白靜茹等

【摘 要】為了準(zhǔn)確便捷的測(cè)量管道內(nèi)液體的流動(dòng)，革新流量計(jì)測(cè)量方式，采用外圓包覆式的非接觸測(cè)量的電感式電子流量計(jì)測(cè)量管道內(nèi)液體，既能夠準(zhǔn)確的測(cè)量管道內(nèi)的液體的流量，減少機(jī)械式結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，又增加了測(cè)量的便捷性，便于檢測(cè)出管道堵塞位置。

【關(guān)鍵詞】電感；電子流量計(jì)；手持式

【Abstract】Aiming to gain an accurate and convenient measurement of the liquid flow in the pipe ， to reform a new way of measuring liquid flow meter，using cylindrical non-contact measurement of coating type，which can measurethe liquid in the pipeline accurately and reduce the influence of mechanical structure on the results of measurement .In addition，it reaches a more convenient level that it could detect pipeline blockage.

【Key words】Inductance； Electronic flow meter； Hand-held

0 前言

當(dāng)今世界能源已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，尤其在原油開(kāi)采過(guò)程中，獲得油井的實(shí)時(shí)產(chǎn)量時(shí)，減少測(cè)量裝置所帶來(lái)的能源浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本，越來(lái)越被人們所重視。為了對(duì)能源進(jìn)行科學(xué)管理，首先要抓好節(jié)能工作，而在節(jié)能工作中，流量計(jì)儀表的研究與開(kāi)發(fā)起到至關(guān)重要的作用[5]。

但是現(xiàn)在流量計(jì)大部分還是傳統(tǒng)的機(jī)械式流量計(jì)，即以通過(guò)管道內(nèi)液體的流動(dòng)帶動(dòng)齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到計(jì)算液體流量的目的。這種流量計(jì)普遍存在著測(cè)量不準(zhǔn)確，使用壽命短的問(wèn)題，而現(xiàn)在已有的少數(shù)電子流量計(jì)一部分僅是通過(guò)機(jī)械測(cè)量，電子顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一部分是通過(guò)超聲波或電磁進(jìn)行測(cè)量的。并且目前的流量計(jì)都需要機(jī)械緊固式的安裝在管道上才能工作，即現(xiàn)在已有的流量計(jì)主要是固定式的，單一測(cè)量一定地點(diǎn)的儀器，運(yùn)用在檢修工作和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中可移動(dòng)的、便攜的流量計(jì)還未出現(xiàn)。為了滿足實(shí)際使用的需求，本文介紹了一種基于電感傳感器的管道式電子流量計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)流體的非接觸測(cè)量。

1 電子流量計(jì)的工作原理

電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量的輸出。電感線圈是環(huán)繞在絕緣管上的相互絕緣的導(dǎo)線，其利用電磁感應(yīng)的原理進(jìn)行工作，當(dāng)有電流流過(guò)一根導(dǎo)線時(shí)，就會(huì)在這根導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生一定的電磁場(chǎng)，而這個(gè)電磁場(chǎng)的導(dǎo)線本身又會(huì)對(duì)處在這個(gè)電磁場(chǎng)范圍內(nèi)的導(dǎo)線發(fā)生感應(yīng)作用。對(duì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)的導(dǎo)線本身發(fā)生的作用，叫做“自感”，即導(dǎo)線自己產(chǎn)生的變化電流產(chǎn)生變化磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)又進(jìn)一步影響了導(dǎo)線中的電流；對(duì)處在這個(gè)電磁場(chǎng)范圍的其他導(dǎo)線產(chǎn)生的作用，叫做“互感”。電感量也稱自感系數(shù)，是表示電感器產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個(gè)物理量。

電感器電感量的大小，主要取決于線圈的圈數(shù)（匝數(shù)）、繞制方式、有無(wú)磁芯及磁芯的材料等等。通常，線圈圈數(shù)越多、繞制的線圈越密集，電感量就越大。有磁芯的線圈比無(wú)磁芯的線圈電感量大；磁芯導(dǎo)磁率越大的線圈，電感量也越大。

電感式電子流量計(jì)的測(cè)量原理如下圖1所示：

3 數(shù)據(jù)的處理

為了排除不同管道對(duì)數(shù)據(jù)的影響，還需要對(duì)不同管道在電感回路中電流和電荷量的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量記錄，把這些數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)在不同管道下測(cè)量液體流量及流速進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和校正。

4 軟件設(shè)計(jì)

為了提高數(shù)據(jù)處理的精準(zhǔn)度和使用方便，可以利用單片機(jī)的控制與計(jì)算功能。

軟件執(zhí)行具體步驟如下：

1）根據(jù)實(shí)際的測(cè)量情況對(duì)單片機(jī)輸入相應(yīng)管道型號(hào)，流體的種類，線圈匝數(shù)等基本參數(shù)。

2）單片機(jī)查詢與電感傳感器連接的I/O端口，記錄電流和電壓的變化。用得到的數(shù)據(jù)，單片機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的參數(shù)進(jìn)行理論運(yùn)算得到計(jì)算結(jié)果。并將結(jié)果通過(guò)電子液晶屏輸出。

單片機(jī)的主要功能有：

1）通過(guò)不斷截取極小段時(shí)間內(nèi)電流與時(shí)間乘積的和得到電感回路中的電荷量變化，從而得到電感的電感量L。

2）在單片機(jī)中儲(chǔ)存不同管道對(duì)電感系統(tǒng)的數(shù)據(jù)影響，在測(cè)量時(shí)可以選擇在一種管道的數(shù)據(jù)模式下進(jìn)行測(cè)量。精簡(jiǎn)并加快測(cè)量的流程。

3）在單片機(jī)中錄入所有計(jì)算所需的公式，并在測(cè)得數(shù)據(jù)后進(jìn)行計(jì)算，最后直接在LED屏上輸出流量與流速數(shù)據(jù)。

5 機(jī)械外觀的設(shè)計(jì)

因?yàn)槁菥€管需要環(huán)繞著管道才能測(cè)得數(shù)據(jù)，但要在不破壞螺線管和管道的前提下給管道上套上螺線管基本上是不可能的，所以需要對(duì)對(duì)電子流量計(jì)的外觀進(jìn)行改變才能夠滿足便攜式的使用。

6 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)是舍棄傳統(tǒng)液體流量計(jì)的測(cè)量方式，創(chuàng)新的利用電感的特性來(lái)進(jìn)行對(duì)液體管道內(nèi)液體的特性進(jìn)行測(cè)量，新的測(cè)量方法提高了測(cè)量精度的同時(shí)還簡(jiǎn)化了測(cè)量步驟。其主要價(jià)值為：高精度的測(cè)量管道內(nèi)液體的流量與流速；便攜式的使用方法，免去了復(fù)雜的安裝過(guò)程；檢測(cè)與校準(zhǔn)普通流量計(jì)的測(cè)量精度；因其使用便利性和較高的測(cè)量精度，可以用于液體管道的檢堵檢漏的檢測(cè)維修過(guò)程。

【參考文獻(xiàn)】

[1]秦曾煌.電工學(xué).上冊(cè)，電工技術(shù)[M].7版.北京：高等教育出版社，2009，5.

[2]馬文蔚，周雨青.物理學(xué)教程.上冊(cè)[M].2版.北京：高等教育出版社，2006，11.

[3]王章忠.機(jī)械工程材料[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007，1.

[4]陳寶明.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M].3版.北京：人民郵電出版社，2013，1.

[5]李小亭，王小杰，方立德，等.新型內(nèi)外管差壓流量計(jì)特性研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2012，33（10）.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]