1引言
　　近年來,電(diàn)磁流量計 的勵(li)磁結構況備受(shou)研究人員的關(guan)注對外流式的(de)電磁流💚量計的(de)磁場分布情況(kuàng)進行了仿真研(yan)究"在💚些特🌏殊的(de)工況領域下,如(ru)何設計電磁流(liu)量計直是工程(cheng)技術人員研究(jiu)的熱點問題”,生(sheng)産測井中特殊(shū)工況環境下如(rú)何設計電磁流(liu)量計傳感器結(jie)構一🥵直是石油(yóu)生産測井領域(yu)研究的問題,電(dian)磁相關法流量(liang)測量傳⁉️感器解(jie)決了生産🐇測井(jing)中油氣水🐇三相(xiang)流流量測量問(wèn)題.另一方面生(shēng)産測井空間狹(xia)小，需要構造特(te)殊的電磁流量(liang)計傳感器,本文(wen)💰提出了一種勵(lì)磁結構的磁芯(xin)設計爲T型的電(dian)磁流量計,使得(dé)有限的空間下(xia)電磁流量計的(de)勵磁線圈空間(jiān)增大,進而增強(qiang)測🆚量管道中(測(cè)量區域)磁場強(qiang)度，使兩端電極(ji)感應信号變大(dà),有助于信号的(de)獲取,爲有限空(kōng)💋間下的井下 小(xiǎo)管徑集電磁流(liú)量計 實現提供(gòng)可能.同時,對電(diàn)磁流量計勵磁(ci)結構中T型🐪磁芯(xin)參🥰數進✉️行研究(jiu)，獲得不同T型磁(cí)芯對測量管道(dao)📧中磁場産生的(de)影響🈲.研究結果(guǒ)可爲應用在一(yi)些特殊場合中(zhong)具有T型磁芯的(de)電磁流量計實(shi)現提供參考依(yī)據.
1T型磁芯結構(gou)
　　T型磁芯是爲較(jiào)小的空間下實(shí)現盡可能大的(de)勵磁線圈而提(ti)出的,如圖1所示(shì)爲較小空間結(jie)構下,設計有T型(xing)磁芯的電磁流(liú)🏃量計傳感器截(jie)面圖.在圖中1表(biao)示線圈⚽位置;2表(biǎo)示磁芯位置;3表(biǎo)🐪示電極🏃🏻‍♂️及其固(gu)定器💛件位置;4表(biǎo)示襯裏位置;5表(biao)示内徑壁位置(zhì);6表示外徑壁;7表(biao)示測量管道(測(cè)量區域).如圖1所(suo)示電磁流量計(ji)勵磁結構磁芯(xin)造型近似爲T型(xing)(因稱爲T型磁芯(xīn)),磁芯在靠近電(diàn)磁流量計内管(guǎn)道時爲T型磁芯(xīn)的較長端.如圖(tu)中所示,T型磁芯(xīn)較長端與x軸夾(jia)角爲a,T型磁芯較(jiào)短端與x軸夾角(jiǎo)爲b,T型磁芯較長(zhang)端寬度爲k1,T型磁(cí)⭕芯較短端寬度(du)爲k2.
 
2磁場評價指(zhǐ)标
　　爲了詳細的(de)獲得電磁流量(liang)計勵磁線圈及(jí)T型磁芯變化對(dui)💁流量計測量區(qu)域内部磁場強(qiang)度分布的影響(xiǎng)情況，引入樣本(ben)平均值樣本标(biao)準差、變異系數(shù)磁場均勻度、感(gan)應電勢值等磁(cí)場評價指标分(fen)析傳感器勵磁(ci)線圈不同軸‼️向(xiàng)長度時測量區(qū)域内部磁場💜分(fèn)布情況，如式(1)所(suǒ)示.式中，Bs爲樣本(běn)平均值;`B爲樣本(běn)标🚩準差;Bcv爲樣本(ben)磁場均勻度;Bc爲(wèi)樣🌍本變異系數(shu).在這4個磁場評(ping)價指标中,樣本(ben)平均值越大越(yue)好，樣本标準差(cha)越小越好,磁場(chǎng)均💘勻度越大越(yuè)好,變👄異🛀🏻系數越(yue)小越好.
 
　　式中，S均(jun1)勻爲測量區域(yù)任意一點磁感(gǎn)應強度與`B之比(bǐ)🚶‍♀️在均勻95%至105%的面(miàn)積和,S測量區的(de)總面積。
　　由Maxwell方程(chéng)及在一定的假(jiǎ)設條件下，可得(de)I5]電磁流量計的(de)感應電勢的表(biao)達方程"],如式(2)所(suo)示:
 
　　式中，U2-U1是兩電(dian)極的電勢差;A表(biǎo)示對所有空間(jiān)積分;L爲絕緣管(guǎn)道筒長一半;r爲(wèi)流量計截面管(guǎn)半徑;矢量`B是導(dǎo)電流體的流速(sù);B是🏃‍♂️磁感應強度(dù);W爲矢量權重函(hán)數,它是-一個隻(zhī)由電磁流量計(jì)本身結構決定(ding)的量.由(2)式可知(zhī)，隻要确定了流(liú)體的流速V、磁感(gǎn)應強度B、以及♉權(quan)重函數W,以及流(liu)量計管✊徑半徑(jìng),就可以求流量(liàng)計👉的感應電勢(shì)差👨‍❤️‍👨.
3仿真實驗
　　仿(pang)真實驗中，設定(dìng)a分别爲23°,30°,35°,40°，45°,50°,設定b小(xiǎo)于等于a,根據實(shí)際🏃‍♀️情況設定角(jiǎo)🏒度分别爲8°,16°,23°,30°,35°,40°,45°,50°.仿真(zhēn)實驗中設定T型(xíng)磁芯較長端♈寬(kuān)度爲h1占T型磁芯(xin)整⁉️個寬度的1/3,1/2以(yǐ)及2/3時(即h1/(h1+k2)爲1/3,1/2以及(jí)2/3時的情況)分别(bie)考查不同參數(shù)情況下T型磁芯(xin)構建的勵磁結(jie)構對電磁流量(liàng)計測量區域中(zhong)産生的磁場影(ying)響情況.
 
　　如圖2所(suǒ)示爲不同T型磁(ci)芯結構在電磁(ci)流量計測量區(qu)域産生♈磁場強(qiang)度分布仿真圖(tu).由于篇幅原因(yīn)，這裏隻顯示了(le)k1/(k1+k2)爲1/2,b爲23°的仿真圖(tú).圖2(a),(b),(c),(d)分别顯示的(de)是a爲23°,
4實驗數據(jù)分析
　　爲了考察(chá)不同T型磁芯結(jie)構對電磁流量(liàng)計測量區域磁(ci)場強度⛷️的分布(bù)情況影響,仿真(zhēn)實驗中獲得的(de)數據結果運用(yong)公式🔞(1)電磁流量(liàng)計磁場強度分(fèn)布評價指标進(jin)行分析，以獲得(dé)電磁🔞流量計不(bú)同T型磁芯👄結構(gou)參數對流量計(jì)測量區域❄️的磁(ci)場強度分布影(yǐng)響,從而爲電🌍磁(cí)流量計T型㊙️磁芯(xīn)結構設計給出(chū)指導性的意見(jiàn).
 
　　如圖3所示爲不(bú)同T型磁芯結構(gou)下測量區域産(chǎn)生磁場感應強(qiang)度平均值，圖中(zhōng)橫坐标爲T型磁(cí)芯b的角度,縱坐(zuo)标爲測量區域(yu)的平均磁場強(qiang)度，圖标表示的(de)🔞是T型磁芯的不(bu)🎯同α的角度以及(jí)磁芯長端寬度(du)所占㊙️的比例其(qí)中以“角度-比例(li)”表示🈲,例如30-1/2表示(shì)🔴T型磁芯的🐇較長(zhǎng)端角度α爲30°,k1/(k1+k2)爲1/2時(shi)的測量區域中(zhōng)平🤩均磁場強度(dù)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼測量結果圖标(biāo)Other爲T型磁芯較長(zhang)端的角度α與較(jiao)短端的角度b相(xiang)等(即爲🈲23,30,35,40,45,50)時的流(liu)量計測:量區域(yù)中的平均磁💔場(chang)強度.從仿真結(jié)㊙️果可以看出:T型(xíng)磁芯的較長端(duan)🚶‍♀️的角度α越小，流(liu)量計測量區域(yù)中平均磁場強(qiang)度越大;在T型磁(ci)芯的較長端的(de)角度α一定時,T型(xíng)磁芯的較短端(duan)的角度b越小，流(liu)量計測♍量區域(yu)中平均磁場強(qiang)度越大;在T型磁(ci)芯的較長端的(de)角度α與較短端(duan)的角度b一定時(shí),T型磁芯的k1/(k1+k2)越小(xiao)，在流量計測量(liàng)區域中平均磁(cí)場強度越大.
 
　　如(rú)圖4所示爲不同(tong)T型磁芯結構下(xia)測量區域産生(shēng)磁場感應強度(dù)标準差，圖中橫(héng)坐标爲T型磁芯(xin)b的角度,縱坐标(biao)爲💋測量區域磁(cí)場強度的标準(zhǔn)差，圖标圖例與(yǔ)圖3中一緻從仿(pang)真結果可以♌看(kan)出:T型磁芯的較(jiao)長端的角度α越(yuè)小，流量❄️計測量(liang)區域中磁場強(qiáng)度标準差越大(dà);在T型♈磁芯的較(jiào)長端的角度α一(yi)定時,T型磁芯👅的(de)較短端的角度(dù)b越小，流量計測(ce)量區域中磁場(chǎng)強度标準差越(yue)大;在T型磁芯的(de)較長端的角度(dù)α與較短端的角(jiao)度b一定時,T型磁(cí)芯的k1/(k1+k2)越小，在流(liú)量計測量區域(yù)中磁場強度标(biāo)準差越大。
 
　　标準(zhun)差代表磁場測(ce)量區域的磁場(chang)分布波動性較(jiào)大，因而🙇🏻需引入(ru)變異系數對測(ce)量區域中的磁(ci)場分布情況進(jìn)一步分析💜.如圖(tú)5所示爲不同T型(xing)磁芯結構下測(cè)量區域磁場感(gan)應強度變異系(xì)數,圖中橫坐标(biāo)爲T型磁芯b的角(jiao)度，縱坐标爲測(cè)♋量區域磁場強(qiáng)度分布的變異(yi)系數,圖标圖例(li)🙇‍♀️與圖3中一緻.從(cóng)仿真結果可以(yi)看出:T型磁芯的(de)較長端的角度(dù)α越小，流量計測(ce)，量區域中磁場(chǎng)強度變異系數(shu)越大;在T型磁芯(xin)的較⛹🏻‍♀️長端的角(jiǎo)度α一定時,T型磁(cí)芯的較短端的(de)角度b越小，流量(liàng)計測量區域中(zhōng)磁場強度🚶變異(yi)系數越大🆚;在T型(xing)♈磁芯的較長端(duan)的🔴角度α與⚽較短(duan)端的角度b一定(dìng)時，T型☔磁芯的k1/(k1+k2)越(yue)小，在流量計測(cè)量區域中磁場(chǎng)強度變異🥵系數(shù)越大.異系數越(yuè)大說明磁場分(fen)布越不均勻，波(bo)動性越大;異系(xì)數越小說明磁(ci)場分布趨向均(jun)勻.下面通過計(jì)算測量區域中(zhōng)的磁場均勻區(qū)域來對這一結(jie)果進一步的分(fèn)析.
 
　　如圖6所示爲(wei)不同T型磁芯結(jie)構下測量區域(yù)磁場感應強度(dù)❤️均勻區域面積(jī)，圖中橫坐标爲(wèi)T型磁芯b的角度(du),縱🌐坐标😘爲測量(liang)區域磁場強度(dù)分布的均勻區(qu)域面積,圖🚶标圖(tú)例與圖3中一緻(zhi).從⚽仿真結果可(kě)以看出👌:T型磁芯(xīn)的較長端的角(jiao)度α爲越小,流量(liàng)計測量區域中(zhōng)磁場強度均勻(yun)區域面積越大(dà);在T型磁芯的較(jiào)長♋端的角度α一(yī)定時,T型磁芯的(de)較短端的角度(du)b越小，流量計測(ce)量區域中磁場(chǎng)強😍度均勻區域(yu)面積越大;在⭕T型(xing)🌈磁芯的較長端(duan)的角度α與較短(duǎn)端的角度b一定(dìng)時,T型磁芯的k1/(h1+k2)越(yue)小，在流量計測(ce)量🏃🏻‍♂️區域中磁場(chang)強度均勻區域(yu)面積越大‼️.
 
　　上面對(duì)不同T型磁芯結(jié)構對流量計測(ce)量區域内部磁(cí)場🐕分布影響進(jin)行了研究,下面(mian)通過電極兩端(duān)感應信号如公(gong)式(2)對電磁流量(liang)計T型磁芯結構(gòu)對流量計測量(liàng)🈲結果的影響進(jin)🈲行研究.如圖7所(suo)示爲不同T型磁(ci)芯結構下電磁(ci)流量計感應🔱信(xin)号.圖中橫坐标(biao)爲T型磁芯b的角(jiǎo)度,縱坐标爲電(dian)磁流量計獲取(qǔ)的感應💘信号(電(diàn)勢差),圖标表示(shi)的是T型磁芯的(de)不同α的角度,仿(pang)真中k1/(k1+k2)爲1/2.仿真實(shí)驗中虛線爲仿(pang)真流體爲湍流(liu)情況🏃🏻下獲取的(de)感應電🌏勢差,實(shí)線爲流體爲層(céng)流情況下獲取(qu)的感應電勢差(cha).
　　從仿真結果可(kě)以看出:T型磁芯(xīn)的較長端的角(jiao)度α越小,流量計(ji)電極兩端獲得(de)的感應信号越(yue)大;在T型磁芯的(de)💯較長⭕端的角度(dù)🙇🏻α一定時,T型磁芯(xīn)的較短端的角(jiǎo)度b越小，流量計(jì)🌈電極兩端獲得(de)的感應✔️信号越(yuè)大.這主要是因(yīn)爲電磁流量計(jì)勵磁線圈的增(zeng)加,使得流💰量計(jì)測量區域的磁(cí)場強度增加,同(tóng)樣分布的流速(su)💘下使得流量計(jì)電極兩端的感(gan)應信号增加
　　仿(páng)真實驗證明在(zai)有限的空間下(xià)，修改T磁芯的不(bu)同🙇‍♀️參數💚,可以增(zeng)加流量計測量(liàng)區域内部的磁(ci)場分布情況，也(yě)可以适當的調(diao)整🏃流量計測量(liàng)區域中的磁場(chang)強度與均勻度(dù),根據生産測井(jǐng)中的實際工況(kuàng)，改變電磁流量(liang)計的T磁💘芯參數(shu)獲得設計參數(shù).
5結論
　　井下集流(liú)型電磁流量計(jì)在油氣井測量(liang)方面有廣泛的(de)應用⛱️前景,針對(dui)生産測井特殊(shū)工況下提出具(jù)有T型磁芯🔴的勵(li)磁結構的集流(liu)式電磁流量計(jì),利用有限元✊軟(ruǎn)件ANSYS建🌈立了該🚶‍♀️種(zhǒng)T型磁芯結構❌電(diàn)磁流量計的磁(cí)場分布計算機(jī)仿真模型💋,并通(tong)過各種性能指(zhi)💚标的分析,獲得(de)該T型磁芯😍結構(gòu)參數設計指标(biao)與流量計測量(liang)區域中磁場分(fèn)布關系,爲擁有(you)T型磁芯結構的(de)勵磁🈲結構的實(shí)現提供參考依(yī)據.

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