摘要本文對(dui)插入式電磁(cí)流量計 靠近(jin)管道壁面時(shi)的工作磁場(chǎng)分布情況進(jìn)行了計算。分(fèn)⛱️别對磁✂️性壁(bì)面和非磁性(xing)壁面情況進(jìn)行了比較,說(shuo)明磁性管道(dào)壁面對流量(liang)測量結果的(de)影響。同✔️時,給(gei)出🧑🏾‍🤝‍🧑🏼了一種修(xiū)正的方法和(hé)有關的修正(zhèng)曲線。
一、引言(yan)
　　流動的電磁(ci)感應的工作(zuo)原理是當導(dǎo)電流體(如水(shui))流經由儀表(biao)傳感器的工(gōng)作磁場時,由(you)于切割磁力(li)線會産生感(gǎn)應電動勢。利(lì)用适當的電(diàn)極檢出這一(yi)信号即可測(cè)得流體的😄流(liú)速或流量。常(chang)⚽規的 電磁流(liú)量計 是管道(dao)式的。另一種(zhong)形式是插入(rù)式的,它實際(ji)上是測量✏️插(cha)杆探頭處的(de)流速,稱爲電(dian)磁流速儀或(huo)插入式電❓磁(cí)流量計,該種(zhong)儀表除作爲(wèi)測速外;還可(ke)以用于大管(guan)道的流量測(cè)量。此時,它不(bu)但可在線裝(zhuang)拆,而且在價(jia)格上也較便(biàn)🐪宜,是一種很(hěn)有競争㊙️力的(de)流量💃🏻儀表。
　　電(diàn)磁流速儀自(zi)1917年美國人申(shen)請專利lj[以來(lai),已受到人們(men)的🤟廣泛注意(yi)和研究,其中(zhong)包括利用它(tā)測量管道中(zhōng)流🤩體的☔流量(liang)。但考慮了管(guan)壁影響的插(chā)入式電磁🍉流(liu)量計三維理(li)論模型,卻在(zai)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(zhi)得注意的問(wèn)題,即當探🌍頭(tou)靠近管道的(de)壁面時,其測(cè)量結果将因(yīn)管壁的電🔞或(huo)磁性質不同(tóng)❓而産生誤差(cha)。本文将在此(ci)基礎上,進一(yi)步研究某種(zhong)設計的插入(rù)式電磁流量(liang)計工作磁❌場(chǎng)在探頭靠近(jin)管壁時的詳(xiáng)細分布,并提(ti)出一種可用(yòng)于修正由于(yu)磁場受幹擾(rao)引起測量誤(wu)差的方法。
二(èr)、插人式電磁(cí)流量計工作(zuo)磁場的求解(jie)
　　圖1中,插入式(shi)電磁流量計(jì)探頭的端部(bu)裝有一對電(dian)🧡極,内部裝🏃有(yǒu)一勵磁線圈(quān),在它的周圍(wei)産生工作磁(cí)場。爲研究磁(cí)場的詳細分(fèn)布狀況,先考(kǎo)慮單匝線圖(tu)🔞。設其半徑爲(wèi)al,裝在離端部(bu)Z。處,流過的電(diàn)流爲I,流體中(zhōng)⁉️的磁介質🐉常(cháng)數爲産。采用(yòng)矢量勢的表(biao)示法有:




其中A,如(rú)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(cí)流量計,當考(kǎo)慮來流速度(du)爲X方向,電極(ji)安裝在探頭(tóu)端部沿y方向(xiàng),則對信号作(zuo)貢獻🐇的磁場(chang)主😘要是Z方向(xiàng)。爲此,我們計(jì)算了磁性和(he)非磁性壁面(miàn)下工作磁場(chang)BZ分量的分布(bù)情況見圖3和(hé)圖4(因對稱✨隻(zhi)給出一💰半空(kong)間）。
三、讨論
　　從(cóng)圖3、4可看到,靠(kào)近電磁流量(liàng)計的壁面分(fèn)别爲磁性和(he)非磁性時,工(gong)作磁場的分(fèn)布差異明顯(xiǎn)。對非磁性壁(bì)面,其分布相(xiàng)當于🏃🏻‍♂️探頭在(zai)無限大均勻(yun)介質當中;而(ér)當壁面是磁(cí)性時,由于探(tan)頭内線圈産(chan)生的磁場引(yin)起壁面的磁(cí)化,加強了探(tan)頭附近的磁(ci)感強度,相當(dāng)于線圈與🈚它(tā)對壁面的像(xiàng)共同産生⭕的(de)磁場。由于這(zhè)一變化,使探(tàn)頭的測量産(chan)生🌈誤差。文獻(xian)「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(shí)😘,壁面對測量(liàng)讀數産生的(de)誤差才可能(néng)小于1%。
　　一種修(xiū)正磁性壁面(mian)引起測量誤(wù)差的方法是(shi)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(mian)緊接電極,霍(huo)爾元📱件可裝(zhuang)在線圈後面(miàn)與電極形成(cheng)對稱的位置(zhi)上(參見圖1)。此(ci)時,由霍爾元(yuan)件測得的磁(ci)場強度一般(bān)👈不等于電極(jí)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(hang)修正。而對🏒于(yu)非磁性壁面(miàn),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(jié)
　　本文研究了(le)插入式電磁(ci)流量計工作(zuò)磁場的求解(jiě)。給出了當流(liú)量計探頭靠(kào)近磁性和非(fei)磁性壁面時(shí)工作磁場的(de)不同分布。進(jin)而提出的修(xiū)正磁性壁面(miàn)引起測🔅量誤(wù)差的方法,可(kě)通過由霍爾(er)元件測得磁(cí)感強度和計(ji)算的修正曲(qǔ)線對測量結(jie)果進行修正(zhèng)。

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