專利名稱：電磁流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁流量計，其中，測量原理基于由激勵磁通與流經(jīng)管道的被測流體切割而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，磁通更具體地，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的電磁流量計，以便在低功耗時能獲得高磁通密度。
背景技術(shù)：
以下文件涉及一種電磁流量計的測量原理，該電磁流量計具有剩余磁場型的激勵線圈。
參考現(xiàn)有技術(shù)JP-A-55-106316。
以下文件涉及一種電磁流量計的測量原理，該電磁流量計具有多對激勵線圈。
參考現(xiàn)有技術(shù)JP-A-2001-281028和JP-A-8-75514。
JP-A-2001-281028披露了一種電磁流量計，該電磁流量計具有多對激勵線圈并且適合于大直徑的管道。然而，JP-A-2001-281028中的電磁流量計不具有剩余磁場型的特征，該特征為工作點位于B-H磁滯特性曲線的第二或第四象限的磁導(dǎo)線上。
在具有多對激勵線圈的JP-A-8-75514的電磁流量計中，磁回路由一組應(yīng)用于多個磁極片芯的激勵線圈和一個用作反饋磁路的單個返回芯構(gòu)成。然而，該結(jié)構(gòu)中不包括板極芯，該板極芯將激勵線圈的磁通加在一起，并且把疊加后的磁通均勻地分配到被測管的內(nèi)部。
下面，參考圖5A和5B說明相當(dāng)于JP-A-55-106316的電磁流量計。圖5A和5B以簡化方式示出了具有剩余磁場型激勵線圈的電磁流量計的結(jié)構(gòu)。圖5A和5B所示的電磁流量計由磁極芯1、激勵線圈2、反饋磁路4、被測管5以及電極6構(gòu)成。
配置一對激勵線圈2，以便形成共同磁回路，所述一對激勵線圈2跨越被測管5的流路中心軸而彼此相向設(shè)置。激勵線圈2與電流源(未示出)相連，并能夠同時被分別供應(yīng)相同等級的激勵電流。相反，兩個電極6跨越被測管5的流路中心軸而彼此相向設(shè)置，并垂直于將激勵線圈2彼此連接的軸。
下面，說明在圖5A和5B中例示的剩余磁場型電磁流量計的工作過程。這對激勵線圈2具有激勵磁回路的功能，該磁回路未圖示。對線圈施加激勵電流，其中，激勵電流的方向以恒定周期間歇地交替反轉(zhuǎn)。
在磁極芯1中使用了一種半硬磁性材料，該半硬磁性材料具有的磁特性介于硬磁性材料(磁石)特性和軟磁性材料(鐵、硅鋼等等)特性之間。
設(shè)定激勵線圈2的纏繞方向，為的是，當(dāng)施加某一方向上的激勵電流時，激勵線圈2產(chǎn)生方向彼此增強(qiáng)的外部磁場。因此，隨著激勵電流的施加，在兩個磁極芯1中的磁化強(qiáng)度被加強(qiáng)，并且磁通密度飽和，其中，所述磁極芯1位于各自磁場的中心。
即使當(dāng)激勵電流一旦消失、從而由激勵線圈2而產(chǎn)生的外部磁場消失時，磁極芯1仍保持剩余磁通密度Br。在剩余磁場型的電磁流量計中，在測量中使用了磁回路，其中，由半硬磁性材料提供的剩余磁通密度被用作磁動勢。
也就是說，該磁回路由剩余在兩個磁極芯1中的磁能來維持，并且設(shè)置該磁回路，使得一部分磁路穿過被測管5的流路的中心軸。因此，磁通與被測管5的截面交叉，以便磁通相對于該軸對稱，并具有大致均勻的形狀。
穿過被測管5的磁通匯聚在相對磁極的激勵線圈2中，然后通過反饋磁路4反饋到出射點一側(cè)的磁極的激勵線圈2上，從而使磁回路連通。
然后當(dāng)激勵電流沿著與先前所施加的電流的流動方向相反的方向流動時，激勵線圈2沿磁場彼此增強(qiáng)的方向產(chǎn)生磁場，并且該方向與先前方向相反。在分別位于磁場中心的磁極芯1中，經(jīng)過衰減過程后，先前獲得的磁化強(qiáng)度和磁通密度都消失，然后，磁化強(qiáng)度在相反方向被提高，并且磁通密度在相反方向飽和。結(jié)果，經(jīng)過反饋磁路4和被測管5的磁回路的方向同樣也被反轉(zhuǎn)了。
磁極芯1的磁化過程以恒定周期重復(fù)，該磁化過程的關(guān)系曲線稱為磁滯曲線(B-H曲線)或B-H磁滯特性曲線，其中，將所施加的外磁場H的方向和強(qiáng)度設(shè)置為橫坐標(biāo)，并且將磁化過程中的磁通密度的方向和強(qiáng)度設(shè)置為縱坐標(biāo)。
在磁極芯1中，依照半硬磁性材料的磁滯特性曲線，在一個循環(huán)過程中磁化狀態(tài)交替地反轉(zhuǎn)。由此，在磁回路中，與激勵電流產(chǎn)生外磁場的時間相對應(yīng)，磁路的方向以恒定周期反轉(zhuǎn)，其中，所述激勵電流的施加方向以該恒定周期間歇地交替反轉(zhuǎn)。
由激勵線圈2提供的磁極芯1的剩余磁通密度被用作磁動勢，當(dāng)不施加激勵電流時，或在不進(jìn)行磁路反轉(zhuǎn)的大部分時間周期內(nèi)，該磁動勢使磁回路維持穩(wěn)定的磁路。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)被測管5中的流體F以穩(wěn)定狀態(tài)橫切磁回路的磁通時，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢I，該感應(yīng)電動勢I具有同時垂直于與磁通密度B和流體運動F的方向，并且其大小為B和F的乘積。
因為磁極芯1執(zhí)行保持剩余磁通密度的功能，此時磁通B保持恒定值。由此，在電極6之間作為感應(yīng)電動勢I而被觀測的電壓正確地反映了流體運動F的程度。也就是說，在電極6之間電壓波形的觀測實際是流體F運動距離的實時觀測，二者為正比例關(guān)系。
因為這樣的原理，即在測量中使用如上所述的作為F·B的乘積而獲得的物理量，所以剩余磁通密度B直接影響剩余磁場型的電磁流量計的測量準(zhǔn)確度和流速分辨率，該剩余磁通密度B通過切割磁回路產(chǎn)生。
在磁回路中，磁路經(jīng)過磁極芯1、反饋磁路4、激勵線圈2表面的氣隙(未圖示)等等以環(huán)路形式構(gòu)成。與保存在磁極芯1半硬磁性材料中的磁化能相對應(yīng)的恒定值的磁通密度B依靠整個系統(tǒng)的磁導(dǎo)Pm來決定，所述磁導(dǎo)Pm由磁路中材料的質(zhì)量，形狀，導(dǎo)磁性等唯一確定。
圖6示出了半硬磁性材料的B-H磁滯特性曲線的第二象限，該半硬磁性材料用在圖5A和5B的電磁流量計的磁極芯中。磁導(dǎo)Pm在系統(tǒng)中是恒定的，并由磁路的形狀和材料的質(zhì)量而唯一確定，因此，在圖6中磁導(dǎo)由具有恒定斜率的磁導(dǎo)線Pm來表示。
保持測量流速所需的剩余磁化能的狀態(tài)意味著，相對于磁化能具有恒定比率關(guān)系的反磁場分量為平衡而穩(wěn)定的狀態(tài)，并且表示在B-H磁滯特性曲線的第二或第四象限中。也就是說，在剩余磁場型的電磁流量計中，總是在磁導(dǎo)線上獲得系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)。
由測量原理可知，在電磁流量計中，當(dāng)能夠增加與流路F切割的磁通密度B時，可以按比例地改進(jìn)準(zhǔn)確度和流速分辨率，這是因為測量結(jié)果是恒定磁通密度B和流速F的乘積。
在剩余磁場型的電磁流量計中，測量中使用基于剩余磁能的、穩(wěn)定狀態(tài)下的剩余磁通密度，由此，僅當(dāng)施加反轉(zhuǎn)磁通方向所需的外磁場時才消耗電力。
因此，這種類型的電磁流量計比其它類型的電磁流量計消耗的電力少，并且由此可以由電池來驅(qū)動。所以，剩余磁場型的電磁流量計具有這樣的優(yōu)點，即安裝地點不受電力條件和電源保證的限制，因此，其在室內(nèi)和室外流體運輸設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。
通常，在電磁流量計的磁回路中，磁通幾乎不進(jìn)入到氣隙中，因此增加反磁場分量的功能被增強(qiáng)了，其中，反磁場分量的方向與對應(yīng)于整個磁化能的磁路的方向相反。這樣的結(jié)構(gòu)因素帶來這樣的功能，即削減在系統(tǒng)中獲得的磁導(dǎo)Pm。由此，難以大量地增加磁通密度Bm。
在剩余磁場型的電磁流量計中，磁導(dǎo)Pm是恒定的。因此，如圖6的特性曲線圖中所示，為了不更改磁路的配置和結(jié)構(gòu)而獲得比當(dāng)前的密度Bm1高的磁通密度，必須更換磁極芯的材料，以增加磁矯頑力Hc。
例如，當(dāng)磁矯頑力從Hc增加到兩倍值或2·Hc時，有可能確定新的工作值Bm2，該Bm2值按比例地定位在圖6的磁導(dǎo)線上，并且由剩余磁通密度Br決定。因此，系統(tǒng)的工作點從P1移動到P2。
以與在電路中產(chǎn)生焦耳熱量類似的方式，來在磁回路中產(chǎn)生磁滯損耗，所述焦耳熱量由電流的平方得到，所述磁滯損耗與激勵所用的磁矯頑力2·Hc的平方成比例。結(jié)果，此時所需要的激勵電力是磁矯頑力為Hc的情況下所需電力的四倍。
如上所述，在被定性為低功耗的剩余磁場型的電磁流量計中，通過犧牲電力消耗來確保磁通密度Bm，其中，相對于被測流體F，該磁通密度Bm是獲得高靈敏度和準(zhǔn)確度所必需的并且是充分的。也就是說，在以上圖5A和5B中所示的剩余磁場型的電磁流量計中，很難解決這兩個矛盾問題，即既減少電力消耗，又有效地增加磁通。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電磁流量計，該電磁流量計既能夠以激勵能的最小輸入來提高磁通密度，又可以抑制功耗。
本發(fā)明提供的電磁流量計具有多個磁極芯，其產(chǎn)生與流經(jīng)管道的被測流體切割的磁通；激勵線圈，其對每個磁極芯施加外磁場；以及一對板極芯，其與所述管道接觸。
在電磁流量計中，每個磁極芯分擔(dān)對應(yīng)于每個磁通的磁矯頑力。
在電磁流量計中，每個磁極芯平均分擔(dān)對應(yīng)于每個磁通的磁矯頑力。
在電磁流量計中，多個磁極芯被設(shè)置在板極芯上，以便所有的磁場以同一方向排列。
在電磁流量計中，板極芯被設(shè)置在磁極芯和管道之間。
在電磁流量計中，由多個磁極芯產(chǎn)生的磁通匯聚到板極芯，板極芯調(diào)整在管道內(nèi)部均勻交叉的磁通的形狀。
在電磁流量計中，多個磁極芯中的每一個形成獨立的磁回路。
在電磁流量計中，與每個磁極芯相對應(yīng)的磁回路具有相同的磁動勢和相同的磁導(dǎo)，并且磁路的形狀彼此相等。
在電磁流量計中，磁通由剩余磁場產(chǎn)生，其中，磁場方向以恒定周期交替反轉(zhuǎn)。
根據(jù)此電磁流量計，以最小的功耗獲得期望的磁通密度是可能的。
在具有單獨的磁回路并且磁回路中只有一組激勵線圈的結(jié)構(gòu)中，所需的激勵能以磁通增加率的平方的程度而急劇增加，其中，在所述單個磁回路中，增加了磁極芯的磁矯頑力。相反，在具有多個磁回路的并聯(lián)結(jié)構(gòu)中，不需更改磁極芯的磁矯頑力，就可以抑制所需的激勵能，以便所需的激勵能正比于磁通的增長率。
當(dāng)獨立的磁回路被分割以形成具有N個回路的并聯(lián)結(jié)構(gòu)時，可以通過每個磁回路的激勵能獲得某一值的磁通密度，該激勵能被減少到(1/N)2，其中，在每個回路中，磁極芯的磁矯頑力被設(shè)置為1/N。
因此，當(dāng)在電磁流量計中欲獲得期望的磁通密度時，選擇這樣的結(jié)構(gòu)是可能的，即將欲設(shè)置在每個板極芯上的激勵線圈分割成多個線圈的結(jié)構(gòu)。結(jié)果，能夠取得激勵電力按指數(shù)縮減的效果。


圖1A和1B是表示應(yīng)用本發(fā)明的電磁流量計的實施方式的兩個結(jié)構(gòu)簡圖；圖2A和2B是表示應(yīng)用本發(fā)明的電磁流量計的實施方式的兩個結(jié)構(gòu)簡圖；圖3A和3B是表示應(yīng)用本發(fā)明的電磁流量計的實施方式的兩個結(jié)構(gòu)簡圖；圖4A到4E是說明半硬磁性材料的B-H磁滯特性曲線的簡圖；圖5A和5B是表示現(xiàn)有的剩余磁場型電磁流量計一個實施例的結(jié)構(gòu)簡圖；以及圖6是通過面積比的方式表示半硬磁性材料在B-H磁滯特性曲線中的激勵電力的簡圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1A和1B是表示本發(fā)明的剩余磁場型電磁流量計的一個實施方式的結(jié)構(gòu)圖。
如圖1A和1B所示的實施方式，電磁流量計由磁極芯1、激勵線圈2、板極芯3、反饋磁路4、被測管5以及電極6構(gòu)成。由與圖5A和5B所示現(xiàn)有技術(shù)的實施例中相同的參考標(biāo)號表示的部件，具有與該實施例中各個部件相同的功能，因此省略其詳細(xì)說明。
本發(fā)明的特征在于將必需被驅(qū)動以產(chǎn)生剩余磁通的磁回路分割以形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并且板極芯3具有這樣的功能，即能夠使多個磁極芯來分擔(dān)預(yù)先確定的磁矯頑力Hc的供應(yīng)。
作為磁極芯1，使用了一種具有400A/m到8kA/m的磁矯頑力的半硬磁性材料。使用兩對或四個磁極芯1，并沿圓周方向布置在被測管5的相同截面上。
將相同匝數(shù)的激勵線圈2分別應(yīng)用于磁極芯1。磁芯的激勵線圈以某一方向纏繞，以共有相同的磁場，所述激勵線圈彼此相向設(shè)置以構(gòu)成一對。
為了能夠使相向設(shè)置的激勵線圈2在被測管5的圓周上以最大角度分開，激勵線圈被設(shè)置在上表面一側(cè)和下表面一側(cè)，并且每一側(cè)的激勵線圈靠近放置。上表面和下表面的激勵線圈組交替地充當(dāng)S極或N極。
每一個板極芯3被設(shè)置在被測管5和相對應(yīng)的激勵線圈2之間，以便與激勵線圈組靠近接觸，并具有沿被測管5的截面延伸的形狀以及特定的厚度。
反饋磁路4被密封地布置在被測管5的外表面周圍，并且具有允許容納激勵線圈2和板極芯3的最小內(nèi)徑。
被測管5是這樣一種管道被測流體F通過它來運輸。管道內(nèi)壁襯以絕緣材料。
在圖1A和1B的實施方式中，設(shè)置電極6以便其與被測流體F接觸。電極6以相對于連接兩極的激勵線圈2組的中心的軸成90度的角度被相向地設(shè)置在兩個地方，所述極在上表面一側(cè)和下表面一側(cè)被分別靠近布置，或?qū)㈦姌O6設(shè)置在與磁場方向垂直交叉的位置，該磁場由被相向設(shè)置的激勵線圈2組來產(chǎn)生。
下面說明圖1A和1B的實施方式的功能。將具有方波形或三角形鋸齒波形的脈沖電流施加到激勵線圈2上。經(jīng)過固定時間周期后，將方向相反并具有相同波形的脈沖電流施加到線圈上。當(dāng)以恒定的時間間隔施加這種相對于地電平分別為正和負(fù)的反復(fù)性電流時，激勵線圈2會產(chǎn)生以該恒定的時間間隔重復(fù)反轉(zhuǎn)方向的磁場。
當(dāng)電流以正方向流動時，產(chǎn)生的磁場加快磁極芯1的磁化，并且在該磁場中，激勵線圈2的外圍被設(shè)置為軸。即使當(dāng)電流停止后，通過減去由反磁場抵消的成分而獲得的磁通密度Bm仍繼續(xù)穩(wěn)定存在。
然后電流以相反方向流動，電流流動時產(chǎn)生的磁場以相反方向加快磁極芯1的磁化，在該磁場中，激勵線圈2的外圍被設(shè)置為軸，并且方向與先前方向的相反。即使當(dāng)電流停止后，通過減去由反磁場抵消的成分而獲得的反方向的剩余磁通密度-Bm仍繼續(xù)穩(wěn)定存在。
當(dāng)這樣的操作不斷地重復(fù)時，除了由于電流施加而產(chǎn)生的磁極反轉(zhuǎn)時間周期外，在整個時間周期內(nèi)磁通密度|Bm|穩(wěn)定維持。由于重復(fù)施加相對于地電平為軸對稱的電流波形，本實施方式會行使這樣的功能，即抑制未圖示的電流驅(qū)動回路的零點漂移，并且保持磁通密度為恒定水平，其中，磁通密度以正負(fù)兩個方向生成。
為了磁化磁極芯1，在施加激勵電流的過程中，在正負(fù)兩個方向上同時對多對激勵線圈2施加電流。由此，激勵線圈2能夠以串聯(lián)或并聯(lián)的形式連接到電流驅(qū)動電路中。
用來維持磁通密度|Bm|的剩余磁能儲存在兩極的磁極芯1中。從磁極芯產(chǎn)生的磁通Bm經(jīng)由板極芯3進(jìn)入到被測管5的內(nèi)部。由于Bm的方向交替反轉(zhuǎn)，因此指示磁通存在的向量Bm在圖中未示出。
板極芯3具有提高磁路導(dǎo)磁性、加快磁通進(jìn)入到被測管5中、以及改善磁場在管道中的分布以具有對稱形狀的功能，由此對被測流體的流動分布影響最小。
為了使來自磁回路的磁通的泄漏最小化，每一極的板極芯3上的激勵線圈2彼此靠近接觸。由于在每個極的板極芯3上設(shè)置多個激勵線圈2、或是圖1A和1B的實施方式中的兩個線圈，所以每一個板極芯3具有接受2×Bm磁通密度的功能，并且與相對磁極的板極芯合作以對稱地分布被測管5中的磁通，從而調(diào)整磁力線的排列。
置于每一個板極芯3上的激勵線圈2的數(shù)量可以增加。例如，當(dāng)使用N對激勵線圈2時，總的磁通密度是N×Bm，因此，進(jìn)入被測管5并起測量作用的總的磁通增大到N倍。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)流體F切割進(jìn)入到被測管5中的磁通B時，會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該感應(yīng)電動勢具有同時垂直于磁通B和流體運動F的方向，并且其大小由B和F的乘積得出。
該感應(yīng)電動勢由兩個激勵線圈2所引起的2×Bm磁通產(chǎn)生。因此，本實施方式具有這樣的效果，即與只有一個激勵線圈的結(jié)構(gòu)相比，與流速F有關(guān)的測量靈敏度和準(zhǔn)確度能夠得到改進(jìn)或者加倍。
如上所述，當(dāng)激勵線圈組的數(shù)量增加時，或者例如，使用N對激勵線圈2，被測管5中總的磁通密度可以容易地增加到N×B。
磁通密度N×B將剩余磁通維持到恒定值。因此，在電極6之間作為感應(yīng)電動勢被觀測的電壓波形反映流體F的運動距離。出現(xiàn)在電極6之間的電壓信號經(jīng)過緩沖器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器等等未示出的器件，然后作為輸出信號被取出，該輸出信號已經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并指示流速。穿過被測管5并與流體F交叉的磁通經(jīng)由對面的板極芯3被匯聚到相對磁極的各個激勵線圈2中。相反，反饋磁路4具有這樣的功能，即在被測管5的外部，把兩極的板極芯3磁性地耦合在一起，并容納分別與激勵線圈2相對應(yīng)的磁回路。由于圖1A和1B示出了剖面結(jié)構(gòu)，因此，以與向量磁通Bm相同的方式、反饋磁路4內(nèi)部的磁回路在圖中未被示出。
設(shè)置兩極的板極芯3和激勵線圈2，以便它們相對于中心軸而軸對稱。因此，由兩個激勵線圈產(chǎn)生的每一個磁回路的形狀是軸對稱和相等的。結(jié)果，即使當(dāng)激勵線圈的數(shù)量增加時，磁通在被測管5中的分布也能夠保持均勻。
反饋磁路4還有一個功能，即將磁回路向磁導(dǎo)較高的系統(tǒng)偏移，以降低整體磁阻。由此，可以防止進(jìn)入被測管5中的磁通減少，并且反饋磁路能夠與兩極的板極芯3合作以穩(wěn)定磁路。
不同于圖1A和1B所示的實施例，圖2A、2B、3A和3B示出了應(yīng)用本發(fā)明的實施例。這些圖以與圖1A和1B同樣的方式示出了被測管的剖面和上表面。
由與圖1A和1B中相同的標(biāo)號表示的部件具有相同的功能，因此省略其說明。在圖2A和2B的實施方式中，以與圖1A和1B同樣的方式使用了兩對或四個磁極芯1，并且磁極芯排列在流路方向上而不是在被測管5的圓周方向上。
由兩個單獨的磁回路的并聯(lián)排列產(chǎn)生的功能與圖1A和1B的實施例的功能相同。在圖2A和2B的實施方式中，反饋磁路4的路線比圖1A和1B磁回路中的路線長，并且磁回路在形狀上與圖1A和1B磁回路部分不同。然而，圖2A和2B的實施方式的功能與圖1A和1B的實施方式的功能相同。
盡管板極芯3的形狀與圖1A和1B中的不同，但是板極芯執(zhí)行相同的功能，即匯聚多個激勵線圈，也就是說，匯聚單個板極芯上的多個磁回路以積聚磁通，并調(diào)整磁通的形狀以便以對稱形狀、均勻地與被測管5交叉。
圖3A和3B示出了這樣的實施方式，其中，將圖1A和1B實施方式的結(jié)構(gòu)加倍，或者以與圖2A和2B相同的方式、在被測管5的流路方向延伸。與圖1A和1B中使用兩個磁回路的實施方式相比，并聯(lián)地使用四個磁回路以獲得這樣的磁通密度，該磁通密度是圖1A和1B的實施方式中磁通密度的兩倍。
盡管板極芯3的形狀與圖1A、1B、2A和2B中的形狀不同，但是板極芯執(zhí)行相同的功能，即匯聚多個激勵線圈，也就是說，匯聚單個板極芯上的多個磁回路以積聚磁通，并調(diào)整磁通的形狀以便以對稱形狀均勻地與被測管5交叉。
與圖1A和1B的實施方式相比，在圖3A和3B的實施方式中，功耗以與增加的磁通成正比的方式被加倍。然而，作為兩分割磁回路的結(jié)果，功耗的增加量僅是每個磁極芯的磁矯頑力被簡單地加倍、并且磁極芯未被分割的情況中電力消耗的一半。
下面，參考圖4A到4E說明本發(fā)明的功能和效果。該圖示出了在磁回路中構(gòu)成激勵電力的絕大部分的磁滯損耗的概念。磁滯損耗通過磁極芯中的剩余磁通密度Br和磁矯頑力Hc的乘積來得到。因此，在圖4A到4E中，正方形的面積相當(dāng)于在每個磁極芯一個磁化循環(huán)周期中所消耗的電力，在該循環(huán)周期中，重復(fù)進(jìn)行磁極的反轉(zhuǎn)。
圖4A中正方形的面積表示在任意磁極芯的一個磁化循環(huán)中，由于磁矯頑力Hc和剩余磁通密度Br所產(chǎn)生的功耗。圖4B示出了在以下情況下需要的功耗，該情況為通過使用具有的磁矯頑力是圖4A中所使用的矯頑力的兩倍或是2·Hc的磁極芯，而獲得磁通密度2·Br，該磁通密度是圖4A中磁通密度的兩倍。
圖4C示出了以下情況需要的功耗，該情況為通過使用具有的磁矯頑力是圖4A中所使用的矯頑力的三倍或是3·Hc的磁極芯，可以獲得磁通密度3·Br，該磁通密度是圖4A中磁通密度的三倍。
在圖4B和4C的現(xiàn)有技術(shù)實施例中，當(dāng)磁通密度增加到2·Br或3·Br時，所需要的激勵電力按指數(shù)規(guī)律增加，并且需要的電力是圖4A中電力的四倍或九倍。
當(dāng)磁回路中的磁導(dǎo)的斜率恒定時，磁極芯能夠提供這樣的磁能，即該磁能與剩余磁通Br類似，并正比于磁矯頑力Hc。以此作為代價，在磁回路中產(chǎn)生了磁滯損耗，并且該損耗以Hc的平方的速度增長。這引起上面提到的現(xiàn)象。
相反，當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明時，為了產(chǎn)生剩余磁通而被驅(qū)動的磁回路以并聯(lián)形式配置，因此該并聯(lián)磁回路平均分擔(dān)引起磁滯損耗的磁矯頑力Hc的所需要的值。
在欲獲得Br的期望值的情況下，當(dāng)Hc的對應(yīng)值被N除時，上面提到的、以Hc的平方速度而增加的磁滯損耗可以作為一個整體被抑制為N×(1/N)2。
例如，圖4D對應(yīng)于以并聯(lián)方式配置兩個磁回路的圖1A和1B的實施方式。兩個磁回路分擔(dān)2·Hc的磁矯頑力，而在圖4B中該2·Hc的磁矯頑力由單個磁極芯承擔(dān)。因此，該磁回路獨立地產(chǎn)生磁通Br，并且2·Br作為一個整體通過磁通的相加或(Br+Br)獲得。
從圖4D與圖4B的比較中明顯得出，二者獲得的磁通密度的總量達(dá)到相同值或2·Br，其中，每個磁通密度由縱坐標(biāo)B上的Br長度的和來表示。相反，對應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)的實施方式的圖4B中，為了獲得2·Br其功耗必須增加四倍。
在圖4E中，由三個磁回路分擔(dān)3·Hc的磁矯頑力，而在圖4C中該3·Hc的磁矯頑力由單個磁極芯承擔(dān)。磁通密度Br被聚集以獲得(Br+Br+Br)作為磁通密度的總量，其中每個磁通密度Br由相應(yīng)的磁回路獨立地產(chǎn)生。這些磁通密度容納在一對板極芯之間。結(jié)果，獲得3·Br作為與被測流體切割的磁通密度的總量。
從圖4E與圖4C的比較中明顯得出，二者期望的磁通密度的總量達(dá)到相同長度或3·Br的磁通，其中，每個磁通密度由縱坐標(biāo)B上的Br的長度的和來表示。相反，示出了現(xiàn)有技術(shù)實施例的圖4C顯示單獨的磁回路的激勵電力以九倍的比率增加。
如上所述，根據(jù)本實施方式，在欲獲得期望的磁通密度的情況下，該磁通密度的生成由多個并聯(lián)的磁回路來分擔(dān)，因此在每個單獨的磁回路中所需要的磁化能會顯著地減少。
換句話說，在磁回路被分成N個并聯(lián)的磁回路，并且這些磁回路容納在單個的板極芯上的結(jié)構(gòu)中，每一個磁回路的功耗可以減少到單獨的磁回路結(jié)構(gòu)中電力消耗的1/N。因此，在剩余磁場型的電磁流量計由電池驅(qū)動的情況下，通過這種節(jié)能方式能夠獲得巨大的效果。此外，能夠減少電源單元的體積和電池容量，借此可以實現(xiàn)所需空間的小型化和縮減。
權(quán)利要求
1.一種電磁流量計，包括多個磁極芯，其產(chǎn)生與流經(jīng)管道的被測流體交叉的磁通；激勵線圈，其對每個磁極芯施加外磁場；以及一對板極芯，其與所述管道接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁流量計，其中，每個磁極芯分擔(dān)對應(yīng)于每個磁通的磁矯頑力。
3.如權(quán)利要求1所述的電磁流量計，其中，每個磁極芯平均分擔(dān)對應(yīng)于每個磁通的磁矯頑力。
4.如權(quán)利要求1所述的電磁流量計，其中，在板極芯上設(shè)置多個磁極芯，以便所有的磁場以同一個方向排列。
5.如權(quán)利要求1所述的電磁流量計，其中，在磁極芯和管道之間設(shè)置板極芯。
6.如權(quán)利要求1所述的電磁流量計，其中，由多個磁極芯產(chǎn)生的磁通被聚集到板極芯，所述板極芯調(diào)整在管道內(nèi)部均勻交叉的磁通的形狀。
7.如權(quán)利要求1所述的電磁流量計，其中，多個磁極芯中的每一個都形成獨立的磁回路。
8.如權(quán)利要求7所述的電磁流量計，其中，與每一個磁極芯相對應(yīng)的磁回路具有相同的磁動勢和相同的磁導(dǎo)，并且磁路的形狀彼此相等。
9.如權(quán)利要求1所述的電磁流量計，其中，磁通由剩余磁場產(chǎn)生，所述剩余磁場的方向以恒定周期交替反轉(zhuǎn)。
全文摘要
為了獲得期望的磁通密度，形成磁回路被N分割的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并且該并聯(lián)結(jié)構(gòu)作為N組激勵線圈容納在一對板極芯上。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由磁回路之一驅(qū)動的磁矯頑力的負(fù)擔(dān)減少到1/N。結(jié)果，每個磁回路中的激勵電力的消耗能夠被減少到(1/N)
文檔編號G01F1/58GK1680786SQ20051006323
公開日2005年10月12日 申請日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月8日
發(fā)明者石川郁光 申請人:橫河電機(jī)株式會社