提高小流量测量性能的电池供电电磁水表结构设计研究

发布时间：2020-04-30 09:39

【摘要】：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。电磁水表采用内置电池供电,因为低功耗的使用要求,励磁电流较小。当入口流量较小时,传感器的感应电动势信号十分微弱,测量精确度变差,甚至无法测量。目前国内外生产的电磁水表仍然存在最小流量下限数值较大,小流量测量精确度低的问题。所以,为了提高电磁水表小流量的测量性能,本文从电磁水表传感器的权函数、流场和磁路结构等方面分别进行研究分析。首先采用COMSOL软件,基于电场模拟法得到传感器内的权函数分布,并与理论权函数值进行对比,验证了权函数数值模型的可靠性。通过不同结构的仿真对比,确定矩形缩进式电磁水表的权函数分布最均匀,其感应电动势对流型分布的依赖性最低,有利于流量信号的精确测量。然后对矩形缩进式电磁水表的流场开展研究分析,采用Fluent软件计算矩形缩进式测量管道的压损。采用正交试验和多项式分步拟合法建立压损的数学模型。并根据常用流量和国标压损要求,得到较优的测量管道结构尺寸,加工样机进行实验。实验结果表明,压损仿真值与实验值误差小于±2.22%,验证了电磁水表测量管道结构设计方案的有效性。接着,基于优选测量管道,采用COMSOL软件建立感应电动势数值模型。以提高感应电动势强度为目标进行传感器的磁路结构优化。确定含有磁轭、磁轭-铁芯、磁轭-铁芯-极板这三款磁路的优化结构参数,并制作样机。实验结果表明,磁轭-铁芯-极板磁路结构的磁场仿真值与实测值误差小于±4.63%。三款磁路结构感应电动势的仿真值与实测值误差,分别为±3.14%,±9.74%和±8.95%。实验结果验证了矩形缩进式电磁水表磁路结构设计方案的有效性。最后,采用优化的矩形缩进式电磁水表测量管道,分别装配三种优选磁路结构,进行水流量标定实验。实验结果表明,入口流速在8.84~22.28mm/s时,含有磁轭以及含有磁轭-铁芯的磁路系统测量误差小于±2.51%。含有磁轭-铁芯-极板的磁路系统测量性能最好,测量误差小于±0.60%,远优于电磁水表I级表的测量精确度要求。
【图文】：

权函数

图 2.1 权函数仿真值 Fig2.1 Simulation value of weight funct通过图 2.1 和图 2.2 的权函数仿真值分布图基本一致。并进一步对比权函数仿表 2.1 权函数仿真值与理论值的误差对比可以用于仿真求解缩进式电磁水表的权函表 2.1 权函数仿Tab2.1 Error of weight function simulate误差/%x=-25 x=-20 x=-15 x=-10 x=-5 y=-25 -0.02 -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 y=-20 -0.02 -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 y=-15 -0.02 -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 y=-10 -0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 y=-5 0.01 0.00 0.00 0.00 -0.01

缩进,权函数,不同形状,管道

所以圆形缩进管道截面半径为 32mm，正方形缩进管道截面边长为 56.6mm，八边形缩进管道截面边长为 25.8mm，矩形缩进管道截面长宽为 80×40mm。权函数仿真结果如图 2.3 所示，为了便于对比，权函数等势线大小从 0 开始，以 0.25 为步长递增到 30。由图 2.3(a)~图 2.3(d)可知，矩形缩进管道电磁水表的权函数等势线间距最大，，即权函数变化梯度最小，权函数分布最均匀。(a) 圆形 (b) 正方形(a) Round (b) Square
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU991.63

【参考文献】