摘要:爲了(le)提高插入式電磁(ci)流量計 的精度和(hé)穩定性，簡述了勵(lì)磁線圈的結構、新(xīn)材料和新工藝🐪;讨(tǎo)論了勵磁線圈在(zài)設計、制造及裝配(pei)中對插入式 電磁(cí)流量計 的影響，指(zhi)出了插入式電磁(cí)流量計在設計時(shí)的注意事項。
　　插人(rén)式電磁流量計因(yin)其特殊的結構形(xíng)式，緻使其抗♌幹㊙️擾(rǎo)♌能🔞力較弱、精度偏(piān)低以及瞬時流量(liang)波動過大等不良(liáng)現象，但便于安裝(zhuāng)、造價低、普遍應用(yong)于大管道等特點(diǎn)而存在。爲了發揮(hui)其優勢💔,消除其不(bu)利因素，對其内部(bù)結構及其相關技(ji)術參數進行優化(hua)設計，從而使其精(jīng)度能夠達到+1%FS,使抗(kàng)幹擾能力得到極(jí)大地增強。主要通(tong)過優化設計、選擇(ze)材料和試驗，使插(chā)人式電磁流量計(ji)的穩定性和精度(du)大幅度提高，并提(tí)出解決措施🈲，對實(shi)際應用具有參考(kao)價值。分析與研究(jiū)程序圖如圖1所示(shi)。

1測量原理(li)
　　根據法拉第電磁(ci)感應定律的工作(zuo)原理，也就是液🌈态(tài)導體在♍磁場中做(zuo)切割磁力線運動(dong)時，對導體内産生(shēng)感應電動勢(Es)的分(fèn)布🌏進行分析，研究(jiū)磁場分布的影響(xiǎng)規律，在保證高精(jīng)度、高可靠性和抗(kang)幹擾能力強、瞬時(shi)✌️流量波動範圍小(xiao)的前提下，尋求寬(kuan)範圍流量測量時(shí)插人式電磁🙇🏻流量(liang)計。
　　插人式電磁流(liú)量計測量液體的(de)流量時，液體爲導(dao)㊙️電液體，電導率應(ying)大于5μs/em，流體流過垂(chuí)直于流動方向的(de)磁場導電液體的(de)流動感應出平均(jun)流速，從而獲得與(yǔ)流體的體積流量(liang)成正比的感應電(diàn)動勢(Es),感應⛷️電動勢(shì)方程爲:
Es=BDV×10-4
式中：Es---電動(dòng)勢，伏特（V）
B----磁感應強(qiáng)度，特斯拉（T）
D----測量管(guǎn)内徑，厘米（cm）
V----被測液(yè)體平均流速，米/秒(miǎo)（m/s）
　　因插入式電磁流(liu)量計與一般的法(fǎ)蘭管道式電磁流(liú)量💛計有很⚽大的不(bu)同，插入式電磁流(liú)量計的傳感器外(wai)側形成發射磁場(chang)，測量電極在傳感(gan)器的端部，故此根(gen)據尼庫接磁(NIKURADS)原理(li)，測量導電液體流(liú)量時,導電流體流(liú)過垂直于流動方(fāng)向🔅的磁場導電液(ye)體的🔞流動感應出(chū)平均流速，從而獲(huò)得與流體的體積(ji)流量成正比的感(gan)應電動勢，感應電(dian)動勢信号被兩個(ge)㊙️與流體相接觸的(de)電極檢測出來,在(zai)轉換器中顯示瞬(shùn)時流量和累計流(liu)量，并通過轉換器(qì)轉換成标準電信(xin)号輸出到上位機(ji)，即4mA~20mADC,如圖2所示。

　　插入(rù)式電磁流量計的(de)測量探頭測得管(guǎn)道内部特定位置(zhì)💚(管道內徑的1/8處)的(de)局部流速，以确定(ding)管道流速，插人式(shi)電磁流量計的🌐傳(chuán)感器是在測量探(tàn)頭外🏃側形成外發(fa)射💔磁場，測量電極(jí)在傳感♊器的端部(bu)。
　　基于以上目的，爲(wèi)了降低外發射磁(ci)場的電磁流速傳(chuán)感器所🏒産生的感(gǎn)應信号受信号流(liú)體和磁場的🏃🏻‍♂️邊界(jie)層厚度影響,會降(jiàng)低測量的線性度(dù)，通過一體化的特(te)殊優化設計，在外(wai)徑爲💋:φ47mm(因爲需要使(shi)用2”螺紋球閥，球閥(fa)通孔直徑💜爲:50mm的緣(yuan)故)，内徑爲:φ40mm，長度爲(wei):77mm的空間内進行布(bù)🌏置各個相關零、部(bu)件(兩個電極、兩個(ge)電‼️極加長杆，勵磁(cí)線圈部件)，應用法(fǎ)拉第電磁感應定(ding)律和尼庫接磁(NIKURADS)原(yuan)理，将磁感應強度(du)☀️充分發揮,達到高(gao)精度、高可靠性、寬(kuan)🙇‍♀️範圍的流體測量(liang)🏃‍♀️，同時采用新材料(liao)、新工藝，該結構還(hái)具有耐高溫，并且(qiě)适用于大口徑管(guan)道的流體測量等(děng)🌈特性。
　　通過大量的(de)試驗，對探頭端部(bu)外型結構亦采用(yòng)特殊設🍓計，從而消(xiao)除兩個電極之間(jian)的擾流現象，同時(shi)亦消除因通電産(chǎn)生磁場🌂，導緻兩個(ge)電極吸附介質中(zhong)的鐵✏️屑而影響測(cè)量精度和死區效(xiào)應，增強了輸出信(xìn)号的穩定性，從😘而(ér)提高傳🈲感器精度(du)和抗幹擾🔴性。通過(guò)結構💃🏻的優化設計(ji)，使用壽命更✊長，插(cha)入式電磁流量計(jì)探頭局部，如圖3所(suǒ)示。

2實(shi)踐當中遇到的實(shi)際難題
　　在生産實(shi)踐中，發現剛剛纏(chan)繞完畢的勵磁線(xiàn)圈，由于摩🥵擦生熱(re)🔅的原因，直接進行(hang)測量阻值時，阻值(zhí)往往大于理論計(jì)算值(10~20)。當勵磁線圈(quan)在自然環境中失(shī)效幾個小時後，勵(lì)磁線圈的阻💔值恢(hui)複到理論設計值(zhí)。從而推論,含有勵(lì)磁線圈的插入式(shi)電磁流量計受現(xiàn)場管道介質溫度(du)的影響非常大，緻(zhì)使插入式電磁流(liú)量計㊙️的轉換器内(nei)的技術參數發生(sheng)變化，影響其過程(cheng)🤩控制的精度，而且(qie)瞬時流量波動過(guò)大。
　　其原因是:勵磁(cí)線圈的阻值及匝(za)數是按照常溫狀(zhuàng)态下進行🐇設計的(de)，而含有勵磁線圈(quān)的插入式電磁流(liu)量💃計經常是高于(yú)常溫狀态下進行(hang)安裝、使用(如:高爐(lu)回水、供熱管道等(deng))，勵磁線圈的阻值(zhi)随使用環境溫度(du)的變化而變化,緻(zhi)使插入式電磁流(liu)量計測量時的精(jīng)度大爲降低，性能(neng)的不确定性大爲(wèi)增加，爲了保證儀(yi)表的高精度和穩(wěn)定性，在不同的季(ji)節(主要是環境溫(wen)度♈和介質溫度)，經(jing)過大量模拟現場(chǎng)實際情況的試驗(yàn)，并結合轉換器的(de)技術參數要求,得(dé)出一個完善的勵(li)磁線圈各種技術(shu)參數。
模拟現場試(shì)驗裝置如圖4所示(shi)。

　　試驗(yan)方法:首先，把插入(ru)式電磁流量計和(he)溫度傳感器按🏃照(zhào)圖中所示固定在(zai)自動加熱箱體中(zhong);其次，把插人式電(dian)磁流量計的勵磁(ci)線圈的引線(聚四(si)氟乙烯屏蔽線)與(yu)萬用表測🔞量阻值(zhí)端鈕相連接,并把(ba)檔位定格在200刻度(dù)線.上;同時把溫度(dù)傳感器(PT100 鉑電阻 )的(de)引線與溫度顯示(shì)器相連接。
　　經檢查(chá)無誤後，經過大約(yuē)10min,記錄此時水箱中(zhong)水的溫度🔞，然後接(jie)通220VAC電源，自動電加(jiā)熱箱體内的水進(jin)行升溫，以水每升(sheng)高☂️5C，記錄一次萬用(yòng)表顯示的阻值，記(jì)錄直至水溫達到(dào)🌈100℃時的阻值。
試驗數(shu)據如下:
　　爲了滿足(zu)現場管道高溫介(jie)質對插入式電磁(cí)流量🌍計測🐅量精度(dù)的影響，探頭勵磁(cí)線圈的阻值在環(huan)境溫度(T=15℃時)，按照理(li)🌍論計🈲算值進行纏(chan)繞，爲60n+0.50，漆包圓繞組(zu)線直徑:φ=0.21mm,經過多次(cì)升高介質(自來水(shuǐ))溫度進行試驗，勵(li)磁線圈的電阻值(zhí)與溫度的變化數(shu)據表示如下🏃‍♀️:
1）2025年12月(yuè)份北方的冬季，室(shì)溫：15°C～20°C内進行第一次(ci)試驗，升溫試驗時(shí)間共75min。
勵磁線圈的(de)電阻值與溫度的(de)變化數據表示如(rú)下：
水溫：15°C時，勵磁線(xian)圈阻值：R=60.2Ω
水溫：20°C時，勵(li)磁線圈阻值：R=61.3Ω阻值(zhi)升高1.1Ω
水溫：25°C時，勵磁(cí)線圈阻值：R=62.5Ω阻值升(shēng)高1.2Ω
水溫：30°C時，勵磁線(xiàn)圈阻值：R=63.8Ω阻值升高(gāo)1.3Ω
水溫：35°C時，勵磁線圈(quān)阻值：R=64.9Ω阻值升高1.1Ω
水(shuǐ)溫：40°C時，勵磁線圈阻(zu)值：R=66.4Ω阻值升高1.5Ω
水溫(wen)：45°C時，勵磁線圈阻值(zhí)：R=67.5Ω阻值升高1.1Ω
水溫：50°C時(shí)，勵磁線圈阻值：R=68.8Ω阻(zǔ)值升高1.3Ω
水溫：55°C時，勵(li)磁線圈阻值：R=70.0Ω阻值(zhi)升高1.2Ω
水溫：60°C時，勵磁(cí)線圈阻值：R=71.1Ω阻值升(shēng)高1.1Ω
水溫：65°C時，勵磁線(xiàn)圈阻值：R=72.2Ω阻值升高(gāo)1.1Ω
水溫：70°C時，勵磁線圈(quan)阻值：R=73.4Ω阻值升高1.2Ω
水(shui)溫：75°C時，勵磁線圈阻(zu)值：R=74.5Ω阻值升高1.1Ω
水溫(wēn)：80°C時，勵磁線圈阻值(zhi)：R=75.4Ω阻值升高0.9Ω
水溫：85°C時(shi)，勵磁線圈阻值：R=76.6Ω阻(zu)值升高1.2Ω
水溫：90°C時，勵(lì)磁線圈阻值：R=77.9Ω阻值(zhi)升高1.3Ω
水溫：95°C時，勵磁(ci)線圈阻值：R=78.9Ω阻值升(shēng)高1.0Ω
水溫：100°C時，勵磁線(xiàn)圈阻值R=81.4Ω阻值升高(gāo)2.5Ω
第一次試驗結論(lùn)：水溫從15°C升到100°C時，每(měi)升高5°C，勵磁線圈的(de)❄️電阻值平均增大(dà)1.247Ω。
2）勵磁線圈完全處(chù)于室溫：15°C～20°C狀态下，24h後(hòu)進行第二次試驗(yan)，升溫🌂試驗時間共(gòng)80min。
勵磁線圈的電阻(zu)值與溫度的變化(huà)數據表示如下：
水(shui)溫：6°C時，勵磁線圈阻(zǔ)值：R=58.8Ω
水溫：10°C時，勵磁線(xian)圈阻值：R=59.8Ω阻值升高(gao)1.0Ω
水溫：15°C時，勵磁線圈(quan)阻值：R=60.2Ω阻值升高0.4Ω
水(shui)溫：20°C時，勵磁線圈阻(zǔ)值：R=61.5Ω阻值升高1.3Ω
水溫(wēn)：25°C時，勵磁線圈阻值(zhi)：R=62.8Ω阻值升高1.3Ω
水溫：30°C時(shi)，勵磁線圈阻值：R=63.8Ω阻(zǔ)值升高1.0Ω
水溫：35°C時，勵(lì)磁線圈阻值：R=65.0Ω阻值(zhi)升高1.2Ω
水溫：40°C時，勵磁(cí)線圈阻值：R=66.2Ω阻值升(shēng)高1.2Ω
水溫：45°C時，勵磁線(xiàn)圈阻值：R=67.0Ω阻值升高(gao)0.8Ω
水溫：50°C時，勵磁線圈(quan)阻值：R=68.7Ω阻值升高1.7Ω
水(shui)溫：55°C時，勵磁線圈阻(zu)值：R=69.9Ω阻值升高1.2Ω
水溫(wen)：60°C時，勵磁線圈阻值(zhí)：R=71.2Ω阻值升高1.3Ω
水溫：65°C時(shi)，勵磁線圈阻值：R=72.3Ω阻(zǔ)值升高1.1Ω
水溫：70°C時，勵(li)磁線圈阻值：R=73.2Ω阻值(zhí)升高0.9Ω
水溫：75°C時，勵磁(cí)線圈阻值：R=74.7Ω阻值升(shēng)高1.5Ω
水溫：80°C時，勵磁線(xian)圈阻值：R=75.8Ω阻值升高(gāo)1.1Ω
水溫：85°C時，勵磁線圈(quān)阻值：R=76.7Ω阻值升高0.9Ω
水(shui)溫：90°C時，勵磁線圈阻(zǔ)值：R=77.9Ω阻值升高1.2Ω
水溫(wēn)：95°C時，勵磁線圈阻值(zhí)：R=79.1Ω阻值升高1.2Ω
水溫：100°C時(shí)，勵磁線圈阻值：R=81.2Ω阻(zu)值升高2.1Ω
第二次試(shì)驗結論：水溫從15°C升(shēng)到100°C時，每升高5°C，勵磁(cí)線圈的電阻值平(ping)均增大1.179Ω。後又在本(ben)季節多次進行試(shi)驗🍓，試驗結果大體(tǐ)😄相似。
3）2025年12月16日星期(qī)四上午8：15開始試驗(yàn)，試驗室溫：25°C～30°C内進行(hang)第🐆三次試驗，升👅溫(wen)試驗時間共30min。
勵磁(ci)線圈的電阻值與(yǔ)溫度的變化數據(jù)表示如下：
水溫：20°C時(shi)，勵磁線圈阻值：R=61.4Ω
水(shuǐ)溫：25°C時，勵磁線圈阻(zu)值：R=62.5Ω阻值升高1.1Ω
水溫(wēn)：30°C時，勵磁線圈阻值(zhi)：R=63.8Ω阻值升高1.3Ω
水溫：35°C時(shi)，勵磁線圈阻值：R=64.9Ω阻(zǔ)值升高1.1Ω
水溫：40°C時，勵(lì)磁線圈阻值：R=66.4Ω阻值(zhí)升高1.5Ω
水溫：45°C時，勵磁(cí)線圈阻值：R=67.5Ω阻值升(sheng)高1.1Ω
水溫：50°C時，勵磁線(xiàn)圈阻值：R=68.8Ω阻值升高(gao)1.3Ω
水溫：55°C時，勵磁線圈(quān)阻值：R=70.0Ω阻值升高1.2Ω
水(shuǐ)溫：60°C時，勵磁線圈阻(zu)值：R=71.1Ω阻值升高1.1Ω
水溫(wen)：65°C時，勵磁線圈阻值(zhi)R=72.2Ω阻值升高1.1Ω
水溫：70°C時(shi)，勵磁線圈阻值：R=73.4Ω阻(zu)值升高1.2Ω
水溫：75°C時，勵(lì)磁線圈阻值：R=74.5Ω阻值(zhi)升高1.1Ω
水溫：80°C時，勵磁(ci)線圈阻值：R=75.4Ω阻值升(shēng)高0.9Ω
水溫：85°C時，勵磁線(xian)圈阻值：R=76.6Ω阻值升高(gāo)1.2Ω
水溫：90°C時，勵磁線圈(quān)阻值：R=77.9Ω阻值升高1.3Ω
水(shuǐ)溫：95°C時，勵磁線圈阻(zǔ)值：R=78.9Ω阻值升高1.0Ω
水溫(wēn)：100°C時，勵磁線圈阻值(zhi)：R=80.1Ω阻值升高1.1Ω
水溫：100°C時(shí)，連續進行8小時高(gao)溫度（100°C）水進行試驗(yan)，此時的勵磁線圈(quān)阻值：R=80.1Ω～81.4Ω範圍内波動(dong)。
這次夏季試驗結(jié)論：水溫從20°C升到100°C時(shí)，每升高5°C，勵磁線圈(quān)的電阻值平均增(zeng)大1.1625Ω。後又在本季節(jie)多次進行試驗，試(shì)驗結果大體相似(sì)。
通過北方寒冷的(de)冬季及夏季的數(shù)十次試驗，其試驗(yàn)的結果基本一緻(zhi)。
　　爲了使勵磁線圈(quan)産生的磁力線均(jun)勻、完整地包裹🤟電(diàn)極，勵磁線圈的磁(ci)芯要盡量與電極(jí)端部相接近，使電(dian)極整📧體充💔分地切(qie)割😍磁力線，同時兼(jian)顧電感值⭕的大小(xiǎo)，在電感值适中的(de)情況下（後面㊙️論述(shù)，經過理論計算和(he)試驗，電感🔴值：L=390mH爲宜(yí)），從而産生連綿不(bú)斷的🏃🏻‍♂️、強大、穩定的(de)磁場信号，在實踐(jian)中起到了大大降(jiàng)低🈲過程控制流量(liàng)☔的波動性，并且增(zeng)加了流速的穩定(ding)性（最小流☔速爲0.2m/s時(shí)，可正确、穩定地測(cè)☔量），同時使插入式(shì)電磁流量計在标(biao)校時的标校系數(shu)大爲降低（如轉換(huan)器的标校系數：1～5.9999，則(zé)實際标🐅校過程中(zhong)，标校系數隻爲1.3左(zuǒ)右），使标校過程簡(jian)☔易化，更容易進‼️行(hang)标校，極大地減輕(qīng)了标校人員的工(gong)作強度，儀表的精(jīng)度更✨高。勵磁線圈(quān)部件與端部電極(ji)的相對位置如圖(tú)5所示。

3插入(rù)式電磁流量計優(you)化設計
　　通過在不(bú)同季節進行的數(shu)十次試驗結果，再(zai)結合轉換器本💞身(shen)的技術參數的要(yào)求，以及在插入式(shi)電磁流量計傳感(gan)器的有限空間内(nèi)，進行技術參數、新(xin)材料和🧑🏽‍🤝‍🧑🏻新工藝的(de)優化設計。
1）根據閉(bì)合回路的屬性---電(dian)感原理及公式：L=μQ×μr×Ae×N2/l式(shì)中：
L—電感，單位：亨（H）μ
Q—自(zi)由空間的導磁率(lü)：4д×10-7H/m
μr—磁芯材料相對的(de)導磁率，單位：亨/米(mǐ)（H/m）
Ae—磁芯的截面積，單(dān)位：平方米（m2）
N----勵磁線(xian)圈的匝數
l----勵磁線(xiàn)圈纏繞長度，單位(wèi)：米（m）
2）精選勵磁線圈(quan)磁芯的材質以及(jí)尺寸的選擇
　　根據(jù)尼庫接磁（NIKURADS）原理，設(shè)計、制造和特性參(can)數試驗。爲了增大(dà)導磁率，極大地改(gai)善封閉性磁力線(xiàn)強度，故此選擇實(shi)心勵磁線🔴圈，使磁(ci)感應強度大幅增(zeng)加。磁芯采用磁性(xìng)等級：超級；牌号：電(diàn)工純鐵（型号：DT4C）；矯頑(wan)力：≤32，矯頑力時效增(zēng)值：≤4，最✏️大導磁率：≥0.0151
　　工(gōng)業純鐵質地特别(bié)軟，韌性特别大，電(dian)磁性能很好。工業(yè)純鐵熔❤️點比鐵高(gao)，在潮濕的空氣中(zhong)比鐵難以生鏽，在(zai)冷的濃硫酸💁中可(ke)以鈍化；同時電磁(cí)性能好。矯頑力🌈（Hc）低(dī)，導磁率μ高，飽和磁(cí)感（Bs）高，磁性🤩穩定又(you)無磁時效。鋼質🐕純(chun)淨度高，電工純鐵(tie)系列鋼質均爲鎮(zhèn)靜🏃‍♀️鋼，又采用了精(jīng)練，所以内🐅部組織(zhi)緻密，均勻，優良，氣(qi)體含量少，成品含(hán)碳量≤0.004%，冷、熱加工性(xìng)能好。冷加工如車(chē)、墩、沖、彎、拉等都無(wu)問題，具有良好的(de)加工性能，加♊工表(biao)面質量好。
3）勵磁線(xian)圈的漆包圓繞組(zǔ)線的選擇
　　根據中(zhōng)華人民共和國國(guo)家标準GB/T6109.1—2008《漆包圓繞(rao)組線第一部分：一(yi)🌂般💜規定》[2]和GB/T6109.2—2008《漆包圓(yuan)繞組線第二部分(fèn)：155級聚🛀🏻酯漆包銅圓(yuán)線》[3]的相關規定，并(bìng)且結合插入式電(diàn)磁流量計的具體(tǐ)使用情況及使☎️用(yòng)範圍㊙️的安全裕度(dù)，選擇型号：QZY=XY-2/200，線徑：φ0.21mm。
型(xíng)号：QZY+XY-2/150的含義
系列代(dai)号Q—漆包圓繞組線(xian)
漆膜代号Z—聚酯類(lèi)漆
Y—聚酰亞胺類漆(qī)
非自粘性漆包線(xiàn)2—二級漆膜
耐溫溫(wen)度150—攝氏度：150°C
插入式(shì)電磁流量計勵磁(cí)線圈的結構形式(shì)如圖6所示。

根據(jù)以上不同季節的(de)數10次試驗，勵磁線(xian)圈得出相👣應的技(ji)術參數如下：
a）從勵(lì)磁線圈的漆包圓(yuán)繞組線的選擇（如(ru)：勵磁線圈的型号(hao)、線徑🚩等）如上所述(shù)。
b）關于勵磁線圈的(de)阻值通常情況下(xia)的理論值均在💯常(chang)溫下進行計算與(yu)确定，但一定要結(jié)合轉換器的相關(guān)技術參數進行🐅選(xuǎn)擇。
選擇方法：如插(cha)入式電磁流量計(jì)所選擇的轉換器(qì)匹配🏃🏻的阻㊙️值爲：（X～Y）Ω時(shi)，則勵磁線圈的阻(zǔ)值大于或等于🈲1.5X即(jí)可。這樣既能☂️滿足(zu)流動介質溫度低(di)于常溫時，勵🏃‍♂️磁線(xian)圈阻值必然降低(di)，但不影響轉換器(qì)的正常工作，同時(shí)亦能滿足介質溫(wēn)度高🌈于常溫時，勵(lì)磁線圈阻值升高(gao)，也🔅不影響轉換器(qi)的正常工作。
c）從結(jie)構上講，勵磁線圈(quan)的磁芯必須長于(yu)線圈部件爲好。其(qí)☁️磁芯長出部分應(yīng)與采集信号的電(dian)極基本在一個基(jī)準線上，在現有的(de)磁場強度下增加(jiā)磁力線最大🏃‍♂️程度(dù)上包裹電極，使之(zhī)電極采集信号的(de)最大化，由此增加(jia)插入式電磁流👅量(liàng)計的精度和穩定(ding)性。
4結論
　　一種基于(yú)插入式電磁型流(liu)量計在實際應用(yòng)過程‼️中，勵🍓磁線圈(quan)🏃🏻經過優化設計、磁(ci)芯材料的選擇和(he)探頭結構等方面(miàn)的改✏️進，提高其在(zài)現場運行過程中(zhōng)的穩定性、精度等(děng)級和抗幹擾👈能力(li)，充分發揮插入式(shì)電磁流量計自有(you)優勢，對該産品質(zhì)量的提升具🏒有實(shí)質性作📧用。

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