3．5 通信接口电路设计

5．3．6 电源电路设计

5．3．7 微控制器最小系统

5．4 软件设计

5．5 流速测量部分测试及结果对比

5．6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢