一种具有矩形截面结构的电容式电磁流量传感器 【技术领域】
本发明涉及一种电磁流量计，特别是涉及一种电磁流量计传感器。
背景技术
电磁流量传感器是将物理量“流量”变换为另一个物理量“电动势”的装置，即使导电流动液体产生感应电动势信号的装置。基本要素由测量管、磁场产生部件和拾取信号的一对或多对电极组成。
目前，电磁流量计的传感器普遍采用圆管结构，例如中国公开专利电磁流量计CN1108385、电磁流量计CN1131273、电磁流量计和流量的电磁测量方法CN1097868等。电磁流量传感器安装在管路中，导电液体流过电磁流量传感器。电磁流量转换器向励磁线圈提供励磁电流，在电磁流量传感器中产生磁场，运动流体切割磁力线测量电极将产生感生电动势。对于上述结构，任意一点流体微元流经测量管内某一点时，产生的感应电动势不仅与该点的流速及该点的磁场成正比，而且与该点的权重函数成正比。对于长筒型磁场均匀的电磁流量传感器，当流速为轴对称分布时，因权重函数所起的作用正好等效为1，测量管截面产生的感应电动势与流速平均值严格线性相关。当流速为非轴对称分布时，由于权重函数所起的作用不能等效于1，导致测量误差。
为了降低圆管中流速分布的不利影响，亦可施加权重磁场。圆形管道电磁流量传感器磁场按B＝B0/Wy规律分布(其中B0为电极所处截面中心处的磁感应强度，Wy为权重函数)，即权重函数Wy值大的地方，设计的磁感应强度B弱一些，权重函数Wy值小的地方，设计的磁感应强度B强一些，使得磁感应强度与权重函数Wy在任一点的乘积为一常数，进而，在这样的分布规律磁场的圆管道中，点电极间的感应电动势与断面流速的平均值成正比，而与断面内的流速分布无关。也就是说，采用符合权重磁场分布规律的电磁流量传感器，在流体速度改变时，感应电动势只与流速平均值成正比，而与速度的分布无关。但在实际设计中，按权重函数分布的磁场并不存在，虽然可以设计出磁场逼近理想的权重磁场，但是仍然存在一定的误差。
蔡武昌等编写的《电磁流量计》(中国石化出版社2004年3月第1版)一书中介绍了一种矩形截面的测量管。矩形截面的测量管的上下两边衬有电绝缘衬里，左右两边的内壁装有金属板制成的电极。测量管内感应电动势的电力线都平行于两电极中心连线。此种结构下，各点的权重函数Wy是一个常数。这样，对于均匀磁场满足磁感应强度与权重函数在任一点的乘积为一常数，进而，矩形管道板式电极间的感应电动势，与断面的流速平均值成正比，而与断面内的速度分布无关。但是该结构中，由于电极位于测量管的内壁并与所测流体直接接触，电极容易受到液体的腐蚀、污染，甚至还可能引起泄漏以及产生浆状流动噪声等问题。
由以上分析可知，在均匀磁场的激励下，圆管结构的电磁流量计在测量非对称流速会引进测量误差；权重磁场可以减小圆管结构的电磁流量计对流型的依赖，然而，理想的权重磁场不存在，圆管结构在权重磁场激励下仍存在误差；在均匀磁场的激励下，板状金属电极位于测量管的内壁直接与所测液体相接触的矩形测量管结构不依赖于流速分布，但是，电极容易受到污染和腐蚀等。
【发明内容】
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明专利所要解决的问题是提供一种在均匀磁场条件下，能够做到测量输出不受流速分布影响并且避免了电极的腐蚀、污染、泄漏以及浆状流体噪声的影响等问题。
本发明提供的一种具有矩形截面结构的电容式电磁流量传感器采用以下技术方案：
该具有矩形截面结构的电容式电磁流量传感器，包括测量管、电极、屏蔽电极及励磁线圈，其特征在于：所述测量管1为矩形截面结构；所述电极由左电极2A和右电极2B组成，左电极2A和右电极2B对称附着在测量管1的左右外侧；所述屏蔽电极由左屏蔽电极3A和右屏蔽电极3B组成，左屏蔽电极3A位于左电极2A外侧，右屏蔽电极3B位于右电极2B外侧；所述励磁线圈由上励磁线圈4A和下励磁线圈4B组成
其中，所述测量管1为矩形截面结构，其制作材料采用绝缘材料，被测流体在测量管中流过。
其中，所述电极为矩形金属薄片，由左电极2A和右电极2B组成，左电极2A和右电极2B对称附着在测量管1地左右外侧，不与被测流体直接接触，电极高度与矩形测量管的内壁高度h相等，电极的上下端面分别与测量管内壁的上下端面等高。
其中，所述屏蔽电极由左屏蔽电极3A和右屏蔽电极3B组成，左屏蔽电极3A位于左电极2A外侧，右屏蔽电极3B位于右电极2B外侧，且屏蔽电极将电极包围在其内部，实现对电极的屏蔽，屏蔽电极中心有一小孔用来引出电极上的连接导线。
其中，所述励磁线圈由上励磁线圈4A和下励磁线圈4B组成，分别位于测量管的上下两侧，并通过串联的方式连接在一起，在励磁电路5提供的励磁电流下，产生同频工作的均匀磁场，其磁场方向与两电极中心的连线垂直正交。
【附图说明】
图1是本发明专利采用的电磁流量传感器结构及其与转换器接线示意图；
图2是本发明专利的电极及屏蔽电极设置示意图。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明专利实施例作进一步详细描述。
如图1是电磁流量传感器结构及其与转换器接线示意图，测量管1采用矩形截面结构，其制作材料采用绝缘材料，被测流体在测量管中流过；励磁线圈由上励磁线圈4A和下励磁线圈4B组成，分别位于测量管的上下两侧，并通过串联的方式连接在一起，在励磁电路5提供的励磁电流下，产生同频工作的均匀磁场，其磁场方向与两电极中心的连线垂直正交；电极为矩形金属薄片，由左电极2A和右电极2B组成，左电极2A和右电极2B对称附着在测量管1的左右外侧，不与被测流体直接接触，电极高度与矩形测量管的内壁高度h相等，电极的上下端面分别与测量管内壁的上下端面等高；屏蔽电极由左屏蔽电极3A和右屏蔽电极3B组成，左屏蔽电极3A位于左电极2A外侧，右屏蔽电极3B位于右电极2B外侧，左屏蔽电极3A和左电极2A分别通过由屏蔽层7A和导线6A组成的屏蔽线与前置放大器8A的输入端和输出端相连，右屏蔽电极3B和右电极2B分别通过由屏蔽层7B和导线6B组成的屏蔽线与前置放大器8B的输入端和输出端相连，前置放大器8A、8B均采用电压跟随器形式，从而形成等电势屏蔽，防止信号线分布电容对信号电压的衰减；前置放大器8A、8B输出的信号经差分放大器9后，送入信号处理模块10，经过相应处理计算得到管内流体的平均流速。
如图2是电极及屏蔽电极设置示意图。电极2B位于测量管1的外侧，屏蔽电极3B将电极2B包围在其内部，对电极进行完全屏蔽，屏蔽电极3B中心有一小孔用来引出电极上的连线导线。
测量管1为矩形截面结构，在均匀磁场的作用下，流体在测量管中流动，产生的感应电动势电力线都平行于电极中心连线。上述的电磁流量传感器结构下，各点的权重函数Wy是一个常数，从而保证感应电动势与断面的流速积分值成正比，而与断面的速度分布无关。
左电极2A和右电极2B均位于测量管的外侧，不与所测液体接触，从而避免了电极的腐蚀、污染、泄漏以及浆状流体噪声的问题。
以上对本发明及其实施方式的描述，并不局限于此，附图中所示仅是本发明的实施方式之一。在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造地设计出与该技术方案类似的结构或实施例，均属本发明保护范围。