摘要： 電磁流量(liàng)計 測量管壁爲(wèi)絕緣材料或者(zhe)内壁附有絕緣(yuan)層，但該🏒結構限(xiàn)制了電磁流量(liàng)計應用範圍，同(tong)時絕緣層破損(sun)造☎️成了測量誤(wu)差。因此有一類(lei)電磁流量計去(qu)掉了絕緣層，但(dan)這⁉️種設計會導(dǎo)緻流量計輸出(chū)信号下降而影(ying)響👨‍❤️‍👨測量。針對導(dǎo)體管壁電磁流(liú)量計 輸出信号(hao)減弱的特點，提(ti)出了信号補償(cháng)法，利用此方✌️法(fǎ)對輸出信号衰(shuai)減程度進行判(pàn)斷，再此基礎上(shàng)進行💜信号補償(chang)㊙️。
0引言
　　随着流量(liang)測量方法與技(jì)術研究工作的(de)不斷發展與進(jin)🈲步，預計未來5年(nián)中電磁流量計(jì)的使用規模将(jiang)再增加30％［1］。由于儀(yí)表使用範圍廣(guang)，傳統的電磁流(liu)量計一直以來(lái)就是研究的熱(rè)點問✂️題之一。學(xué)者們針對不同(tóng)結構的電磁流(liu)㊙️量計給出了研(yán)究成果，并推動(dòng)了電磁流量計(ji)的技術發🌈展。KOLLáRL等(deng)［2］研究了🐅一種利(lì)用多電極磁流(liu)量計🔴邊界周圍(wéi)的電勢分布進(jin)行速度重建析(xī)方法。SHiY．和WanGM．［3－４］提出了(le)一種基随着流(liú)量測量方法與(yu)技術研究工作(zuo)的不斷發展與(yǔ)進步，預計未來(lái)5年中電磁流量(liang)🚶‍♀️計的使用規模(mó)将再增加30％［1］。由于(yú)儀表使用範圍(wei)廣，傳統的電磁(ci)流量計一直以(yǐ)來就是研究的(de)⛷️熱點問題之一(yi)。學者們針🎯對不(bú)同結構的電磁(ci)流量計給出了(le)研究成果，并推(tui)動了電磁流量(liang)計的技術發展(zhan)。KOLLáRL等［2］研究了一種(zhǒng)利用多電極磁(cí)流量計邊界周(zhōu)圍的電勢分布(bu)進行速度重建(jiàn)析方💞法。SHiY．和WanGM．［3－４］提出(chū)了一種基于感(gan)應技術的圓弧(hú)形電極測量兩(liǎng)相流中的感應(ying)電勢和導電相(xiàng)的速度。
　　LEEunGcuLSatiEn和LucaS［5－6］設計(jì)了一種用于在(zai)分層流中重建(jiàn)軸向速度分布(bu)的多電極☀️磁流(liu)量計。HELQ．［7－8］提出一種(zhǒng)用于非滿管測(ce)量的電磁流量(liàng)計傳感器，其中(zhōng)由并聯多電極(ji)構成的平行陣(zhen)列作爲❓測流量(liang)計傳感器。REiSE．等人(ren)❤️［９－10］比較了不同幾(ji)何結構的電極(ji)特征，總結出雙(shuang)環型電極是用(yòng)于😍測量兩相空(kong)氣－水流體積💁濃(nong)度的最佳結構(gòu)。WatRaLZ．［11－12］等人設計了一(yī)種适用于矩形(xíng)截面管道的電(diàn)磁流量計，用以(yi)測量明渠中攜(xie)帶污染物和軸(zhóu)向速度不對稱(chēng)的液🎯體。對導體(tǐ)管壁電磁流量(liang)計的研究🏃文獻(xian)相對較✌️少［13－15］，而這(zhè)類🐆傳感器在核(he)工業等場合有(yǒu)非常重要的應(ying)用。
1理論背景
　　電(dian)磁流量計的基(ji)本原理是法拉(lā)第電磁感應定(ding)律。導電流體切(qie)割磁力線産生(shēng)感應電動勢與(yu)流體流速成正(zhèng)比。通過測量感(gǎn)應⭐電勢來實現(xiàn)利用電磁流量(liang)計對流體流速(sù)的測量。目前電(dian)磁流量計的測(ce)量管襯裏爲絕(jué)緣材料，将流體(tǐ)與測量管隔開(kai)，且兩個測量電(diàn)極在測量管周(zhōu)向✨軸對稱分布(bù)。由于絕緣材💜料(liào)基本爲聚🈲四🈚氟(fú)乙烯，制約了電(diàn)磁流量計使用(yong)範圍（工作溫✂️度(du)低于500℃）；電磁流量(liàng)計在流量測量(liàng)過程中，絕緣襯(chen)裏很容易與測(cè)量管道内壁脫(tuo)離、剝落、拉破等(děng)，從而導緻對流(liu)量信号造成幹(gàn)擾，影響測量😘精(jing)度🚶‍♀️。去掉無絕緣(yuan)襯裏，采用導體(tǐ)材料作爲測量(liang)管的電☎️磁流量(liang)計可以解決因(yīn)傳💁統内襯給測(cè)量帶來的問🌐題(ti)。但是由于測量(liang)管道爲非絕緣(yuán)材料，而導緻傳(chuan)感器輸出信号(hào)下降。針對以上(shang)問題😘，研究了一(yī)種測量單元來(lái)動态監測由于(yu)無絕緣襯裏🈲帶(dai)來的測量⛹🏻‍♀️信号(hào)衰弱，同時給予(yu)微弱真實信💞号(hào)補償，來保證流(liu)量計測量的精(jing)度。
　　當傳感器爲(wei)傳統電磁流量(liàng)傳感器時，即其(qi)電極爲點電🔅極(ji)💃，管道爲絕緣圓(yuán)形直管，流體爲(wèi)滿管對稱流❌，流(liu)量計電極兩端(duān)輸⭐出的電壓U爲(wei)：
U=2R1B`n????????? (1)
　　式中：B爲磁感應(ying)強度；Ri爲管道内(nèi)半徑；`n爲導電流(liú)體平均🐇流速✍️。
　　對(duì)于導體管壁電(dian)磁流量計，導電(dian)流體以一定速(sù)度流過測量⛱️管(guan)道，産生的感應(ying)電勢不會完全(quan)由電極輸出💃。這(zhe)是由于去掉絕(jue)緣襯裏的導電(dian)管壁對流體感(gan)應電勢産生短(duan)路效應。
導體管(guǎn)壁電磁流量計(ji)電極輸電壓爲(wei)：

　　式中：Rｏ爲管道外(wài)半徑；σW爲管道電(diàn)導率；σｆ爲導電流(liú)體電導率；τ爲流(liu)體與管道的接(jiē)觸電阻。對比式(shì)（1）與（2）可知，導體管(guan)壁流量計的電(dian)💘極間輸出信号(hào)是有衰減的，衰(shuāi)減率爲🏃🏻ｋ。爲了提(ti)🏃🏻‍♂️高導體管壁流(liu)量計測量的準(zhǔn)确性及穩定性(xìng)㊙️，考慮通過系數(shu)ｋ對測量電極間(jian)☂️輸出信号🈲進行(háng)補償。
2信号系統(tong)設計
　　電極結構(gou)如圖1所示。CE爲感(gǎn)應電流電極，ＦE爲(wèi)反饋電極，GE爲㊙️接(jie)地🙇‍♀️電極，SE爲信号(hào)電極，PE爲電壓電(dian)極。

　　如圖2所(suo)示，導體管壁電(diàn)磁流量計輸出(chū)信号由伺服🐪放(fàng)大模塊對輸出(chu)信号進行監控(kòng)并補償，即伺服(fú)放大模塊将傳(chuan)感器輸出信号(hao)與反饋信号進(jìn)行比較并放大(dà)，當輸出信号與(yu)反饋信号平衡(héng)時，伺服放大模(mó)塊停止😄工作。信(xin)号經由采樣保(bǎo)持模塊進行模(mo)數🔴轉換。信号再(zai)由差分放大器(qi)及信号輸出放(fàng)大器進行放大(dà)，使得對傳感器(qì)輸出微弱信号(hào)進行更精确的(de)放大。

3實驗(yan)驗證
　　在實驗室(shì)中，利用所設計(ji)的補充信号系(xì)統，對導體電磁(ci)流量計進行實(shi)驗。實驗中采用(yòng)恒幅電流和低(di)頻矩☔形波（50/16Hz）産生(sheng)勵磁。要保證放(fang)大器第一級的(de)輸入阻抗必須(xu)足夠高，否則會(hui)産生誤差，補償(chang)效果不理想。被(bèi)測導電液體的(de)電導率爲5～10μS/cm，實驗(yan)中采用的水電(dian)導率爲163μS/cm。測量管(guǎn)道外徑爲30mm，内徑(jìng)爲27mm。電極之間的(de)阻抗約爲在500～1000KΩ。

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