摘要:通過(guo)有限元軟(ruǎn)件ANSYS對流量(liàng)計測量管(guǎn)内部的磁(ci)💯場分布建(jian)立了仿真(zhēn)模型,運用(yòng)FLU-ENT對流量計(jì)的流體建(jian)立仿真,最(zui)😍後結合權(quan)重函數建(jian)立了電磁(cí)流量計 檢(jian)測電極感(gan)應信号的(de)數值計算(suàn)方法,爲電(diàn)磁流量計(ji)💯幹标定😍的(de)🙇🏻研究提供(gong)-種基礎的(de)計算方法(fǎ).
　　電磁流量(liang)計是工業(ye)生産中重(zhong)要的流量(liàng)測量儀表(biao),電磁流量(liàng)計的标定(dìng)分爲實流(liú)标定和幹(gàn)标定兩種(zhong)，實流标定(ding)由大功率(lü)的泵站、管(guǎn)道、大型儲(chǔ)液箱等構(gou)💋成,以實際(ji)流動的液(yè)體對流量(liàng)🙇‍♀️計進行标(biao)定,這一标(biao)🐕定方法成(chéng)🚶‍♀️本較高.幹(gàn)标定是相(xiàng)對實流标(biāo)定而言，是(shì)一種不用(yong)實流标定(ding)流量計系(xì)數的方法(fǎ).随着工業(yè)的發展,電(diàn)磁流量計(ji)因口徑增(zēng)💃🏻大給儀表(biǎo)實流🌈标定(dìng)🐇帶來技術(shù)和資金上(shang)的巨大困(kun)難";電磁流(liú)量計因其(qi)🔅測🤟量原理(li)可追溯性(xìng)好,與其它(ta)流量計(超(chāo)聲波流量(liàng)計 .壓差流(liu)量計 .渦街(jie)流量計 )相(xiang)比被認爲(wèi)最适合幹(gan)标定的流(liu)量計.因此(cǐ),電磁流量(liang)計的🎯幹标(biāo)定方法是(shi)許多研究(jiū)人員以及(ji)電磁流😘量(liang)計生産廠(chang)商關注的(de)工程問題(tí)之一.張小(xiǎo)章在電磁(cí)流量👉計理(lǐ)論模型下(xià)進行對流(liú)量計🐉幹标(biāo)定研究.本(ben)文通過Ansys仿(páng)真測量管(guan)内部磁場(chǎng)分布，應用(yòng)FLUENT對測量管(guǎn)内部流體(ti)進行仿真(zhēn),最🌈後結合(he)權重函數(shù)對電磁流(liú)量計感應(ying)電❗勢進行(háng)數值計算(suàn),并且得到(dao)電磁流🔞量(liang)計感應電(dian)勢與流速(su)關系圖.對(dui)電磁流量(liang)計檢測電(diàn)極獲取的(de)感應電勢(shì)進行二次(ci)轉換🧑🏽‍🤝‍🧑🏻器标(biao)定,可完⭐成(chéng)電磁流量(liang)計的幹标(biao)定,從而不(bú)用實流标(biao)定,可對🏃🏻電(dian)磁流量計(ji)流量測量(liàng)進行幹标(biao)定.
1流量計(ji)感應電勢(shi)理論基礎(chǔ)
　　當導電流(liú)體流過外(wai)加磁場時(shí),在作切割(gē)磁力線運(yùn)動.根㊙️據法(fa)拉第電磁(cí)感應定律(lǜ),在流體中(zhōng)就會産生(shēng)感應電動(dòng)勢,且通過(guò)測量感應(yīng)電動勢的(de)值來獲取(qǔ)流體的速(sù)度和⛱️流量(liang),這就是電(diàn)磁流量計(jì)測量流量(liang)的基本原(yuan)理.在一定(ding)的條件下(xià)🤩由maxwell方程可(kě)得電磁流(liu)量計的感(gǎn)應電勢的(de)表達方程(chéng):
 
　　式中:U2-U1是兩(liǎng)電極的電(diàn)勢差;A表示(shi)對所有空(kōng)間積分;r爲(wèi)流量計截(jie)面管半徑(jìng);矢量V是導(dǎo)電流體的(de)流速;B是磁(cí)感應🐅強度(dù);W爲矢量權(quan)重函數,它(ta)是-一個隻(zhi)由電磁流(liu)量計本身(shēn)結構決定(ding)的量.
　　由流(liu)量計的感(gǎn)應電勢理(lǐ)論基礎可(ke)知，隻要确(què)定了流✔️體(tǐ)的流速V、磁(ci)感應強度(du)B、以及權重(zhong)函數W，流量(liàng)計管徑半(ban)🔆徑,就🥵可以(yi)求流量計(ji)的感應電(diàn)勢差,在流(liú)量計💘感應(ying)電勢計算(suan)中,一般🌈來(lái)說,電磁流(liú)量計内部(bu)磁場大小(xiǎo)的獲取是(shi)較難⛷️的問(wèn)題，傳🈲統幹(gàn)标定法中(zhōng)需要🥰進行(háng)的複雜的(de)空間三維(wéi)磁場的測(ce)量,工作量(liang)大.英♉國HEMP提(ti)出的渦電(dian)場測量法(fǎ)是通過檢(jiǎn)測由磁場(chǎng)❄️交變産生(sheng)的渦電場(chang)強度獲取(qu)磁場信息(xī)[5],實現電磁(ci)流量計一(yi)-次傳感器(qi)轉換🥰系數(shù)的測量,無(wú)需測量有(yǒu)效區域内(nei)各點磁通(tōng)量密度與(yu)體權重函(han)數,但它隻(zhī)能模🏃🏻‍♂️拟速(su)度分布平(ping)坦的流場(chang)情況,無法(fǎ)對非理想(xiang)流場情況(kuàng)下的電磁(ci)流量計進(jin)行❓标定;俄(e)羅斯VELT提出(chu)的面權重(zhong)函數法是(shì)按面權重(zhong)🏃🏻‍♂️函數等值(zhí)線繞制的(de)感應線圈(quan)與電磁流(liú)量計勵磁(ci)線圈的互(hu)感效應獲(huo)取磁🚶場信(xìn)息,實現電(dian)磁流量計(ji)一次傳感(gan)器轉換系(xì)數的測量(liàng)'6],無需測量(liàng)有效區域(yu)内各點磁(cí)通量密度(du),但它需要(yào)用幹濕标(biāo)定對比試(shì)驗進行修(xiū)正,對比試(shì)驗工🐉作量(liang)較大.本文(wen)方法結合(hé)電磁流量(liàng)計管段以(yǐ)及勵磁線(xiàn)圈的幾何(he)尺寸運用(yong)ANSYS電磁場仿(pang)真獲得流(liu)量計測量(liàng)區域磁感(gǎn)應強度B的(de)分布，同時(shi)運用MATLAB計算(suan)流量計的(de)權重函數(shù)在測量管(guǎn)中的分布(bù);利用FLUENT軟件(jian)對流體中(zhōng)不同流量(liàng)下流體在(zài)傳感器管(guan)道内的速(sù)度分布進(jin)行仿真;最(zui)後完成電(dian)磁流量計(jì)感應電勢(shi)響應計算(suan).
2理論仿真(zhen)模型
2.1磁場(chang)仿真
　　根據(jù)電磁流量(liang)計傳感器(qi)結構尺寸(cun),以及通電(diàn)電流大小(xiao)♋以及勵磁(ci)線圈匝數(shù)等相關參(cān)數設定流(liú)量計👣傳感(gan)器勵磁仿(pang)🛀真結構,通(tong)過ANSYS仿真獲(huò)取流量計(jì)測量✉️區域(yu)的♈磁感應(ying)強度分布(bu),并對其數(shu)據進行記(jì)錄”.磁感應(ying)強度在x軸(zhou)與y軸的分(fen)量分别爲(wei)Bx和By,因爲磁(cí)感應強度(dù)By對電磁流(liú)量計電極(ji)方向上的(de)感應電勢(shì)貢獻很小(xiǎo)且By比Bx小的(de)🌈多,對流量(liang)計感應電(diàn)勢可以不(bú)✉️考慮Br,隻考(kao)慮Bx.故而将(jiāng)公式(1)中的(de)B可以近似(sì)㊙️爲Bx.
　　通過數(shu)據處理獲(huò)得測量區(qu)域磁感應(yīng)強度在x軸(zhou)方向的分(fen)💁布情況.如(ru)圖1所示爲(wei)電磁流量(liàng)計測量區(qu)域磁感應(yīng)強🏃🏻度x方向(xiang)分布圖.圖(tú)中x軸與y軸(zhou)分别代表(biao)測量區域(yu)的“電極方(fang)向”與“磁場(chang)方向"(x軸與(yǔ)💋y軸所形成(chéng)的面平行(háng)于測量管(guan)的檢測電(diàn)極徑向截(jie)面🔞).從仿真(zhēn)圖上可以(yǐ)看出流量(liang)計的磁感(gan)應強度分(fen)布不是一(yī)個恒定的(de)值.
 
2.2流體速(su)度分布仿(páng)真
　　采用FLUENT仿(pang)真出傳感(gǎn)器管道内(nei)不同徑向(xiang)的速度分(fen)布,提取不(bú)同徑向的(de)流體速度(du),并進行數(shu)值分析,建(jian)立測量區(qu)域的速度(du)分布圖.如(ru)圖2所示爲(wèi)某--流量下(xià)電磁流量(liang)計内部流(liu)體速度分(fen)布♊圖,圖中(zhong)，x軸、y軸方向(xiang)分别爲磁(cí)場方向與(yǔ)電極方向(xiàng),0軸爲速度(du)值大小,方(fāng)向✉️爲z軸.并(bing)保存數據(jù)在計算流(liu)量計感應(ying)電勢時運(yùn)用♌.
2.3權重函(han)數
　　關于權(quán)重函數問(wèn)題:由中國(guo)石化出版(bǎn)社出版編(bian)著的《電磁(ci)流量計》中(zhong)長筒式電(dian)磁流量計(ji)的權重函(han)數表達📧式(shì)近似爲(2)式(shì).因爲權重(zhòng)函數Wx對電(diàn)磁流量計(ji)電極方向(xiàng).上的感應(yīng)電勢貢獻(xiàn)很👄小且Wx比(bi)Wr小的多,式(shi)(1)中對流量(liàng)計感應電(dian)勢計算的(de)權重函數(shu)W可🆚以近似(sì)爲☂️在y軸方(fang)向，上的Wy.
 
　　如(rú)圖3所示爲(wèi)電磁流量(liang)計測量管(guǎn)中近似的(de)權重函🙇🏻數(shù)分布圖.由(you)于權重函(han)數電極方(fang)向的分量(liàng)與權重函(han)數近似💘相(xiàng)等,所以權(quan)重函數的(de)分布數值(zhí)可以用來(lái)計算截面(miàn)上瞬時的(de)感應電🈚勢(shi).
2.4感應電勢(shì)的數值計(ji)算
　　在計算(suan)電磁流量(liàng)計感應信(xin)号時,截取(qu)電磁流量(liang)計傳感器(qì)♊電極高度(du)的柱形空(kōng)間爲積分(fèn)空間A.在這(zhe)一空間下(xia)電磁流量(liang)計傳感器(qi)電極高度(dù)範圍内的(de)測量區域(yù)中任意徑(jìng)向截面上(shàng)的♍磁感應(ying)強度分布(bù)基本上是(shì)相同的,内(nei)部流體中(zhōng)的💋流體速(su)度👄分布在(zài)徑🌂向截面(mian)上對應位(wèi)置近似🔞相(xiàng)同,測量區(qū)域徑向截(jie)面相對位(wei)置的權重(zhong)函數近似(si)相同.分别(bie)對流量計(ji)傳🈲感器電(diàn)極範圍内(nei)截面的📱磁(cí)感應強度(dù)分布以及(ji)流量🌍計内(nei)部流體速(sù)度分布進(jìn)行仿真,并(bìng)結合權重(zhong)函數根據(jù)(1)式進行對(dui)流量計傳(chuan)感器的感(gan)應信号進(jin)行🔞計算.進(jìn)而獲得電(diàn)極範圍内(nèi)感應電勢(shì)值,由于電(diàn)極範圍内(nèi)感應信号(hao)是電磁流(liu)量計測量(liàng)值的主要(yao)貢獻值🏃‍♀️,這(zhe)個計算值(zhi)就近似🈲于(yú)電磁流量(liàng)計電極.上(shang)獲得的感(gan)應信号.
如(ru)圖4所示在(zài)一定的磁(ci)場.流速下(xià)流量計電(dian)極範圍内(nei)某-截面上(shang)流體感應(ying)電勢貢獻(xian)分布圖.圖(tu)中x軸爲磁(cí)場方向,y軸(zhou)爲電極方(fang)向.
 
3仿真實(shí)驗分析
　　前(qián)面介紹了(le)電磁流量(liàng)計感應電(dian)勢數值計(jì)算方法,在(zài)電📞磁流量(liang)計電極範(fàn)圍内任意(yì)截面中相(xiang)對位置的(de)磁場、權重(zhong)函數、流體(tǐ)速度基本(běn)相同,根據(jù)公式(1)即可(kě)獲得電極(ji)兩端感應(ying)信号的近(jin)似值.下面(miàn)對仿真☂️實(shi)驗進行驗(yan)證性分析(xī).
　　仿真實驗(yàn)中,電磁流(liu)量計中流(liú)體平均流(liú)速分别設(shè)定爲0.6687m/s.1.6717m/s.2.6747m/s.3.3433m/s,分别(bié)進行仿真(zhen)與數值計(ji)算電磁流(liu)量計感應(yīng)電勢差.如(rú)圖5所示爲(wei)流量與電(diàn)磁流量計(ji)感應電勢(shì)差關系圖(tú),從仿真結(jie)果可以看(kan)💰出流量越(yuè)大,感應電(diàn)勢差也就(jiu)越大,總體(ti)上說,流量(liang)與感應信(xìn)号基本上(shang)成線性關(guan)系，仿真結(jié)果符合電(dian)磁流量計(jì)的相關理(lǐ)論.
　　仿真與(yu)數值計算(suàn)方法爲電(dian)磁流量計(jì)此感應電(diàn)動勢的計(ji)算提供了(le)-種新的解(jie)決方案,利(li)用該方法(fa)求出了流(liu)量計的感(gan)應電勢差(chà),即完成電(diàn)磁流量計(jì)一-次傳感(gǎn)系數轉換(huàn).流量計傳(chuán)感器獲取(qu)的感應電(dian)勢差(感應(yīng)信号)一般(ban)需通過信(xìn)号預處理(li),信🙇🏻号放大(da)單元,高通(tōng)低通📐濾波(bō),進行信号(hào)提升單元(yuán)🈲等環節最(zuì)後📱輸出流(liu)量測🧡量顯(xiǎn)示值.二次(cì)儀表轉換(huan)是将電極(jí)間的感應(yīng)電♍勢差轉(zhuan)換爲顯示(shì)的流量,二(èr)次儀表轉(zhuǎn)化技術已(yi)經基本成(cheng)熟.當然本(ben)文爲仿真(zhen)實驗在工(gong)業實際應(ying)用中需要(yào)運用大量(liang)的幹濕标(biao)定對比實(shi)驗進行對(duì)流量計标(biao)定進行修(xiu)正,獲取一(yi)定的修正(zheng)經驗值後(hòu),然後對流(liu)量計幹标(biāo)👄定結果進(jìn)行修正,從(cong)而獲得🌈正(zheng)确有效的(de)電極此感(gǎn)應電動勢(shi).
4結論
　　通過(guò)仿真的方(fāng)法建立了(le)電磁流量(liang)計電極磁(cí)感應⚽信号(hào)的數⭐值計(jì)算模型,并(bìng)在模型下(xià)對電磁流(liu)量計不同(tóng)流量下的(de)感應信号(hao)進行計算(suàn),該模型爲(wèi)電磁流量(liang)計的流量(liàng)的測量提(ti)供一次傳(chuán)感✍️轉換系(xì)數,仿真與(yǔ)數值計算(suàn)方法爲電(dian)磁流量計(ji)幹标定提(ti)供了✌️一種(zhong)新的解🔴決(jue)思路.當然(rán)本文隻是(shi)從理論上(shàng)對電🔞磁流(liu)量計檢測(cè)電極感應(yīng)信号的計(ji)算方法,該(gai)方法要真(zhēn)正的應用(yòng)于工業生(sheng)👅産中,電磁(cí)流量計幹(gan)标定仍需(xū)大量的、更(gèng)嚴格的實(shi)驗數據對(duì)該方法幹(gàn)标定誤差(cha)修正值進(jìn)行研究.

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