專利名稱：基于光電耦合的雙激勵電磁流量計的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于光電耦合的雙激勵電磁流量計。具體涉及一種采用由光電轉
換器產生附加激勵電勢的雙激勵電磁流量計。電磁流量計的基本原理是，在電磁流量傳感
器傳感器中有管道直徑為D使被測流體F通過，在電磁流量傳感器中的激勵磁場B下流體 F以流速V通過直徑為D的管道使測量電極上得到感應電勢EO = K0XDXBXV，K0為電磁 流量傳感器的系數，電磁流量計是通過測量感應電勢E0而得出流體F以流速V值。隨著電 磁流量計的廣泛應用，除了對流體流速的測量，也需要對測量電極的污染、測量管道空管狀 態以及流體阻抗等參數的進行監測。雙激勵電磁流量計就是通過在傳統電磁流量計測量電 極回路中附加激勵電勢的方式檢測在測量電極兩端的流體阻抗值。并通過這個流體阻抗值 來實現對測量電極污染、測量管道空管狀態等參數的監測。
背景技術：
已有的為實施測量電極污染和測量管道空管狀態的電磁流量計，有專利 CN1409093A、專利CN100344940C和CN100491928C等在傳統電磁流量計上通過附加激勵方 式來實現。現已形成一種除磁場激勵外再附加新激勵來測量流體阻抗的雙激勵電磁流量 計。 一般附加新激勵有兩種方式一是如專利CN1409093A和CN100491928C將新激勵并聯 在測量電極上，這樣在原理上存在，任何電路并聯在高內阻的測量電極上都會使磁場激勵 下的感應電勢信號受到損失的問題；二是將新激勵串接在電磁流量傳感器兩測量電極端與 測量放大器兩輸入端的連接回路中，如專利CN100344940C，這樣在原理上已不會使磁場激 勵下的感應電勢信號受到損失，但這樣需要用與測量電極回路電氣隔離方法來實現附加新 激勵的產生和控制問題。如雙激勵電磁流量計專利CN100344940C中采用了變壓器耦合方 式來產生和控制附加的新激勵。但由于相對復雜的電氣隔離與新激勵產生電路較容易在高 阻抗測量電極回路中引入附加的干擾。這樣就難以保持雙激勵電磁流量計的流量測量特性 及其附加功能的高性能。
發明內容
本發明的目的在于提供一種既能保持在磁場激勵下的高性能流量測量特性，又能 在附加電勢激勵下對電極兩端間流體阻抗進行監測，實現具有對測量電極污染、測量管空 管和流體阻抗變化等監測功能的基于光電耦合的雙激勵電磁流量計。
為了達到上述目的，本發明的構思是 本發明提供了一種由光照使光電轉換器產生激勵電勢的雙激勵電磁流量計。并 且光電轉換器產生的激勵電勢是串接在電磁流量傳感器兩測量電極端與測量放大器兩輸 入端的連接回路中，使所施加的激勵電勢既便于操作控制又不會降低測量放大器的輸入阻 抗，使磁場激勵下的感應電勢信號受到損失。 在電磁流量傳感器兩測量電極端與測量放大器兩輸入端的連接回路中串接一個 由光電轉換器產生的激勵電勢，保證了在磁場激勵下的感應電勢信號不會受到損失。同時，用光照隔離的方式可以簡單可靠的操作控制光電轉換器產生的激勵電勢，簡化了新激勵電 勢的電路和避免了附加干擾的產生。再采用激勵磁場和激勵電勢的交替作用的方式，這樣 就能提供一種既能保持在磁場激勵下的高性能流量測量特性，又能在附加電勢激勵下對電 極兩端間流體阻抗進行監測的雙激勵電磁流量計。使電磁流量計具有了可對測量電極污 染、測量管空管和流體阻抗變化等進行監測的新的重要功能。
根據上述發明構思，本發明采用以下技術方案 —種基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，包括一個有管道直徑D使被測流體F通 過的電磁流量傳感器，電磁流量傳感器中的激勵磁場B施加于被測流體F，對應電磁流量傳 感器的兩測量電極間產生正比于流體F的流速V的感應電勢E0 ;—個放大系數為K2和兩個 輸入端阻抗為Z2以及輸出為U2的測量放大器；其特征在于有一個光電轉換器由一個甲光 電轉換器和一個乙光電轉換器構成，所述光電轉換器所產生的激勵電勢E串接在電磁流量 傳感器兩測量電極端與測量放大器兩輸入端的連接回路中，所述的激勵電勢E是由兩個串 接在電磁流量傳感器兩測量電極端與測量放大器兩輸入端的連接回路中的激勵電勢Ea與 激勵電勢Eb所組成，有E = Ea+Eb，對應的激勵電勢Ea和激勵電勢Eb分別是由所述甲光電 轉換器和乙光電轉換器所產生，所述的甲光電轉換器和乙光電轉換器分別在光照La和光 照Lb作用下產生對應的激勵電勢Ea與激勵電勢Eb。 上述的基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，其特征在于通過施加所述的激勵電勢
E，由測量放大器的輸出U2推算所述的電磁流量傳感器兩測量電極間的阻抗值。 上述的基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，其特征在于由激勵電勢Ea與激勵電
勢Eb組成的所述的激勵電勢E，采用以下形式之一的方式串接在電磁流量傳感器兩測量電
極端與測量放大器兩輸入端的連接回路中 (a).所述的激勵電勢Ea和激勵電勢Eb都串接在電磁流量傳感器兩測量電極端與 測量放大器兩輸入端的兩條連接通路中的一條之中； (b).激勵電勢Ea和激勵電勢Eb分別串接在電磁流量傳感器(1)兩測量電極端與 測量放大器兩輸入端的兩條連接通路之中； (c).僅用激勵電勢Ea和激勵電勢Eb中的一個作為激勵電勢E，串接在電磁流量
傳感器兩測量電極端與測量放大器兩輸入端的兩條連接通路中的一條之中。 上述的基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，其特征在于所述的激勵電勢Ea和激
勵電勢Eb以極性順序相反的方式串接在電磁流量傳感器兩測量電極端與測量放大器兩輸
入端的連接回路中，使當控制光照La和Lb時由激勵電勢Ea和激勵電勢Eb組成的激勵電
勢E能形成正負交變的電勢。 上述的基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，其特征在于光照La和光照Lb可分別 由兩個發光二極管Da和Db產生，發光二極管Da和Db分別由控制信號Sa和Sb控制對應 的光照La和Lb。 上述的基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，其特征在于所述的激勵電勢E的值通 過一個差分放大器的輸出來測量，所述差分放大器由一個甲差分放大器和一個乙差分放大 器構成，激勵電勢Ea兩端和激勵電勢Eb兩端分別連接甲差分放大器的兩個輸入端和乙差 分放大器的兩個輸入端，在對應的甲差分放大器與乙差分放大器的輸出上可以分別測量到 激勵電勢E或激勵電勢Ea與激勵電勢Eb的值；有一個激勵電勢控制器輸入差分放大器的輸出U4或甲差分放大器與乙差分放大器的輸出Ua與Ub，激勵電勢控制器根據輸入的U4值 或輸入的Ua與Ub值，分別輸出控制信號Sa與Sb，使激勵電勢Ea與激勵電勢Eb分別被控 制在所需的值。 本發明與現有技術相比，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點采用 了基于光耦合形式的光電轉換器來產生激勵電勢，并且激勵電勢是串接在電磁流量傳感器 兩測量電極端與測量放大器兩輸入端的連接回路中，使所施加的激勵電勢既便于操作控制 又不會使磁場激勵下的感應電勢信號受到損失。這樣就能提供一種既能保持在磁場激勵下 的高性能流量測量特性，又能在附加電勢激勵下對電極兩端間流體阻抗進行監測的雙激勵 電磁流量計。使傳統的電磁流量計具有了對測量電極污染、測量管空管和流體阻抗變化等 進行監測的新功能。
圖1是本發明在一條連接通路中的一個實施例結構原理框圖。 圖2是本發明在兩條連接通路中的一個實施例結構原理框圖。 圖3是本發明的一個只用一個激勵電勢的實施例結構原理框圖。 圖4是在一條連接通路中產生激勵電勢E的實施例原理框圖。 圖5是在兩條連接通路中產生激勵電勢E的實施例原理框圖。 圖6是只用一個光電轉換器產生激勵電勢E的實施例原理框圖。 圖7是用差分放大器對激勵電勢E進行測量的實施例原理框圖。 圖8是用差分放大器對激勵電勢Ea和Eb進行測量的實施例原理框圖。
具體實施例方式
本發明的優選實施結合附圖詳述如下參見圖l，本基于光電耦合的雙激勵電磁 流量計，包括一個有管道直徑D使被測流體F通過的電磁流量傳感器1，電磁流量傳感器 (1)中的激勵磁場B施加于被測流體F，對應電磁流量傳感器1的兩測量電極間產生正比于 流體F的流速V的感應電勢E0，E0 二K0XDXBXV，K0為電磁流量傳感器1的系數；一個放 大系數為K2和兩個輸入端阻抗為Z2以及輸出為U2的測量放大器2，通常可以采用如AD620 等儀表放大器；其特征在于有光電轉換3所產生的激勵電勢E串接在電磁流量傳感器1兩 測量電極端與測量放大器2兩輸入端的連接回路中，所述的激勵電勢E是由兩個串接在電 磁流量傳感器1兩測量電極端與測量放大器2兩輸入端的連接回路中的激勵電勢Ea與激 勵電勢Eb所組成，有E = Ea+Eb，對應的激勵電勢Ea和激勵電勢Eb分別是由甲光電轉換 器3. 1和乙光電轉換器3. 2所產生，所述的甲光電轉換器3. 1和乙光電轉換器3. 2分別是 在光照La和光照Lb作用下產生對應的激勵電勢Ea與激勵電勢Eb。 本基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，通過施加所述的激勵電勢E，由測量放大器 2的輸出U2推算所述的電磁流量傳感器1兩測量電極間的阻抗值。假設電磁流量傳感器1 兩測量電極間的阻抗為Z0，若激勵電勢E的內阻是Z，則測量放大器2輸出值U2有<formula>formula see original document page 5</formula>，可推算出
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"
同樣，可以使激勵磁場B和電勢激勵E交替作用，即在激勵磁場B單獨作用時從測
:值，在電勢磁場E單獨作用時從測量放 先考慮激勵磁場B單獨作用，即激勵電
量放大器2的輸出U2中檢測到感應電勢E0的測邐 大器2的輸出U2推算出兩測量電極間的阻抗值Z(h 勢E = 0時，設激勵電勢E的內阻是Z，并且設尸=^|^，測量放大器2的輸出U2有 f/2二夂2x^^^，由E0 = KOXDXBXV，對應的流體F的流速值V有 尸+ 1
「 ， T,f/2x(尸+ l)
F =-^-^ ; 同樣，考慮電勢磁場E單獨作用，即磁場激勵B = 0也即E0 = 0時，測量放大器2 的輸出U2有
n ，"， 《2x五xZ2 f/2 =-，
Z0 + Z2 + Z 可推算出電磁流量傳感器1兩測量電極間的阻抗值Z0 :Z0=K2x￡xZ2—Z2 — z。 通常根據阻抗值ZO，可以診斷電磁流量傳感器是否存在空管，或電磁流量傳感器 1的測量電極是否被污染等狀況。 實施例二 參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7和圖8，本實施例與實施例一 相同，特別之處是本基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，其特征在于由激勵電勢Ea與激 勵電勢Eb組成的所述的激勵電勢E，采用圖1、圖2或圖3中之一的方式串接在電磁流量傳 感器1兩測量電極端與測量放大器2兩輸入端的連接回路中 (a).圖1中所述的激勵電勢Ea和激勵電勢Eb都串接在電磁流量傳感器l兩測量 電極端與測量放大器2兩輸入端的兩條連接通路中的一條之中； (b).圖2中激勵電勢Ea和激勵電勢Eb分別串接在電磁流量傳感器l兩測量電極 端與測量放大器2兩輸入端的兩條連接通路之中； (c).圖3是僅用激勵電勢Ea作為激勵電勢E，串接在電磁流量傳感器1兩測量電 極端與測量放大器2兩輸入端的兩條連接通路中的一條之中。 上述的激勵電勢Ea和激勵電勢Eb以極性順序相反的方式串接在電磁流量傳感器 l兩測量電極端與測量放大器2兩輸入端的連接回路中，使當控制光照La和Lb時由激勵電 勢Ea和激勵電勢Eb組成的激勵電勢E可形成正負交變的電勢。 上述的甲光電轉換器3. 1和乙光電轉換器3. 2分別是在光照La和光照Lb作用下 產生對應的激勵電勢Ea與激勵電勢Eb。那么實施的甲光電轉換器3. l和乙光電轉換器3. 2 可以這樣組成由光電池在光照下產生光電流，再由光電流流經電阻來產生對應激勵電勢。 本發明的圖4、圖5和圖6實施例中，甲光電轉換器3. 1和乙光電轉換器3. 2就是一種通過 光電池的光電流流經電阻來產生對應激勵電勢Ea和激勵電勢Eb的實施例。
圖4 圖6中，激勵電勢Ea和激勵電勢Eb都分別是光電池Ga的光電流Ia和光電 池Gb的光電流Ib在對應電阻Za和Zb上形成的，即激勵電勢Ea = laX Za和Eb = laX Zb， 對應的激勵電勢Ea和激勵電勢Eb的內阻分別是Za和Zb，而光電流Ia和電流Ib是分別是
6受光照La和光照Lb控制的。同時，對應的光電流la和光電流lb的流向分別形成了激勵 電勢Ea和激勵電勢Eb的極性。只要使激勵電勢Ea和激勵電勢Eb以極性順序相反的方式 串接，通過控制光照La和Lb，由激勵電勢Ea和激勵電勢Eb組成的激勵電勢E就可形成正 負交變的電勢。這樣，采用正負交變的激勵電勢E有利于削弱測量電極的極化并達到優化 信號放大與處理的效果。 在圖4 圖6中，光照La和光照Lb是由兩個發光二極管Da和Db產生的。發光 二極管Da和Db又分別由控制信號Sa和Sb控制對應的光照La和Lb。這樣，只要通過信號 Sa和Sb就可以控制激勵電勢Ea和激勵電勢Eb的大小。 為了能產生所需的激勵電勢E，采用由差分放大器4測量激勵電勢E的值。同樣， 激勵電勢Ea兩端和激勵電勢Eb兩端分別連接甲差分放大器4. 1的兩個輸入端和乙差分放 大器4. 2的兩個輸入端，這樣在對應的甲差分放大器4. 1與乙電勢放大器4. 2的輸出上可 以分別測量到激勵電勢Ea與激勵電勢Eb的值。有一個激勵電勢控制器5輸入差分放大器 4的輸出U4或甲差分放大器4. 1與乙差分放大器4. 2的輸出Ua與Ub，激勵電勢控制器5 根據輸入的U4值或根據輸入的Ua與Ub值，分別輸出控制信號Sa與Sb，使激勵電勢E或激 勵電勢Ea與激勵電勢Eb分別被控制在所需的值。圖7和圖8就是對應的兩個實施例結構 原理圖。
權利要求
一種基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，包括一個有管道直徑D使被測流體F通過的電磁流量傳感器(1)，電磁流量傳感器(1)中的激勵磁場B施加于被測流體F，對應電磁流量傳感器(1)的兩測量電極間產生正比于流體F的流速V的感應電勢E0；一個放大系數為K2和兩個輸入端阻抗為Z2以及輸出為U2的測量放大器(2)；其特征在于有一個光電轉換器(3)由一個甲光電轉換器(3.1)和一個乙光電轉換器(3.2)構成，所述光電轉換器(3)所產生的激勵電勢E串接在電磁流量傳感器(1)兩測量電極端與測量放大器(2)兩輸入端的連接回路中；所述的激勵電勢E是由兩個串接在電磁流量傳感器(1)兩測量電極端與測量放大器(2)兩輸入端的連接回路中的激勵電勢Ea與激勵電勢Eb所組成，有E＝Ea+Eb，對應的激勵電勢Ea和激勵電勢Eb分別是由所述甲光電轉換器(3.1)和乙光電轉換器(3.2)所產生，所述的甲光電轉換器(3.1)和乙光電轉換器(3.2)分別在光照La和光照Lb作用下產生對應的激勵電勢Ea與激勵電勢Eb。
2. 根據權利要求1所述的基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，其特征在于由激勵電勢 Ea與激勵電勢Eb組成的所述的激勵電勢E，采用以下形式之一的方式串接在電磁流量傳感 器(1)兩測量電極端與測量放大器(2)兩輸入端的連接回路中(a) .所述的激勵電勢Ea和激勵電勢Eb都串接在電磁流量傳感器(1)兩測量電極端與 測量放大器(2)兩輸入端的兩條連接通路中的一條之中；(b) .激勵電勢Ea和激勵電勢Eb分別串接在電磁流量傳感器(1)兩測量電極端與測量 放大器(2)兩輸入端的兩條連接通路之中；(c) .僅用激勵電勢Ea和激勵電勢Eb中的一個作為激勵電勢E，串接在電磁流量傳感 器(1)兩測量電極端與測量放大器(2)兩輸入端的兩條連接通路中的一條之中。
3. 根據權利要求1所述的基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，其特征在于所述的激勵 電勢Ea和激勵電勢Eb以極性順序相反的方式串接在電磁流量傳感器(1)兩測量電極端與 測量放大器(2)兩輸入端的連接回路中，使當控制光照La和Lb時由激勵電勢Ea和激勵電 勢Eb組成的激勵電勢E能形成正負交變的電勢。
4. 根據權利要求l所述的基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，其特征在于光照La和光 照Lb可分別由兩個發光二極管Da和Db產生，發光二極管Da和Db分別由控制信號Sa和 Sb控制對應的光照La和Lb。
5. 根據權利要求1所述的基于光電耦合的雙激勵電磁流量計，其特征在于所述的激勵 電勢E的值通過一個差分放大器(4)的輸出來測量，所述差分放大器(4)由一個甲差分放 大器(4. 1)和一個乙差分放大器(4. 2)構成，激勵電勢Ea兩端和激勵電勢Eb兩端分別連 接甲差分放大器(4. 1)的兩個輸入端和乙差分放大器(4.2)的兩個輸入端，在對應的甲差 分放大器(4. 1)與乙差分放大器(4. 2)的輸出上可以分別測量到激勵電勢E或激勵電勢Ea 與激勵電勢Eb的值；有一個激勵電勢控制器(5)輸入差分放大器(4)的輸出U4或甲差分 放大器(4. 1)與乙差分放大器(4. 2)的輸出Ua與Ub，激勵電勢控制器(5)根據輸入的U4 值或輸入的Ua與Ub值，分別輸出控制信號Sa與Sb，使激勵電勢Ea與激勵電勢Eb分別被 控制在所需的值。
全文摘要
本發明提供了一種基于光電耦合的雙激勵電磁流量計。它包括一個電磁流量傳感器和一個測量放大器，有一個光電轉換器由一個甲光電轉換器和一個乙光電轉換器構成，光電轉換器產生的激勵電勢串接在電磁流量傳感器兩測量電極端與測量放大器兩輸入端的連接回路中，使所施加的激勵電勢既便于操作控制又不降低測量放大器的輸入阻抗。保證了既能在磁場激勵下保持高性能的流量測量，又能在附加電勢激勵下對電極兩端間流體阻抗進行監測。實現具有對測量電極污染、測量管空管和流體阻抗變化等檢測功能的雙激勵電磁流量計。
文檔編號G01F1/58GK101718565SQ200910199559
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月26日 優先權日2009年11月26日
發明者李斌, 沈天飛, 邢斌, 陳源 申請人:上海大學