[发明专利]一种流体流速流量测量装置及方法

权利要求书

1.一种流体流速流量测量装置，其特征在于包括交流激励源（1）、三电极非接触式电导传感器、信号处理模块（6）、数据采集模块（7）、微型计算机（8），三电极非接触式电导传感器包括第一电子开关（2）、第二电子开关（3）、第三电子开关（4）、第四电子开关（5）、绝缘测量管道（9）、第一电极（10）、第一电感模块（11）、第三电感模块（12）、第二电极（13）、第三电极（14）、第二电感模块（15）；在绝缘测量管道（9）的外壁等间距安装有第一电极（10）、第二电极（13）和第三电极（14），第一电极（10）与第一电感模块（11）一端相连，第二电极（13）与第三电感模块（12）一端相连，第三电极（14）与第二电感模块（15）一端相连，第一电感模块（11）另一端与第一电子开关（2）一端相连，第三电感模块（12）另一端与第二电子开关（3）一端、第三电子开关（4）一端相连，第二电感模块（15）另一端与第四电子开关（5）一端相连，第一电子开关（2）另一端、第二电子开关（3）另一端与交流激励源（1）相连，第三电子开关（4）另一端与信号处理模块（6）、数据采集模块（7）、微型计算机（8）顺次相连，第四电子开关（5）另一端与信号处理模块（6）、数据采集模块（7）、微型计算机（8）顺次相连。

2.一种使用如权利要求1所述装置的流体流速流量测量方法，其特征在于它的步骤如下：

1）三电极非接触式电导传感器中的第一电子开关（2）、第二电子开关（3）、第三电子开关（4）、第四电子开关（5）呈成对工作状态，第一电子开关（2）和第三电子开关（4）作为一个工作组，第二电子开关（3）和第四电子开关（5）作为一个工作组，用设定频率的脉冲信号作为开关工作组的激励信号，使得两个工作组交互闭合，当第一电子开关（2）和第三电子开关（4）均闭合时，第二电子开关（3）和第四电子开关（5）断开，此时，由绝缘测量管道（9）、第一电极（10）、第一电感模块（11）、第三电感模块（12）、第二电极（13）构成的上游传感器导通，由绝缘测量管道（9）、第三电感模块（12）、第二电极（13）、第三电极（14）、第二电感模块（15）构成下游的电导传感器不导通，当第二电子开关（3）和第四电子开关（5）均闭合时，第一电子开关（2）和第三电子开关（4）断开，此时，下游的电导传感器导通，上游的电导传感器不导通；

2）当第一电子开关（2）和第三电子开关（4）均闭合时，第二电子开关（3）和第四电子开关（5）断开，此时，等效电路的阻抗当第二电子开关（3）和第四电子开关（5）均闭合时，第一电子开关（2）和第三电子开关（4）断开，此时，等效电路的阻抗其中，f为交流激励源（1）的激励频率，C为电导传感器等效电路中的第一电容C₀、第二电容C₁、第三电容C₂的值并且C₀=C₁=C₂=C，L为电感模块第一电感L₀、第二电感L₁和第三电感L₂的电感值并且L₀＝L₁＝L₂＝L，第一电容C₀为第一电极（10）、绝缘测量管道（9）和管道内流体形成的耦合电容，第二电容C₁为第二电极（13）、绝缘测量管道（9）与管道内流体形成的耦合电容，第三电容C₂为第二电极（13）、绝缘测量管道（9）与管道内流体形成的耦合电容，第一电感L₀为第三电感模块（12），第二电感L₁为第一电感模块（11），第三电感L₂为第二电感模块（15），第一阻抗R_x1为第一电容C₀与第二电容C₁两者之间流体等效阻抗，第二阻抗R_x2为第二电容C₁与第三电容C₂两者之间流体等效阻抗，设置交流激励源（1）的激励频率f为三电极非接触式电导传感器的谐振频率在该频率激励信号作用下，电导传感器处于谐振状态，则等效电路阻抗的虚部为零，等效电路总阻抗呈现出纯阻性；

3）在谐振状态下，第一电感L₀的感抗与第二电容C₁的容抗、第二电感L₁的感抗与第一电容C₀的容抗、第三电感L₂的感抗与第三电容C₂的容抗相互抵消，其中，第一电感L₀、第二电感L₁和第三电感L₂能独立调整，在导通情况下，第一阻抗R_x1与第二电容C₁、第二阻抗R_x2与第三电容C₂的连接端直接与信号处理模块（6）中的运算放大器反向输入端相连，与运算放大器同相输入端等地电位，同时第一电容C₀与第二电感L₁相互抵消，由于电子开关成对交互闭合，消除了由绝缘测量管道（9）、第一电极（10）、第一电感模块（11）、第三电感模块（12）、第二电极（13）构成的上游传感器与由绝缘测量管道（9）、第三电感模块（12）、第二电极（13）、第三电极（14）、第二电感模块（15）构成下游的电导传感器的耦合关系，上游、下游电导传感器相互独立，信号处理模块（6）通过三电极非接触式电导传感器获得两组独立的电导信号；

4）信号处理模块（6）对上游、下游电导传感器输出的两组独立电导信号，进行放大、整流、滤波处理后将由数据采集模块（7）采集到微型计算机（8）中，通过以下步骤计算流速和流量，首先利用公式求出渡越时间τ₀，其中R_xy(τ)为相关系数，x(t)为上游电导传感器输出的电导信号，y(t)为下游电导传感器输出的电导信号，当R_xy(τ)为最大值时取得渡越时间τ₀，进而求出流速流量Q=AV_c，其中L为上游、下游电导传感器的间距，A为测量管道的截面面积。