摘要本文對(duì)插入式電磁(cí)流量計 靠近(jin)管道壁面時(shi)的工作磁場(chang)分布情況進(jin)行了計‼️算。分(fèn)别對磁性壁(bi)面和非磁性(xing)壁面情況進(jìn)行了比較,說(shuo)明磁💚性管道(dao)壁面對💘流量(liang)測量結果的(de)影響。同時,給(gei)出了一種修(xiu)正的方法和(he)有關的修正(zheng)曲線。
一、引言(yan)
　　流動的電磁(cí)感應的工作(zuò)原理是當導(dao)電流體(如水(shuǐ))流經由儀🏃🏻‍♂️表(biǎo)傳感器的工(gōng)作磁場時,由(you)于切割磁力(lì)🍉線會産生感(gan)應電動勢。利(lì)用适當的電(diàn)極檢出這一(yī)信号即可測(cè)得🐅流體的💜流(liú)速或流量。常(cháng)☂️規的 電磁流(liu)量計 是管道(dao)式的。另一種(zhǒng)形式是插入(rù)式的,它實際(jì)上是測量插(chā)杆探頭處的(de)流速,稱爲電(diàn)磁流速儀或(huo)插入式電磁(ci)流量計,該種(zhong)儀表除作爲(wèi)測速外;還可(kě)以用于大管(guǎn)道的流🚶‍♀️量測(cè)量。此時,它不(bú)但可在線裝(zhuang)拆,而且在價(jià)格上也較便(bian)宜,是一種很(hen)有競争力的(de)流量儀表。
　　電(dian)磁流速儀自(zi)1917年美國人申(shen)請專利lj[以來(lái),已受到人們(men)的廣泛注🐅意(yi)和研究,其中(zhong)包括利用它(ta)測量管道中(zhōng)流體的流量(liàng)。但考慮了管(guǎn)壁影響的插(cha)入式電磁流(liu)量計三維理(lǐ)論模型,卻在(zài)近年才建立(lì)。ZhangX.Z和HempJ.在建立了(le)理論模型2j[、3j[之(zhi)後,提出了值(zhí)得💃🏻注意的問(wen)題,即當探頭(tou)靠近管道的(de)壁面時,其🈲測(ce)量結果将因(yin)管壁的電☁️或(huò)磁性質不同(tóng)而産生誤差(cha)。本文将在此(cǐ)基礎上,進🔞一(yi)步研究某種(zhǒng)設😘計的插入(ru)式電磁流量(liang)計工作磁😍場(chǎng)在探頭靠近(jin)管壁時的詳(xiang)細分布,并提(tí)🙇🏻出一種可🥰用(yong)于修正由于(yú)磁場受幹擾(rǎo)引起測量誤(wu)差的方法🛀。
二(er)、插人式電磁(cí)流量計工作(zuò)磁場的求解(jie)
　　圖1中,插入式(shì)電磁流量計(ji)探頭的端部(bu)裝有一對電(diàn)極,内🌐部裝🧡有(yǒu)💃一勵磁線圈(quan),在它的周圍(wéi)産生工作磁(cí)場。爲研究磁(ci)場的詳👌細分(fèn)布狀況,先考(kǎo)慮單匝線圖(tu)。設其半徑爲(wei)al,裝在離端部(bù)Z。處,流過的電(dian)流爲I,流體中(zhong)的磁介質常(cháng)數爲産。采用(yong)矢量勢的表(biao)示法有:




其中A,如(ru)式(9)或式(10),Z。是螺(luo)線管的長度(du),rl爲它的内半(ban)徑,r:爲外半徑(jing)。
　　如圖1所示的(de)插入式電磁(ci)流量計,當考(kao)慮來流速度(du)爲🏃‍♀️X方向,電⭕極(jí)安裝在探頭(tóu)端部沿y方向(xiàng),則對信号作(zuo)貢獻的磁場(chǎng)主要是Z方向(xiang)。爲此,我們計(jì)算了磁性和(he)非磁性壁面(miàn)下工作磁場(chǎng)BZ分量的分布(bù)情況見圖3和(he)圖4(因對稱隻(zhī)給出一半空(kong)間）。
三、讨論
　　從(cóng)圖3、4可看到,靠(kao)近電磁流量(liang)計的壁面分(fen)别爲磁性和(hé)非磁性時❤️,工(gong)作磁場的分(fèn)布差異明顯(xian)。對非磁性壁(bi)面🚩,其分布相(xiang)當于探頭在(zài)無限大均勻(yun)介質當中;而(er)當壁面是磁(ci)㊙️性時,由于探(tàn)頭🔞内線圈産(chǎn)生的磁場引(yin)起壁面的磁(ci)化,加強了探(tan)頭附近的磁(cí)感強度,相當(dang)于線圈與它(tā)對壁面的像(xiang)共同産生的(de)磁場。由于這(zhe)一變化,使探(tàn)頭的測量産(chǎn)生誤差。文獻(xiàn)「2]指出👉,隻有當(dāng)探頭的端部(bu)與壁面的距(jù)離大于4倍的(de)插杆半徑✨時(shi),壁面對測量(liàng)讀數産生的(de)誤差才可能(neng)🈲小于1%。
　　一種修(xiū)正磁性壁面(miàn)引起測量誤(wu)差的方法是(shì)在探頭🍓的适(shì)⭐當位✉️置裝一(yī)霍爾磁場傳(chuán)感器。考慮到(dao)線圈的前👈面(miàn)緊接電極,霍(huo)爾元件可裝(zhuang)在線圈後面(mian)與電極形成(chéng)對稱的位置(zhì)上(參見圖1)。此(cǐ)時,由霍爾元(yuan)件測得的磁(cí)場強度一般(ban)不等于電📱極(ji)處的值‼️。爲此(ci),圖5計✌️算出當(dang)探頭接近磁(cí)性壁面時,霍(huò)爾元♍件上所(suǒ)測的磁感強(qiáng)度與❤️電極處(chu)磁感強度之(zhi)比。利用單片(piàn)機可✍️以進行(háng)修🔱正。而對🚩于(yú)非磁性壁面(mian),這一比值恒(héng)爲1。圖中Bl/B:爲霍(huo)爾元件測得(de)🈲磁感應與電(dian)極處磁🔅感應(yīng)之比,Lla爲探頭(tóu)與壁面距離(lí)與探頭半徑(jing)之比。

四、小結(jie)
　　本文研究了(le)插入式電磁(cí)流量計工作(zuo)磁場的求解(jie)。給出了當流(liú)量計探頭靠(kao)近磁性和非(fei)磁性壁面時(shi)工作磁場的(de)不🚶‍♀️同分布。進(jin)而提出的修(xiu)正磁性壁面(miàn)引起測量誤(wu)差🙇🏻的方法,可(ke)通過⚽由霍爾(er)元件測得磁(cí)感強度和計(jì)算的修正曲(qǔ)線對測量結(jié)果進行修正(zhèng)。

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