一种流体参数测量方法及系统、一种多参数电磁流量计与流程

1.本发明涉及流体测量技术领域，特别是涉及一种流体参数测量方法及系统、一种多参数电磁流量计。


背景技术：

2.电磁流量计用于将流进管道内的液体体积流量线性地变换成感生电势信号，并通过传输线将此信号送到转换器，经转换器进行处理后，转换成标准电信号，并以流量信号显示在转换器上。其工作原理是基于法拉第电磁感应定律，即导电液体在管道中以一定流速运动时，流体流过垂直于流动方向的磁场，流体就切割磁力线，在感应电极间将产生一个与流速成正比的感生电势。目前市场上的电磁流量计大部分只能测量流体流量以及流体总量，不能实时反映对应工况中的其他现场情况，导致目前的电磁流量计无法满足工业现场智能化的要求。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种流体参数测量方法及系统，用于解决目前电磁流量计无法实时反应对应工况的问题。
4.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种流体参数测量方法，所述方法包括以下步骤：
5.将流体参数测量机构设置在电磁流量计上，所述电磁流量计的内部开设有一管道，所述管道内流动有待测液体；
6.利用所述流体参数测量机构对待测液体进行目标参数测量，所述目标参数包括以下参数中的至少两个：流速、液位高度、压力、电导率、温度。
7.可选地，所述流体参数测量机构包括有流体流速测量机构、流体液位测量机构、流体压力测量机构、流体电导率测量机构和流体温度测量机构中的至少两个；
8.其中，所述流体流速测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的流速；
9.所述流体液位测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的液位高度；
10.所述流体压力测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的压力；
11.所述流体电导率测量机构用于测量所述待测液体的电导率；
12.所述流体温度测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的温度。
13.可选地，利用所述流体液位测量机构对所述待测液体进行液位测量的过程包括：
14.将所述流体液位测量机构中的两个极板、所述电磁流量计的衬里和所述待测流体组合为变介电常数型电容器；其中，所述流体液位测量机构中的两个极板相对设置于所述电磁流量计的衬里内部；
15.将所述流体液位测量机构中的两个极板间电容并联形成上下两部分电容，其中一个极板的电容由第一电容和第三电容串联形成，另一个极板的电容由第二电容和第四电容串联形成；
16.获取所述管道内的空气介电常数、流体介电常数、衬里介电常数、极板的轴向长度、极板的纵向长度和衬里厚度，并根据所述空气介电常数、所述流体介电常数、所述衬里介电常数、极板的轴向长度、极板的纵向长度和衬里厚度，分别建立第一电容、第二电容、第三电容、第四电容与所述待测液体的液位高度的函数关系；
17.检测所述第一电容、第二电容、第三电容或第四电容的电容值，并基于所检测到的电容值以及对应电容的函数关系确定所述待测液体的液位高度。
18.可选地，利用所述流体电导率测量机构对所述待测液体进行电导率测量的过程包括：
19.获取所述流体电导率测量机构中两个相对设置的普通电极之间的间距值、每个普通电极的有效极板面积；
20.根据两个普通电极之间的间距值以及每个普通电极的有效极板面积，计算出所述流体电导率测量机构的电导池常数；
21.对所述流体电导率测量机构中的任意一个普通电极施加激励信号，并测量出两个普通电极之间的电势差；
22.根据所述电势差计算出所述待测液体的电导；
23.基于所述待测液体的电导和所述流体电导率测量机构的电导池常数，计算出所述待测液体的电导率。
24.可选地，利用所述流体压力测量机构测量所述待测液体在所述管道内的压力的过程包括：
25.获取所述流体压力测量机构中的压力传感器，检测所述压力传感器的电压值；
26.获取所述压力传感器的电压值与压力的比例关系，并基于所述比例关系和所述压力传感器的电压值，确定所述待测液体在所述管道内的压力。
27.可选地，利用所述流体温度测量机构对所述待测液体进行温度测量的过程包括：
28.对所述流体温度测量机构中的温度测量电极施加恒流源，并获取所述温度测量电极两端电压；
29.基于欧姆定律计算所述温度测量电极的电阻值，并根据计算出的电阻值确定出所述待测液体的温度。
30.本发明还提供一种流体参数测量系统，所述系统包括有：
31.电磁流量计，所述电磁流量计的内部开设有一管道，所述管道内流动有待测流体；
32.流体参数测量机构，设置于所述电磁流量计上，用于对所述待测流体进行参数测量；
33.其中，所述流体参数测量机构包括测量以下至少两个参数：流速、液位高度、压力、电导率、温度。
34.本发明还提供一种多参数电磁流量计，包括有电磁流量计本体，所述电磁流量计本体的内部开设有一管道，所述管道内流动有待测流体；
35.所述电磁流量计本体上设置有流体流速测量机构、流体液位测量机构、流体压力测量机构、流体电导率测量机构和流体温度测量机构中的至少两个；
36.其中，所述流体流速测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的流速，所述流体液位测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的液位高度，所述流体压力测量机
构用于测量所述待测液体在所述管道内的压力，所述流体电导率测量机构用于测量所述待测液体的电导率，所述流体温度测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的温度。
37.可选地，所述流体流速测量机构包括有设置于所述管道底部的流量测量电极；
38.所述流体液位测量机构包括有两个相对设置于所述电磁流量计本体衬里内部的极板，每个极板均与所述待测流体接触，且每个极板均与所述流量测量电极空间垂直；
39.所述流体压力测量机构包括有压力传感器，所述压力传感器设置于所述电磁流量计本体的外壳或法兰上；
40.所述流体电导率测量机构包括有两个相对设置的普通电极，且每个普通电极均与每个极板存在空间垂直；
41.所述流体温度测量机构包括有温度测量电极，所述温度测量电极嵌入设置在所述流体电导率测量机构中的任意一个普通电极。
42.可选地，沿着所述待测流体在所述管道内的流动方向，所述管道形状由圆形缩径为长方形。
43.如上所述，本发明提供一种流体参数测量方法及系统，具有以下有益效果：本发明首先将流体参数测量机构设置在电磁流量计上，然后利用流体参数测量机构对电磁流量计内部流动的待测液体进行多参数测量。本发明不仅能测量电磁流量计中待测液体的多种过程变量，而且基于这些过程变量，用户不但可以监控待测液体的流量变化，还可以基于待测液体的温度、压力以及电导率的变化动态来分析现场情况，实现对工业现场的实时动态控制，而且还能够对工业现场的工况进行预警和维护。相当于本发明仅需要用一台电磁流量计就能实现原来多台仪表才能实现的功能，大大的节约了现场应用成本。
附图说明
44.图1为一实施例提供的流体参数测量方法的流程示意图；
45.图2为一实施例提供的变介电常数型电容器的等效电路图；
46.图3a和图3b为一实施例提供的流体液位测量机构中的两个极板示意图；
47.图4为一实施例提供的压力传感器的电路图；
48.图5为一实施例提供的电磁流量计的结构示意图；
49.图6为一实施例提供的温度电极与普通电极的剖视图；
50.图7为一实施例提供的电磁流量计的硬件示意图。
具体实施方式
51.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
52.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可
能更为复杂。
53.请参阅图1所示，本实施例提供一种流体参数测量方法，包括以下步骤：
54.s100，将流体参数测量机构设置在电磁流量计上，其中，所述电磁流量计的内部开设有一管道，所述管道内流动有待测液体。其中，所述流体参数测量机构包括有流体流速测量机构、流体液位测量机构、流体压力测量机构、流体电导率测量机构和流体温度测量机构中的至少两个。所述流体流速测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的流速；所述流体液位测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的液位高度；所述流体压力测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的压力；所述流体电导率测量机构用于测量所述待测液体的电导率；所述流体温度测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的温度。
55.s200，利用所述流体参数测量机构对待测液体进行目标参数测量，所述目标参数包括以下参数中的至少两个：流速、液位高度、压力、电导率、温度。
56.由此可知，本实施例通过流体参数测量机构能够对电磁流量计内部流动的待测液体进行多参数测量。而且本实施例还能够测量电磁流量计的多种过程变量，并且基于这些过程变量，用户不但可以监控待测流体的流量变化，还可以基于待测流体的温度、压力以及电导率的变化动态来分析现场情况，实现对工业现场的实时动态控制，而且还能够对工业现场的工况进行预警和维护。相当于本实施例仅需要用一台电磁流量计就能实现原来多台仪表才能实现的功能，大大的节约了现场应用成本。
57.根据上述记载，在一示例性实施例中，利用所述流体液位测量机构对所述待测液体进行液位测量的过程包括：
58.将所述流体液位测量机构中的两个极板、所述电磁流量计的衬里和所述待测流体组合为变介电常数型电容器；其中，所述流体液位测量机构中的两个极板相对设置于所述电磁流量计的衬里内部。将所述流体液位测量机构中的两个极板间电容并联形成上下两部分电容，其中一个极板的电容由第一电容和第三电容串联形成，另一个极板的电容由第二电容和第四电容串联形成。获取所述管道内的空气介电常数、流体介电常数、衬里介电常数、极板的轴向长度、极板的纵向长度和衬里厚度，并根据所述空气介电常数、所述流体介电常数、所述衬里介电常数、极板的轴向长度、极板的纵向长度和衬里厚度，分别建立第一电容、第二电容、第三电容、第四电容与所述待测液体的液位高度的函数关系。检测所述第一电容、第二电容、第三电容或第四电容的电容值，并基于所检测到的电容值以及对应电容的函数关系确定所述待测液体的液位高度。
59.具体地，流体液位测量机构中的两个极板、电磁流量计的衬里和待测流体组合形成的变介电常数型电容器的等效电路图如图2所示，流体液位测量机构中的两个极板示意图如图3a和图3b所示。当流体液位测量机构中的两个极板在激励电压的作用下，两个极板、衬里和流体一起构成电容器，根据电容式传感器基本理论，对应的等效电路如图2所示。即极板、衬里和流体一起构成了一变介电常数型电容器，极板间电容为上下两部分电容并联而成，其中第一电容c1和第三电容c3串联，第二电容c2和第四电容c4串联，对应等效电路的总电容为：如图3a所示，待测液体将电磁流量计内的管道分为上下两部分，上部分空气的介电常数为ε0，流体的介电常数为ε1，衬里的介电常数为ε2，根据电容式传感器模拟计算方法可计算出对应的电容值，第一电容c1和第二电容c2由于极板间距
没有改变，且两极板间是单一介质，其电容值根据平行板电容器来计算，如下式：
[0060][0061][0062][0063][0064]
式中，a表示单个极板的轴向长度；l表示单个极板的纵向高度；d表示衬里的厚度；h表示待测液体的液位高度，b表示流体液位测量机构中两个极板的间距，或者待测液体的宽度。
[0065]
由此可知，两个液位检测极板上检测得到的电容信号与液位高度相关，且电容值是液位高度的单值函数。因此，对检测到的电容值，经信号处理后分析计算就能得到电磁流量计的液位高度。
[0066]
根据上述记载，在一示例性实施例中，利用所述流体电导率测量机构对所述待测液体进行电导率测量的过程包括：获取所述流体电导率测量机构中两个相对设置的普通电极之间的间距值、每个普通电极的有效极板面积；根据两个普通电极之间的间距值以及每个普通电极的有效极板面积，计算出所述流体电导率测量机构的电导池常数；对所述流体电导率测量机构中的任意一个普通电极施加激励信号，并测量出两个普通电极之间的电势差；根据所述电势差计算出所述待测液体的电导；基于所述待测液体的电导和所述流体电导率测量机构的电导池常数，计算出所述待测液体的电导率。具体地，在本实施例中，电导率的测量通常是溶液的电导率测量，固体导体的电阻率可以通过欧姆定律和电阻定律测量。电解质溶液电导率的测量一般采用交流信号作用于电导池的两电极板，由测量到的电导池常数q和两电极板之间的电导g而求得电导率σ。本实施例中电导率的测量原理是将相互平行且距离是固定值l的两块极板(或圆柱电极)，放到被测溶液中，在一端的极板上加上一定频率的激励信号，然后通过二次仪表测出两极板间的电势差，此电势差与电导g成反比，因此可推导出电导g。电导池常数q＝l/a，其中a为测量电极的有效极板面积，l为两极板的距离，均为常数，因此q为常数。电导率σ＝g
×
q，由于q为常数，所以测得电导g后，再结合电导池常数q就可以计算出待测液体的电导率σ。
[0067]
根据上述记载，在一示例性实施例中，利用所述流体压力测量机构测量所述待测液体在所述管道内的压力的过程包括：获取所述流体压力测量机构中的压力传感器，检测所述压力传感器的电压值；获取所述压力传感器的电压值与压力的比例关系，并基于所述比例关系和所述压力传感器的电压值，确定所述待测液体在所述管道内的压力。在本实施例中，流体压力测量机构中的压力传感器可以是压阻式压力传感器。具体地，压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，也就是在单晶硅的基片或硅杯上用扩散工艺、离子注入工艺或溅射工艺制成一定形状的应变元件，当压力传感器受到压力时，传感器中的应变元件的电阻发生变化，从而输出相应的电压变化。很多压阻式压力传感器是在硅膜片上制作4个等值电阻的应变元件，形成电桥。当受到压力作用时，一对桥臂电阻变大
△
r，
而另一对桥臂电阻变小
△
r，电桥失去平衡，这时便有一个与压力成正比的电压u输出，测得该电压即可得出压力。本实施例中压力传感器的电路图如图4所示。
[0068]
根据上述记载，在一示例性实施例中，利用所述流体温度测量机构对所述待测液体进行温度测量的过程包括：对所述流体温度测量机构中的温度测量电极施加恒流源，并获取所述温度测量电极两端电压；基于欧姆定律计算所述温度测量电极的电阻值，并根据计算出的电阻值确定出所述待测液体的温度。具体地，热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。由于热电阻大都由纯金属材料制成，所以本实施例可以采用铂热电阻或铜热电阻构成温度测量电极，例如可以采用铂电阻pt100。电阻的测量方法可以是通过恒流源驱动，然后采集铂电阻两端电压，再通过欧姆定律计算出电阻值，最后通过查表即可得出与对应电阻值匹配的温度。
[0069]
综上所述，本发明提供一种流体参数测量方法，首先将流体参数测量机构设置在电磁流量计上，然后利用流体参数测量机构对电磁流量计内部流动的待测液体进行多参数测量。本方法不仅能测量电磁流量计中待测液体的多种过程变量，而且基于这些过程变量，用户不但可以监控待测液体的流量变化，还可以基于待测液体的温度、压力以及电导率的变化动态来分析现场情况，实现对工业现场的实时动态控制，而且还能够对工业现场的工况进行预警和维护。相当于本方法仅需要用一台电磁流量计就能实现原来多台仪表才能实现的功能，大大的节约了现场应用成本。
[0070]
本发明还提供一种流体参数测量系统，包括有：电磁流量计和流体参数测量机构，所述电磁流量计的内部开设有一管道，所述管道内流动有待测流体；所述流体参数测量机构设置于所述电磁流量计上，用于对所述待测流体进行参数测量。所述流体参数测量机构包括测量以下至少两个参数：流速、液位高度、压力、电导率、温度。其中，所述流体参数测量机构包括有流体流速测量机构、流体液位测量机构、流体压力测量机构、流体电导率测量机构和流体温度测量机构中的至少两个。所述流体流速测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的流速；所述流体液位测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的液位高度；所述流体压力测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的压力；所述流体电导率测量机构用于测量所述待测液体的电导率；所述流体温度测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的温度。由此可知，本实施例通过流体参数测量机构能够对电磁流量计内部流动的待测液体进行多参数测量。
[0071]
根据上述记载，在一示例性实施例中，利用所述流体液位测量机构对所述待测液体进行液位测量的过程包括：
[0072]
将所述流体液位测量机构中的两个极板、所述电磁流量计的衬里和所述待测流体组合为变介电常数型电容器；其中，所述流体液位测量机构中的两个极板相对设置于所述电磁流量计的衬里内部。将所述流体液位测量机构中的两个极板间电容并联形成上下两部分电容，其中一个极板的电容由第一电容和第三电容串联形成，另一个极板的电容由第二电容和第四电容串联形成。获取所述管道内的空气介电常数、流体介电常数、衬里介电常数、极板的轴向长度、极板的纵向长度和衬里厚度，并根据所述空气介电常数、所述流体介电常数、所述衬里介电常数、极板的轴向长度、极板的纵向长度和衬里厚度，分别建立第一电容、第二电容、第三电容、第四电容与所述待测液体的液位高度的函数关系。检测所述第一电容、第二电容、第三电容或第四电容的电容值，并基于所检测到的电容值以及对应电容
的函数关系确定所述待测液体的液位高度。
[0073]
具体地，流体液位测量机构中的两个极板、电磁流量计的衬里和待测流体组合形成的变介电常数型电容器的等效电路图如图2所示，流体液位测量机构中的两个极板示意图如图3a和图3b所示。当流体液位测量机构中的两个极板在激励电压的作用下，两个极板、衬里和流体一起构成电容器，根据电容式传感器基本理论，对应的等效电路如图2所示。即极板、衬里和流体一起构成了一变介电常数型电容器，极板间电容为上下两部分电容并联而成，其中第一电容c1和第三电容c3串联，第二电容c2和第四电容c4串联，对应等效电路的总电容为：如图3a所示，待测液体将电磁流量计内的管道分为上下两部分，上部分空气的介电常数为ε0，流体的介电常数为ε1，衬里的介电常数为ε2，根据电容式传感器模拟计算方法可计算出对应的电容值，第一电容c1和第二电容c2由于极板间距没有改变，且两极板间是单一介质，其电容值根据平行板电容器来计算，如下式：
[0074][0075][0076][0077][0078]
式中，a表示单个极板的轴向长度；l表示单个极板的纵向高度；d表示衬里的厚度；h表示待测液体的液位高度，b表示流体液位测量机构中两个极板的间距，或者待测液体的宽度。
[0079]
由此可知，两个液位检测极板上检测得到的电容信号与液位高度相关，且电容值是液位高度的单值函数。因此，对检测到的电容值，经信号处理后分析计算就能得到电磁流量计的液位高度。
[0080]
根据上述记载，在一示例性实施例中，利用所述流体电导率测量机构对所述待测液体进行电导率测量的过程包括：获取所述流体电导率测量机构中两个相对设置的普通电极之间的间距值、每个普通电极的有效极板面积；根据两个普通电极之间的间距值以及每个普通电极的有效极板面积，计算出所述流体电导率测量机构的电导池常数；对所述流体电导率测量机构中的任意一个普通电极施加激励信号，并测量出两个普通电极之间的电势差；根据所述电势差计算出所述待测液体的电导；基于所述待测液体的电导和所述流体电导率测量机构的电导池常数，计算出所述待测液体的电导率。具体地，在本实施例中，电导率的测量通常是溶液的电导率测量，固体导体的电阻率可以通过欧姆定律和电阻定律测量。电解质溶液电导率的测量一般采用交流信号作用于电导池的两电极板，由测量到的电导池常数q和两电极板之间的电导g而求得电导率σ。本实施例中电导率的测量原理是将相互平行且距离是固定值l的两块极板(或圆柱电极)，放到被测溶液中，在一端的极板上加上一定频率的激励信号，然后通过二次仪表测出两极板间的电势差，此电势差与电导g成反比，因此可推导出电导g。电导池常数q＝l/a，其中a为测量电极的有效极板面积，l为两极板
的距离，均为常数，因此q为常数。电导率σ＝g
×
q，由于q为常数，所以测得电导g后，再结合电导池常数q就可以计算出待测液体的电导率σ。
[0081]
根据上述记载，在一示例性实施例中，利用所述流体压力测量机构测量所述待测液体在所述管道内的压力的过程包括：获取所述流体压力测量机构中的压力传感器，检测所述压力传感器的电压值；获取所述压力传感器的电压值与压力的比例关系，并基于所述比例关系和所述压力传感器的电压值，确定所述待测液体在所述管道内的压力。在本实施例中，流体压力测量机构中的压力传感器可以是压阻式压力传感器。具体地，压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，也就是在单晶硅的基片或硅杯上用扩散工艺、离子注入工艺或溅射工艺制成一定形状的应变元件，当压力传感器受到压力时，传感器中的应变元件的电阻发生变化，从而输出相应的电压变化。很多压阻式压力传感器是在硅膜片上制作4个等值电阻的应变元件，形成电桥。当受到压力作用时，一对桥臂电阻变大
△
r，而另一对桥臂电阻变小
△
r，电桥失去平衡，这时便有一个与压力成正比的电压u输出，测得该电压即可得出压力。本实施例中压力传感器的电路图如图4所示。
[0082]
根据上述记载，在一示例性实施例中，利用所述流体温度测量机构对所述待测液体进行温度测量的过程包括：对所述流体温度测量机构中的温度测量电极施加恒流源，并获取所述温度测量电极两端电压；基于欧姆定律计算所述温度测量电极的电阻值，并根据计算出的电阻值确定出所述待测液体的温度。具体地，热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。由于热电阻大都由纯金属材料制成，所以本实施例可以采用铂热电阻或铜热电阻构成温度测量电极，例如可以采用铂电阻pt100。电阻的测量方法可以是通过恒流源驱动，然后采集铂电阻两端电压，再通过欧姆定律计算出电阻值，最后通过查表即可得出与对应电阻值匹配的温度。
[0083]
综上所述，本发明提供一种流体参数测量系统，首先将流体参数测量机构设置在电磁流量计上，然后利用流体参数测量机构对电磁流量计内部流动的待测液体进行多参数测量。本系统不仅能测量电磁流量计中待测液体的多种过程变量，而且基于这些过程变量，用户不但可以监控待测液体的流量变化，还可以基于待测液体的温度、压力以及电导率的变化动态来分析现场情况，实现对工业现场的实时动态控制，而且还能够对工业现场的工况进行预警和维护。相当于本系统仅需要用一台电磁流量计就能实现原来多台仪表才能实现的功能，大大的节约了现场应用成本。
[0084]
本发明还提供一种多参数电磁流量计，包括有电磁流量计本体，所述电磁流量计本体的内部开设有一管道，所述管道内流动有待测流体；所述电磁流量计本体上设置有流体流速测量机构、流体液位测量机构、流体压力测量机构、流体电导率测量机构和流体温度测量机构中的至少两个。其中，所述流体流速测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的流速，所述流体液位测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的液位高度，所述流体压力测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的压力，所述流体电导率测量机构用于测量所述待测液体的电导率，所述流体温度测量机构用于测量所述待测液体在所述管道内的温度。
[0085]
由此可知，本实施例通过流体参数测量机构能够对电磁流量计内部流动的待测液体进行多参数测量。而且本实施例还能够测量电磁流量计的多种过程变量，并且基于这些过程变量，用户不但可以监控待测流体的流量变化，还可以基于待测流体的温度、压力以及
电导率的变化动态来分析现场情况，实现对工业现场的实时动态控制，而且还能够对工业现场的工况进行预警和维护。相当于本实施例仅需要用一台电磁流量计就能实现原来多台仪表才能实现的功能，大大的节约了现场应用成本。
[0086]
根据上述记载，在一示例性实施例中，所述流体流速测量机构包括有设置于所述管道底部的流量测量电极。所述流体液位测量机构包括有两个相对设置于所述电磁流量计本体衬里内部的极板，每个极板均与所述待测流体接触，且每个极板均与所述流量测量电极空间垂直。所述流体压力测量机构包括有压力传感器，所述压力传感器设置于所述电磁流量计本体的外壳或法兰上。所述流体电导率测量机构包括有两个相对设置的普通电极，且每个普通电极均与每个极板存在空间垂直。所述流体温度测量机构包括有温度测量电极，所述温度测量电极嵌入设置在所述流体电导率测量机构中的任意一个普通电极。其中，温度测量电极可以由铂热电阻或铜热电阻构成，作为示例，本实施例中的温度测量电极可以为铂电阻pt100。
[0087]
具体地，电磁流量计的结构示意图如图5所示。在图5中，电磁流量计上设置有连接座100、外壳110、磁轭120、线圈130、铁芯140、均磁板150、衬里160、压力传感器170和衬管180。其中，连接座100用于固定电磁流量计，或者将电磁流量计与外部组件进行连接。一体式连接座可以安装转换器；分体式连接座可以安装接线盒，接线盒再通过电缆与转化器连接。衬管180即是一些实施例中描述的电磁流量计中的管道。衬管180的底面设置有温度测量电极、流量测量电极和电导率测量电极1，衬管180的顶面设置有电导率测量电极2。本实施例中的电导率测量电极为两个普通电极，这两个普通电极呈上下对称布局，即在衬管180的底面设置一个普通电极作为电导率测量电极1，在衬管180的顶面设置一个普通电极作为电导率测量电极2。流量测量电极处于衬管底面中间，通过流量测量电极采集感应电动势信号来测量流体流速。温度测量电极结构与流量测量电极类似，本实施例通过将铂电阻嵌入到普通电极中间，可以保证温度电极绝缘性及管道的密封性，温度电极与普通电极的剖视图如图6所示。衬里160的内部设置有两个极板，且两个极板处于衬管160的两侧，两个极板均与待测液体接触，用于测量待测流体的液位高度。本实施例进行待测液体的高度时，可以在液位不低于管道高度的10％时进行液位高度测试。压力传感器170通过螺纹孔与法兰连接，通过取压孔连接压力传感器对管道内的流体进行压力测量；本实施例可以在衬管180内充满待测液体时进行压力测量。沿着待测流体的流动方向，衬管180的形状从圆形管体缩径至长方形管体。通过将衬管180的形状从圆形管体缩径至长方形管体，不仅能够提高管道内流体的流速，而且还能降低管道截面积，提升信号强度。通过激励左右两侧的两个线圈130来产生恒定磁场，铁芯140具有聚合磁场作用，可以增强磁感应强度，而线圈130安装在铁芯140上。磁轭120以环绕形式固定在两个线圈外侧，可以减少线圈磁位降。均磁板150可以使磁场更加均匀。
[0088]
根据上述记载，在一示例性实施例中，电磁流量计的硬件结构如图7所示，其信号处理过程包括：电极两端和极板两端的信号经过简单的rc低通滤波，再接入仪表放大器，不仅可以增加信号的输入阻抗，还可以测量内阻更大的流体。当两个极板在方波激励信号的作用下，两个极板、衬里和流体一起构成电容器，极板上检测得到的电容信号与液位高度相关，且电容值是液位高度的单值函数。液位测量可以达到几十千赫兹到几百千赫兹激励频率，从而提升液位测量的分辨率和测量精度。可以产生400hz的方波激励信号，通过耦合电
容到测量电极，然后将电极两端的电压差分放大处理，其结果与两电极间阻抗成正比，与两电极间的电导率成反比。在进行电导率测量时，可以满足满管状态，调整激励频率、提升电导率测量范围；通过恒流源作为温度测量电极和压力传感器的激励信号，可以采集温度和压力信号，实现温度和压力测量。
[0089]
根据上述记载，在一示例性实施例中，利用所述流体液位测量机构对所述待测液体进行液位测量的过程包括：
[0090]
将所述流体液位测量机构中的两个极板、所述电磁流量计的衬里和所述待测流体组合为变介电常数型电容器；其中，所述流体液位测量机构中的两个极板相对设置于所述电磁流量计的衬里内部。将所述流体液位测量机构中的两个极板间电容并联形成上下两部分电容，其中一个极板的电容由第一电容和第三电容串联形成，另一个极板的电容由第二电容和第四电容串联形成。获取所述管道内的空气介电常数、流体介电常数、衬里介电常数、极板的轴向长度、极板的纵向长度和衬里厚度，并根据所述空气介电常数、所述流体介电常数、所述衬里介电常数、极板的轴向长度、极板的纵向长度和衬里厚度，分别建立第一电容、第二电容、第三电容、第四电容与所述待测液体的液位高度的函数关系。检测所述第一电容、第二电容、第三电容或第四电容的电容值，并基于所检测到的电容值以及对应电容的函数关系确定所述待测液体的液位高度。
[0091]
具体地，流体液位测量机构中的两个极板、电磁流量计的衬里和待测流体组合形成的变介电常数型电容器的等效电路图如图2所示，流体液位测量机构中的两个极板示意图如图3a和图3b所示。当流体液位测量机构中的两个极板在激励电压的作用下，两个极板、衬里和流体一起构成电容器，根据电容式传感器基本理论，对应的等效电路如图2所示。即极板、衬里和流体一起构成了一变介电常数型电容器，极板间电容为上下两部分电容并联而成，其中第一电容c1和第三电容c3串联，第二电容c2和第四电容c4串联，对应等效电路的总电容为：如图3a所示，待测液体将电磁流量计内的管道分为上下两部分，上部分空气的介电常数为ε0，流体的介电常数为ε1，衬里的介电常数为ε2，根据电容式传感器模拟计算方法可计算出对应的电容值，第一电容c1和第二电容c2由于极板间距没有改变，且两极板间是单一介质，其电容值根据平行板电容器来计算，如下式：
[0092][0093][0094][0095][0096]
式中，a表示单个极板的轴向长度；l表示单个极板的纵向高度；d表示衬里的厚度；h表示待测液体的液位高度，b表示流体液位测量机构中两个极板的间距，或者待测液体的宽度。
[0097]
由此可知，两个液位检测极板上检测得到的电容信号与液位高度相关，且电容值
是液位高度的单值函数。因此，对检测到的电容值，经信号处理后分析计算就能得到电磁流量计的液位高度。
[0098]
根据上述记载，在一示例性实施例中，利用所述流体电导率测量机构对所述待测液体进行电导率测量的过程包括：获取所述流体电导率测量机构中两个相对设置的普通电极之间的间距值、每个普通电极的有效极板面积；根据两个普通电极之间的间距值以及每个普通电极的有效极板面积，计算出所述流体电导率测量机构的电导池常数；对所述流体电导率测量机构中的任意一个普通电极施加激励信号，并测量出两个普通电极之间的电势差；根据所述电势差计算出所述待测液体的电导；基于所述待测液体的电导和所述流体电导率测量机构的电导池常数，计算出所述待测液体的电导率。具体地，在本实施例中，电导率的测量通常是溶液的电导率测量，固体导体的电阻率可以通过欧姆定律和电阻定律测量。电解质溶液电导率的测量一般采用交流信号作用于电导池的两电极板，由测量到的电导池常数q和两电极板之间的电导g而求得电导率σ。本实施例中电导率的测量原理是将相互平行且距离是固定值l的两块极板(或圆柱电极)，放到被测溶液中，在一端的极板上加上一定频率的激励信号，然后通过二次仪表测出两极板间的电势差，此电势差与电导g成反比，因此可推导出电导g。电导池常数q＝l/a，其中a为测量电极的有效极板面积，l为两极板的距离，均为常数，因此q为常数。电导率σ＝g
×
q，由于q为常数，所以测得电导g后，再结合电导池常数q就可以计算出待测液体的电导率σ。
[0099]
根据上述记载，在一示例性实施例中，利用所述流体压力测量机构测量所述待测液体在所述管道内的压力的过程包括：获取所述流体压力测量机构中的压力传感器，检测所述压力传感器的电压值；获取所述压力传感器的电压值与压力的比例关系，并基于所述比例关系和所述压力传感器的电压值，确定所述待测液体在所述管道内的压力。在本实施例中，流体压力测量机构中的压力传感器可以是压阻式压力传感器。具体地，压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，也就是在单晶硅的基片或硅杯上用扩散工艺、离子注入工艺或溅射工艺制成一定形状的应变元件，当压力传感器受到压力时，传感器中的应变元件的电阻发生变化，从而输出相应的电压变化。很多压阻式压力传感器是在硅膜片上制作4个等值电阻的应变元件，形成电桥。当受到压力作用时，一对桥臂电阻变大
△
r，而另一对桥臂电阻变小
△
r，电桥失去平衡，这时便有一个与压力成正比的电压u输出，测得该电压即可得出压力。本实施例中压力传感器的电路图如图4所示。
[0100]
根据上述记载，在一示例性实施例中，利用所述流体温度测量机构对所述待测液体进行温度测量的过程包括：对所述流体温度测量机构中的温度测量电极施加恒流源，并获取所述温度测量电极两端电压；基于欧姆定律计算所述温度测量电极的电阻值，并根据计算出的电阻值确定出所述待测液体的温度。具体地，热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。由于热电阻大都由纯金属材料制成，所以本实施例可以采用铂热电阻或铜热电阻构成温度测量电极，例如可以采用铂电阻pt100。电阻的测量方法可以是通过恒流源驱动，然后采集铂电阻两端电压，再通过欧姆定律计算出电阻值，最后通过查表即可得出与对应电阻值匹配的温度。
[0101]
根据上述记载，在一示例性实施例中，沿着所述待测流体在所述管道内的流动方向，所述管道形状由圆形缩径为长方形。通过将电磁流量计的管道形状从圆形管体缩径至长方形管体，不仅能够提高管道内流体的流速，而且还能降低管道截面积，提升信号强度。
[0102]
综上所述，本发明提供一种多参数电磁流量计，不仅能测量电磁流量计中待测液体的多种过程变量，而且基于这些过程变量，用户不但可以监控待测液体的流量变化，还可以基于待测液体的温度、压力以及电导率的变化动态来分析现场情况，实现对工业现场的实时动态控制，而且还能够对工业现场的工况进行预警和维护。相当于本发明提供这种电磁流量计，一台就能实现原来多台仪表才能实现的功能，大大的节约了现场应用成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0103]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
[0104]
本说明书中附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0105]
应当理解的是，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。