摘(zhai)要本文(wen)對插入(ru)式電磁(ci)流量計(ji) 靠近管(guan)道壁面(mian)時的工(gong)作磁場(chang)分布情(qing)況進行(hang)了計⭐算(suan)。分别對(dui)磁性壁(bi)面和非(fei)磁性壁(bi)面情況(kuang)進行了(le)比較,說(shuo)明磁性(xing)管道壁(bi)面對流(liu)量測量(liang)結果的(de)影響。同(tong)時,給出(chu)了一種(zhong)修正的(de)方法和(he)有關的(de)💜修正曲(qu)線。
一、引(yin)言
　　流動(dong)的電磁(ci)感應的(de)工作原(yuan)理是當(dang)導電流(liu)體(如水(shui))流經由(you)儀🐇表傳(chuan)感器的(de)工作磁(ci)場時,由(you)于切割(ge)磁力線(xian)會産生(sheng)感應電(dian)動勢。利(li)用适當(dang)的電極(ji)檢出這(zhe)一信号(hao)即可測(ce)得流體(ti)的流速(su)或⭕流量(liang)。常規的(de) 電磁流(liu)量計 是(shi)管道式(shi)的。另一(yi)種形式(shi)是插入(ru)式的,它(ta)實際上(shang)是測量(liang)插杆探(tan)頭處的(de)流速,稱(cheng)爲電磁(ci)流速儀(yi)或插入(ru)⛱️式電磁(ci)流量計(ji),該種❌儀(yi)表除作(zuo)爲測速(su)外;還可(ke)以用于(yu)大管道(dao)的流量(liang)測量。此(ci)時,它不(bu)但可在(zai)線裝拆(chai),而且在(zai)價格上(shang)也較便(bian)宜,是一(yi)種很有(you)競争力(li)的流量(liang)儀表。
　　電(dian)磁流速(su)儀自1917年(nian)美國人(ren)申請專(zhuan)利lj[以來(lai),已受到(dao)人😄們的(de)廣泛注(zhu)意和研(yan)究,其中(zhong)包括利(li)用它測(ce)量管道(dao)中流體(ti)的流量(liang)。但考💋慮(lü)了管壁(bi)影響的(de)插入式(shi)電磁流(liu)量計三(san)維理論(lun)模型,卻(que)在近🈚年(nian)才建立(li)。ZhangX.Z和HempJ.在建(jian)立了理(li)論模型(xing)2j[、3j[之後,提(ti)🆚出了值(zhi)得📱注意(yi)的問題(ti),即當探(tan)💛頭靠近(jin)管道的(de)壁面時(shi),其測量(liang)結果将(jiang)因管壁(bi)的電⭐或(huo)磁性質(zhi)不同而(er)産生誤(wu)差。本文(wen)将在此(ci)基礎上(shang),進一步(bu)研究某(mou)種設計(ji)的插入(ru)式電磁(ci)流量計(ji)工作磁(ci)👄場在探(tan)頭靠近(jin)管壁時(shi)的詳細(xi)分布,并(bing)提出一(yi)種可用(yong)于修正(zheng)🏃由于磁(ci)場受幹(gan)擾引起(qi)測量誤(wu)差的方(fang)法🙇‍♀️。
二、插(cha)人式電(dian)磁流量(liang)計工作(zuo)磁場的(de)求解
　　圖(tu)1中,插入(ru)式電磁(ci)流量計(ji)探頭的(de)端部裝(zhuang)有一對(dui)電極,内(nei)部裝有(you)💔一勵磁(ci)線圈,在(zai)它的周(zhou)圍産生(sheng)工作磁(ci)場。爲研(yan)究磁場(chang)的詳細(xi)分♈布狀(zhuang)況,先考(kao)慮單匝(za)線圖。設(she)其半徑(jing)爲al,裝在(zai)離端部(bu)Z。處,流過(guo)的電流(liu)爲I,流體(ti)中的磁(ci)介質常(chang)數爲産(chan)。采用矢(shi)量勢的(de)表示🍓法(fa)有:




其中A,如(ru)式(9)或式(shi)(10),Z。是螺線(xian)管的長(zhang)度,rl爲它(ta)的内半(ban)徑,r:爲外(wai)半徑。
　　如(ru)圖1所示(shi)的插入(ru)式電磁(ci)流量計(ji),當考慮(lü)來流速(su)度爲💞X方(fang)向♉,電極(ji)安裝在(zai)探頭端(duan)部沿y方(fang)向,則對(dui)信号作(zuo)貢獻的(de)磁場主(zhu)要是✌️Z方(fang)向。爲此(ci),我們計(ji)算了磁(ci)性和非(fei)磁性📱壁(bi)面下工(gong)作磁場(chang)BZ分量的(de)分布🔴情(qing)況見圖(tu)3和圖4(因(yin)對稱隻(zhi)給出一(yi)半空間(jian)）。
三、讨論(lun)
　　從圖3、4可(ke)看到,靠(kao)近電磁(ci)流量計(ji)的壁面(mian)分别爲(wei)磁性和(he)非磁性(xing)時,工作(zuo)磁場的(de)分布差(cha)異明顯(xian)。對非磁(ci)性壁面(mian),其分布(bu)相當于(yu)探頭在(zai)無限大(da)均勻介(jie)質當中(zhong);而當壁(bi)面是磁(ci)㊙️性時,由(you)✔️于探頭(tou)内線圈(quan)産生的(de)磁場引(yin)起壁面(mian)的磁化(hua),加強了(le)探頭附(fu)近的磁(ci)感強度(du),相當于(yu)線圈與(yu)它對壁(bi)面的像(xiang)共同産(chan)生的磁(ci)場。由于(yu)這一變(bian)化,使探(tan)頭的測(ce)量産生(sheng)♻️誤差。文(wen)獻「2]指出(chu),隻有👉當(dang)探頭的(de)🐇端部與(yu)壁面的(de)距離大(da)于4倍的(de)插杆半(ban)徑時,壁(bi)面對測(ce)量讀數(shu)🔆産生的(de)誤差才(cai)可✨能小(xiao)于1%。
　　一種(zhong)修正磁(ci)性壁面(mian)引起測(ce)量誤差(cha)的方法(fa)是在探(tan)頭的📱适(shi)當位置(zhi)裝一霍(huo)爾磁場(chang)傳感器(qi)。考慮到(dao)線圈的(de)前😍面緊(jin)🐪接電極(ji),霍爾元(yuan)件可裝(zhuang)在線圈(quan)後面與(yu)電極形(xing)成🌂對稱(cheng)的位置(zhi)上(參見(jian)圖💃🏻1)。此時(shi),由霍爾(er)元件測(ce)得的磁(ci)場強度(du)一般不(bu)等于電(dian)極處的(de)值。爲此(ci),圖5計✂️算(suan)出當探(tan)頭接近(jin)磁性壁(bi)面時,霍(huo)爾元件(jian)上所測(ce)的🤞磁感(gan)強度與(yu)電極處(chu)磁感強(qiang)度之比(bi)。利用單(dan)片機可(ke)以進行(hang)修正。而(er)對于非(fei)磁性壁(bi)面,這一(yi)比值恒(heng)爲1。圖中(zhong)Bl/B:爲霍爾(er)元件測(ce)得磁感(gan)應與電(dian)極處磁(ci)感應之(zhi)比,Lla爲探(tan)頭與壁(bi)面距離(li)與探頭(tou)半徑之(zhi)比。

四、小(xiao)結
　　本文(wen)研究了(le)插入式(shi)電磁流(liu)量計工(gong)作磁場(chang)的求解(jie)。給㊙️出了(le)㊙️當流量(liang)計探頭(tou)靠近磁(ci)性和非(fei)磁性壁(bi)面時🔞工(gong)作磁場(chang)的不同(tong)分✌️布。進(jin)而提出(chu)的修正(zheng)磁性壁(bi)面引起(qi)測量誤(wu)差🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的方(fang)法,可通(tong)過由霍(huo)爾元件(jian)測得磁(ci)♻️感強度(du)和計算(suan)的修正(zheng)曲線對(dui)測量結(jie)果進行(hang)修正。

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