一种紧凑型电磁流量计、安装方法及测流量方法

技术领域

本发明涉及流量测量领域，尤其是一种紧凑型电磁流量计、安装方法及测流量方法。

背景技术

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律原理来制造的用来测量导电液体的体积流量的感应式仪表。现有的电磁流量计主要由转换器、传感器与连接线缆组成，其中，传感器这一部件因线圈的限制，体积特别大，而且转换器的体积也比较大，对于小口径流量计来说，安装的时候必须有固定支架或支座将传感器以及线圈托起，又因为管道的形状为圆柱形，所以圆柱形的管道表面是弧形的，这使得流量计内部空间较小，使得体积较大的励磁线圈与传感器在安装时较为不便，而且安装的时候可能会使管道变形，甚至损坏管道或流量计；其次，目前的流量计包括电磁流量计的安装位置处均需要存在一段直管段，该直管段的长度通常是大于管道通径的5倍以上，起整流作用，避免液体进入流量计出现紊流，影响测量的精确度；该方式在现场会增加管道安装流量计所需要的空间，甚至为了达到该安装目的需要更改管道线路走向，增加安装的复杂度。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种紧凑型电磁流量计、安装方法及测流量方法，将传统的流量计的传感器和转换器集成于一体，外形小巧，安装灵活，减少管道的更改和对管道产生可能的损坏。

本发明采用的技术方案如下：一种紧凑型电磁流量计，包括内衬有PEEK材料的测量内管，所述测量内管的两端密封连接有连接管，所述测量内管上从两端到中间依次为端部段、过渡段和小径段，所述小径段的内径小于端部段的内径；该过渡段为锥形，使得小径段与端部段平顺过渡；所述小径段的外径小于端部段的外径，在小径段的外壁处形成安装空间；在该安装空间内安装有至少两组用于产生磁场的线圈组件；所述小径段处安装有获取感应电动势的第一电极和第二电极，所述线圈组件、第一电极和第二电极均连接于测量组件，所述测量组件安装于测量内管的外壁上。

进一步地，还包括屏蔽筒，该屏蔽筒包围小径段，并且线圈组件位于屏蔽筒内侧，测量组件位于屏蔽筒外侧。

进一步地，所述线圈组件包括铁芯和缠绕在铁芯上的线圈，所述铁芯的两端具有约束板，所述小径段的外壁设置有安装槽，安装槽的几何尺寸与约束板的几何尺寸相匹配，所述铁芯安装于安装槽内。

进一步地，还包括压盖，所述压盖盖扣于屏蔽筒外侧并且与小径段的外壁连接，压盖通过屏蔽筒将铁芯压紧于安装槽内。

进一步地，所述测量组件包括间接或直接连接的通信板、电源板、CPU板和信号采集板，通信板、电源板、CPU板和信号采集板沿着测量内管周向布置；通信板、电源板、CPU板和信号采集板上均连接有接地弹片，所述接地弹片与连接管连接。

进一步地，所述过渡段包括安装在小径段出口处的出口过渡段，所述出口过渡段处设置有第三电极，所述第三电极与信号采集板电信号连接。

进一步地，所述第三电极上开设有沉头孔，所述沉头孔内设置有温度传感器，所述温度传感器与信号采集板连接。

进一步地，还包括外壳，所述外壳包围测量内管并且其两端分别与连接管连接，所述外壳的内壁与测量内管的外壁之间形成装配空间，所述测量组件、线圈组件均安装在装配空间内；所述外壳上设置有均与测量组件连接的显示板和电气接头。

一种紧凑型电磁流量计的安装方法，

A：对于具有水平位管道和低位管道，低位管道所在空间位置低于水平位管道的安装环境，紧凑型电磁流量计安装于低位管道上；

B：对于具有水平位管道和高位管道，高位管道所在空间位置高于水平位管道的安装环境，紧凑型电磁流量计安装于低位管道与高位管道的之间的过渡管道上；

C：对于具有泵的安装环境，紧凑型电磁流量计可以安装于泵的抽吸侧；

D：对于具有阀门的安装环境，紧凑型电磁流量计可以安装于阀门的上游侧。

一种紧凑型电磁流量计的测流量方法，应用所述的紧凑型电磁流量计，包括以下步骤：

S1：液体从连接管中经过端部段进入过渡段，通过过渡段的约束使得液体向轴线汇合完成整流，随后进入小径段；

S2：液体在小径段处切割线圈组件产生的磁感线，形成感应电动势，感应电动势被第一电极、第二电极获取，传输至测量组件，测量组件根据感应电动势测算出液体在小径段处的流速V1，根据小径段的内径D1与管道的内径D2之间的比例关系，反推液体在管道内的流速V2；

S3：在步骤S2中，液体在小径段处流速变大，液体切割磁感线的速度变快，产生的感应电动势变大，提高紧凑型电磁流量计的测量范围和适用环境。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明公开的测量内管内内衬有PEEK材料，能够适应负压状态，使得测量内管在负压状态下仍能正常工作；

2、本发明将测量内管、线圈组件和测量组件高度集成在一起，使得整个流量计的体积小，能够适应现场管道密集，安装空间受限的环境；

3、本发明中测量内管特殊的外形，使得提供安装线圈组件的空间，减少流量计的占用空间，并且能够减小线圈组件之间的距离，使得线圈组件之间在其他相同条件下能够产生更高的磁场强度和更均匀的磁场，提高测量流量的精度和数据准确性；

4、本发明中通过设置小径段，小径段与端部段之间存在的过渡段，该过渡段能够约束液体向轴线汇集，从而使得进入小径段的液体流动更加平稳，达到整流的效果，避免液体出现紊流影响流速的测量；设置小径段，在安装该流量计时无需考虑利用直管段来进行整流，使得安装的场合更自由化和提高适应性；

5、本发明通过设置小径段，液体进入小径段候流速会提高，从而切割磁感线的速度更快，产生的感应电动势更大，即能够产生更明显的电信号，从而使得该流量计适应流速慢，导电率低的液体介质。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明公开的流量计的三维外形示意图；

图2为本发明公开的流量计的正视外形示意图；

图3为图2中A-A方向上的剖视结构示意图；

图4为图3中B-B方向上的剖视结构示意图；

图5为图3中C-C方向上的剖视结构示意图；

图6为本发明公开的屏蔽筒的结构示意图；

图7为本发明公开的流量计对于A情况的安装示意图；

图8为本发明公开的流量计对于B情况的安装示意图；

图9为本发明公开的流量计对于C情况的安装示意图；

图10为本发明公开的流量计对于D情况的安装示意图；

图中标记：1-第一电极；2-第二电极；3-测量内管；31-端部段；32-过渡段；321-出口过渡段；33-小径段；4-铁芯；41-约束板；5-线圈；6-屏蔽筒；7-压盖；8-信号采集板；9-CPU板；10-显示板；11-电气接头；12-通信板；13-电源板；14-外壳；15-连接管；16-温度传感器；17-第三电极；18-接地弹片；19-阀门；20-水平位管道；21-低位管道；22-过渡管道；23-泵。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图1-图6所示，一种紧凑型电磁流量计，包括以下部件和结构。

测量内管3，测量内管3的内壁上内衬有PEEK材料，使得具有抵抗负压的能力，使得该流量计能够在负压状态下正常工作；PEEK材料一体成型于测量内管3内壁上完成内衬，一体成型的使得材料强度分布均匀，不会出现薄弱位置，提高负压状态下工作的稳定性能。

连接管15，用于与管道连接，装配在测量内管3的两端，与测量内管3的两端密封连接，实现测量内管3与管道连通；该密封连接可以在测量内管3的外壁上或者连接管15的内壁上设置有密封槽，密封槽内设置有密封圈，密封圈被挤压于测量内管3与连接管15之间，实现两者的密封连接；连接管15与管道连接的方式可以选择螺纹螺母锁紧、卡盘锁紧或法兰-螺栓锁紧的方式，这三种方式对于本领域技术人员来说较为常规，在此不做具体说明。

在本实施例中，测量内管3的两端为端部段31，端部段31用于与连接管15密封连接，测量内管3的中间位置为小径段33，小径段33处进行流速的测量，小径段33的内径小于端部段31的内径；小径段33与端部段31为过渡段32，过渡段32为锥形，使得小径段33与端部段31平顺过渡，引导液体平顺的从端部段31进入小径段33，在从小径段33流出进入端部段31；所述小径段33的外径小于端部段31的外径，在小径段33的外壁处形成安装空间，即整个测量内管3的截面相当于V型，安装空间为V型的内部空间。

安装空间为线圈组件提供安装位置，使得该流量计的能够高度集成，缩小流量计的占用体积。

至少两组线圈组件，安装在安装空间内，线圈组件通电后形成磁体，线圈组件之间具有磁感线，磁感线穿过小径段33，与小径段33的轴线存在夹角；液体具有导电能力，可看做导体，在小径段33内流通时会切割磁感线产生感应电动势，感应电动势的大小与导体切割磁感线的速度存在直接关系，即液体的流速与感应电势的小大之间存在函数关系，可通过测定感应电动势获取液体的流速。

第一电极1和第二电极2，安装在小径段33位置处，与小径段33内部接触，用于获取小径段33处产生的感应电动势。

需要说明的是，在本实施例中线圈组件可以为两组，镜像布置于小径段33的周向；第一电极1与第二电极2的连线、两组线圈组件安装位置的连线和小径段33的轴线两两相互垂直，避免存在分量，影响测量精度。

测量组件，安装于测量内管3的外壁上，与第一电极1、第二电极2和线圈组件均通过电或信号连接，其具有线圈组件提供产生磁场的能量、接收并处理第一电极1、第二电极2共同获取的感应电动势。

在本实施例中，测量内管3的具体设置，至少存在以下几个效果。

1、能够提供安装线圈组件的空间，相对于直管来说，流量计的体积更小，占用空间更小。

2、能够减小线圈组件之间的距离，使得线圈组件之间在其他相同条件下能够产生更高的磁场强度和更均匀的磁场，提高测量流量的精度和数据准确性。

3、小径段33和过渡段32的存在，过渡段32能够约束液体向轴线汇集，从而使得进入小径段33的液体流动更加平稳，达到整流的效果，避免液体出现紊流影响流速的测量；设置小径段33，在安装该流量计时无需考虑利用直管段来进行整流，使得安装的场合更自由化和提高适应性。

4、液体进入小径段33候流速会提高，从而切割磁感线的速度更快，产生的感应电动势更大，即能够产生更明显的电信号，从而使得该流量计适应流速慢，导电率低的液体介质。

需要说明的是，第一电极1与小径段33的连接位置、第二电极2与小径段33的连接位置处设置有安装通孔，第一电极1或第二电极2安装在安装通孔内，可以通过螺栓把合进行锁紧，并且还具有密封圈，密封圈被压紧在第一电极1与小径段33、第二电极2与小径段33之间，达到密封的作用。

实施例2

如图1-图6所示，在实施例1的基础上，进一步地提出可实施的具体实施方式。

一种可选的具体实施方式，可以设置有屏蔽筒6，屏蔽筒6包围小径段33，避免小径段33处产生的感应电动势受到干扰其他位置产生的电势干扰，如来自测量组件的电势或雷雨天气空气中导流的电势，提高测量精度；线圈组件位于屏蔽筒6内侧，测量组件位于屏蔽筒6外侧，屏蔽筒6将线圈组件和测量组件分隔开，能够屏蔽磁场，从而测量组件中具有电流的部件受到安培力，避免测量组件中元件的安装位置长时间发生改变，保证测量组件正常工作；也能避免测量组件可能产生的电场影响磁场，保证测量精度。

在本实施方式中，屏蔽筒6可以采用硅钢材料制成。

关于“线圈组件”的结构，可行的具体实施方式如下。

线圈组件包括铁芯4和缠绕在铁芯4上的线圈5，铁芯4的两端具有约束板41，用于约束线圈5，避免线圈5从铁芯4的两端散开；小径段33的外壁上设置有安装槽，安装槽的几何尺寸与约束板41的几何尺寸相匹配，所述铁芯4安装于安装槽内，保证铁芯4与线圈5的安装位置稳定，避免使用过程中安装位置改变影响流量计对流速的测量。

需要说明的是，可以在约束板41上设置一块用于连接线圈5导线的过渡板，过渡板与测量组件通过导线连接，避免线圈5导线分布杂乱，并且进一步地保证线圈5缠绕的稳定性。

一种可行的具体实施方式，还包括压盖7，压盖7的截面形状类似于U型，其盖扣于屏蔽筒6的外侧并且与小径段33的外壁通过螺钉锁紧，从而使得压盖7对屏蔽筒6施加压力，屏蔽筒6将压力传递给铁芯4的约束板41上，将铁芯4压紧鱼小径段33上的安装槽内，达到提高铁芯4安装位置稳定性的目的。

需要说明的是，为了使得屏蔽筒6具有最好的屏蔽效果，需要屏蔽筒6完全封闭，通常是采用一整块材料经过弯曲，接头对接并固定使得屏蔽筒6完全封闭；又由于两组线圈组件位置分布的关系，加上屏蔽筒6材质本身具有强度，所以，上述屏蔽筒6的结构对于本实施方式不合适，具体的是其不能传递来自压盖7的压力；为了解决该问题，可以将屏蔽筒6的接头进行错位并延伸一部分，使得一个接头部分在屏蔽筒6内，另一个接头在屏蔽筒6外，并且具有重叠面积，该方式也能实现屏蔽筒6的完全封闭，并且两个结构并没有相互固定，从而使得屏蔽筒6具有传递压紧力的作用。

实施例3

如图1-图5所示，在实施例1-2中的任意一种实施方式的基础上，进一步的提出可行的具体实施方式。

一种可行的具体实施方式，关于测量组件，其至少包括间接或直接相互连接通信板12、电源板13、CPU板9和信号采集板8。

通信板12，用于将获取的数据传输给用户端，并且获取用户端的指令，将相关指令传递给CPU板9进行处理；通信板12上连接有电气接头11，至少可通过模拟信号输出、RS485(MODBUS)通讯接线输出这两种方式进行数据传输。

电源板13，将输入电源转换成其它电气元件和线圈组件所需的电压。

CPU板9，接受并处理信号采集板8获取的数据，并且也能处理来自用户端的相关指令，控制所有电气元件、线圈组件的运行与否；可采用ARM Cortex-M4 32位处理器，其具有运算速度快，精度高，低频矩形波励磁，且励磁频率可编程设置，提高了流量测量的稳定性，功耗低等特点。

CPU板9上可以连接显示板10，将获取的数据显示在显示板10上。

信号采集板8，连接于第一电极1和第二电极2，接受第一电极1和第二电极2获取的感应电动势；信号采集板8可以24位ADC数据采集系统，与第一电极1、第二电极2之间存在放大电路。

通信板12、电源板13、CPU板9和信号采集板8上均设置有接地弹片18，接地弹片18与连接管15连接，通过连接管15连接的管道实现接地，对保护和抗干扰能力。

一种可行的具体实施方式，还设置有第三电极17；根据液体在测量内管3内流动的方向，将位于下游的过渡段32称作为出口过渡段321，第三电极17设置在出口过渡段321位置，用于辅助检测空管。

需要说明的是，第一电极1和第二电极2也能检测空管，即第一电极1与第二电极2检测不能获取感应电动势时为空管，增加一个第三电极17来进行空管检测，可提高空管的检测准确度和兼容低电导率介质；将第三电极17安装在出口过渡段321位置处，其考虑是流量计在现场使用时会出现垂直安装，对于液从下往上流的情况，第三电极17的安装位置能够确保流量计内是否有水，保证空管判断准确。

在本实施方式中，第三电极17测量检测空管的方式为，为第三电极17提供电流，若为空管，空气具有更大的电阻，电流无法经过管内空气将电流传递至管道上，管道上无电流，管道通过接地弹片18与测量组件连接，即器件不能获取电流回路，即能够判断出该状态为空管状态；相反，若管道内为非空管，电流可以通过液体传递至管道，管道上的电流经过接地弹片18能够回去电流，则说明管道内的状态为非空管。

在本实施方式中，第三电极17不仅仅作为空管检测的电极，也能作为接地电极，提高抗干扰能力。

一种可行的具体实施方式，还包括温度传感器16，用于获取管道内液体的温度。

在本实施方式中，第三电极17还可以作为温度传感器16的保护壳，具体的，第三电极17上开设有沉头孔，温度传感器16装配于沉头孔内，温度传感器16与信号采集板8连接。

需要说明的是，第三电极17与测量内管3的连接可以通过螺栓把合进行锁紧，并且还具有密封圈，密封圈被压紧在第三电极17与测量内管3之间，达到密封的作用。

实施例4

如图1-图5所示，在实施例1-3中任意一种实施方式的基础上，进一步的提出可行的实施方式。

还包括外壳14，外壳14由不锈钢材质制成，外壳14包围测量内管3并且其两端分别与连接管15连接，所述外壳14的内壁与测量内管3的外壁之间形成装配空间，所述测量组件、线圈组件均安装在装配空间内；外壳14起保护作用；显示板10和电气接头11可以设置在外壳14上。

实施例5

实施例1-4中任意一种实施方式公开的紧凑型电磁流量计在进行测流量时，为了管道内液体避免夹附气体所引起的测量误差，提出一种紧凑型电磁流量计的安装方法，分为一下A、B、C、D四种情况，如图7-图10所示。

A：如图7所示，对于液体从水平位管道20流向低位管道21，低位管道21所在空间位置低于水平位管道20的安装环境，紧凑型电磁流量计安装于低位管道21上；

对于A情况，水平位管道20和低位管道21内均存在水时，气泡会存在水平位管道20内，低位管道21会完全被液体填充，从而气泡不会进入紧凑型电磁流量计，保证紧凑型电磁流量计测量精度。

B：如图8所示，对于液体水平位管道20流向高位管道，高位管道所在空间位置高于水平位管道20的安装环境，紧凑型电磁流量计安装于低位管道21与高位管道的之间的过渡管道22上；

对于B情况，由于液体需要流向高位管道，其液体在过渡管道22中受到推挤作用，从而过渡管道22会被完全填充，气泡不会进入紧凑型电磁流量计，保证紧凑型电磁流量计测量精度。

C：如图9所示，对于具有泵23的安装环境，紧凑型电磁流量计可以安装于泵23的抽吸侧；

对于C情况，泵23的抽吸侧相对于泵23的出口，液体流动更加平稳，没有紊流现象，保证紧凑型电磁流量计测量精度。

D：如图10所示，对于具有阀门19的安装环境，紧凑型电磁流量计可以安装于阀门19的上游侧。

对于D情况，阀门19的上游相对于阀门19的下游，液体流动更加平稳，没有紊流现象，保证紧凑型电磁流量计测量精度。

实施例6

如图1-图10所示，一种紧凑型电磁流量计的测流量方法，应用实施例1-4中任意一项实施方式所述的紧凑型电磁流量计，包括以下步骤：

S1：液体从连接管15中经过端部段31进入过渡段32，通过过渡段32的约束使得液体向轴线汇合完成整流，随后进入小径段33；

S2：液体在小径段33处切割线圈组件产生的磁感线，形成感应电动势，感应电动势被第一电极1、第二电极2获取，传输至测量组件，测量组件根据感应电动势测算出液体在小径段33处的流速V1，根据小径段33的内径D1与管道的内径D2之间的比例关系，反推液体在管道内的流速V2；

流速与流通面积的乘积，也能获得体积流量。

S3：在步骤S2中，对于低流速或/和低导电率的液体流量测量，液体在小径段33处流速变大，液体切割磁感线的速度变快，产生的感应电动势变大，第一电极1、第二电极2能够获取更大的感应电动势，提高紧凑型电磁流量计的测量范围和适用环境。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。