[发明专利]一种提高小流量测量性能的电磁水表传感器结构设计方法

说明书

本发明涉及一种提高小流量测量性能的电磁水表传感器结构设计方法，包括：建立权函数数值模型，对不同形状的测量管道进行权函数分析，确定最优形状的测量管道，并进一步分析权函数分布的均匀性与管道结构尺寸的关系；然后，建立电磁水表的压损数值模型，对不同结构尺寸的测量管道进行压损分析，在满足国标压损要求的条件下，根据权函数分布的均匀性，确定最优结构尺寸的测量管道；最后，建立电磁水表的感应电动势数值模型，对不同磁路结构进行对比分析，确定最优磁路结构，最终得到最优结构参数的电磁水表。本发明能够在低功耗的条件下，获得最强的感应电动势，从而提高电磁水表小流量的测量性能。

技术领域

本发明涉及电磁水表传感器结构设计技术领域，尤其是涉及一种提高小流量测量性能的电磁水表传感器结构设计方法。

背景技术

电磁水表具有测量范围宽、始动流量小、测量精度高、使用寿命长等优点，广泛地应用于城市的水务行业。电磁水表通常采用内置电池进行供电，为了保证电池具有较长的使用寿命，励磁电流通常较小，所以传感器内的磁场比较微弱。当电磁水表测量的入口流量较小时，此时传感器的感应电动势很小，信噪比很低，测量精确度变差，甚至无法测量。通常情况下，如果要提高电磁水表小流量的测量性能，则必须要提高励磁电流，增强磁场强度。但是这会增加传感器的励磁功耗，缩短电池的使用时间，同时需要经常更换电池，耗费大量的人力和物力。因此，需要对传感器的结构进行优化设计，实现低功耗的条件下电磁水表感应电动势的增强。

根据电磁水表感应电动势的表达式，传感器的感应电动势不仅与流场和磁场的分布有关，还与传感器内的权函数有关。现有文献在对传感器的权函数进行研究分析时，主要是针对圆形管道流量计，对其他形状管道的权函数研究较少。现有文献在对流场进行研究分析时，确定了采用缩进式的测量管道能够提高传感器内的液体流速。同时缩进段部分的流速分布均匀，有利于小流量的精确测量。但是缩进式测量管道产生的压损较大，相关文献没有详细讨论如何在满足压损要求的条件下，得到最优结构参数的测量管道。现有文献在进行磁场的研究分析时，发现采用铁磁材料能够提高传感器内的磁场强度，从而增强感应电动势，但是没有分析感应电动势与磁路结构的关系，无法确定最优磁路结构。所以，为了在相同功耗条件下增强电磁水表传感器的感应电动势、提高电磁水表小流量的测量性能，需要从权函数、流场和磁场三方面开展系统研究。

发明内容

本发明的目的在于提出一种提高小流量测量性能的电磁水表传感器结构设计方法，从而在低功耗的条件下，提高电磁水表小流量的测量性能。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种提高小流量测量性能的电磁水表传感器结构设计方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)基于有限元数值分析软件，建立权函数数值模型；

(2)基于权函数数值模型，对电磁水表不同形状的测量管道进行权函数分析，确定最优形状的电磁水表测量管道；

(3)基于权函数数值模型，分析传感器内权函数分布的均匀性与测量管道结构尺寸的关系；

(4)基于有限元数值分析软件，建立电磁水表的压损数值模型；

(5)基于压损数值模型，对电磁水表不同结构尺寸的测量管道进行压损分析；

(6)在满足国标压损要求的条件下，根据权函数分布的均匀性，确定最优结构尺寸的测量管道；

(7)基于有限元数值分析软件，建立电磁水表的感应电动势数值模型；

(8)基于感应电动势数值模型，对电磁水表不同结构参数的磁路结构进行对比分析，确定最优磁路结构，最终得到最优结构参数的电磁水表。

所述步骤(1)具体是指：

1)在AC/DC模块中选择电流模型，预设研究类型为稳态；

2)在几何设置中，根据电磁水表的几何结构建立有限元仿真模型，并设置点电极结构尺寸；