摘要(yao):通過有(you)限元軟(ruan)件ANSYS對流(liu)量計測(cè)量管内(nei)部的磁(ci)場㊙️分布(bù)建立了(le)仿真模(mó)型,運用(yòng)FLU-ENT對流量(liang)計的流(liú)體建立(lì)仿真,最(zuì)後結合(he)權重函(han)數建立(li)了電磁(ci)流量計(ji) 檢測電(diàn)極感應(yīng)信号的(de)數值計(jì)算方法(fa),爲電磁(cí)流量計(jì)幹标🐇定(dìng)的🚩研究(jiū)提供-種(zhong)基礎的(de)計算方(fāng)法.
　　電磁(ci)流量計(jì)是工業(yè)生産中(zhōng)重要的(de)流量測(cè)量儀表(biǎo),電磁流(liú)量計🚩的(de)标定分(fen)爲實流(liu)标定和(hé)幹标定(ding)兩種，實(shi)流标定(ding)由大功(gōng)率‼️的泵(bèng)🐕站、管道(dao)、大型儲(chu)液箱等(deng)構成,以(yi)實際流(liú)動的液(yè)體對流(liu)量📱計進(jin)行😘标定(dìng),這一标(biao)😍定方法(fa)成本較(jiào)高.幹标(biāo)定是相(xiang)🐇對實流(liu)标定而(ér)言，是🔞一(yi)種不用(yòng)實⁉️流标(biāo)定流量(liàng)計系數(shu)的方㊙️法(fa).随着工(gong)業的發(fā)展,電磁(ci)流量計(ji)因口徑(jing)增㊙️大給(gěi)儀表實(shí)流标定(dìng)帶來技(jì)術🚶和資(zi)金上的(de)巨大困(kùn)難";電磁(cí)流量計(ji)因其測(cè)量原理(lǐ)可追溯(su)性好,與(yu)其它流(liú)量計(超(chāo)聲波流(liu)量計 .壓(yā)差流量(liang)計 .渦街(jiē)流量計(jì) )相比被(bei)認爲最(zui)适合幹(gàn)标定的(de)流量計(jì).因此,電(diàn)磁流量(liang)計的幹(gan)标定方(fāng)法是許(xu)多研究(jiu)人員以(yǐ)及電磁(cí)流量計(jì)生産廠(chang)商🏃關注(zhu)的工🥰程(cheng)問題之(zhī)一.張小(xiao)章在電(dian)磁流量(liàng)計理論(lùn)👈模型下(xià)⚽進行對(dui)流量計(ji)幹标定(dìng)研究.本(běn)文通過(guo)Ansys仿真測(ce)量管内(nei)部磁場(chang)分布，應(yīng)用FLUENT對測(cè)量🏃🏻管内(nei)部流體(tǐ)進行仿(pang)真,最後(hòu)結合權(quan)重函數(shù)對電磁(ci)🔴流量計(ji)感應電(diàn)勢進行(háng)數值計(jì)算,并且(qiě)得到電(dian)❤️磁流量(liàng)計感應(yīng)電勢與(yu)🌈流速關(guan)系圖.對(duì)電磁流(liú)量計檢(jian)測🌈電極(ji)獲取的(de)感應電(dian)勢進行(hang)二次轉(zhuǎn)換器标(biao)定,可完(wán)成電磁(ci)流量計(ji)的幹标(biao)定,從而(ér)不用實(shi)流标定(ding),可對電(dian)磁流量(liang)計流量(liàng)測量進(jin)行幹标(biāo)定.
1流量(liàng)計感應(yīng)電勢理(lǐ)論基礎(chǔ)
　　當導電(dian)流體流(liú)過外加(jia)磁場時(shi),在作切(qiē)割磁力(li)線運動(dong).根據法(fa)拉第電(diàn)磁感應(yīng)定律,在(zai)流體中(zhōng)就會産(chan)生感應(ying)電動⭕勢(shì),且通過(guo)測量感(gan)應電動(dong)勢的值(zhí)來獲取(qǔ)❓流體的(de)🐇速度和(he)流量,這(zhe)就是電(diàn)磁流量(liàng)計測量(liang)流量的(de)基本原(yuán)理.在一(yi)定的條(tiao)件下由(you)maxwell方程可(kě)得電磁(ci)流👨‍❤️‍👨量計(jì)的感應(ying)電勢的(de)表達方(fāng)程:
 
　　式中(zhong):U2-U1是兩電(dian)極的電(diàn)勢差;A表(biao)示對所(suǒ)有空間(jiān)積分;r爲(wei)流量計(ji)截面管(guǎn)半徑;矢(shi)量V是導(dǎo)電流體(tǐ)的流速(su);B是磁🤩感(gǎn)應強度(du);W爲矢量(liang)權重函(han)🐉數,它是(shi)-一個隻(zhī)由電磁(ci)流量計(ji)本身結(jié)構♻️決定(dìng)的量.
　　由(yóu)流量計(jì)的感應(ying)電勢理(lǐ)論基礎(chu)可知，隻(zhī)要确定(dìng)了流體(ti)的流速(su)V、磁感應(ying)強度B、以(yi)及權重(zhong)函數W，流(liu)量計管(guǎn)🌈徑半徑(jìng),就可以(yi)⭐求流量(liàng)計的感(gǎn)應電勢(shì)差,在流(liu)量計感(gan)應電勢(shì)計算中(zhōng),一般來(lai)說,電磁(cí)流量‼️計(jì)内部磁(cí)場大小(xiǎo)的獲取(qǔ)是較難(nán)的問題(ti)，傳⛷️統幹(gàn)标定法(fǎ)中需要(yao)進行的(de)複雜的(de)空間三(san)維磁場(chǎng)的測量(liang),工作量(liang)大.英🌈國(guó)HEMP提出的(de)渦🌏電場(chang)測量法(fa)是通過(guò)檢測由(yóu)磁場交(jiāo)變産生(sheng)的渦電(diàn)場強度(dù)獲取磁(ci)場信息(xī)🌈[5],實現電(diàn)磁流量(liang)計一-次(cì)傳感器(qì)轉換☔系(xì)數的測(cè)量,無需(xu)測量有(you)效區域(yù)内各點(dian)磁通量(liang)密度與(yu)體權✨重(zhong)函數,但(dàn)它隻能(neng)模拟速(su)度分布(bu)平坦的(de)流場情(qing)況,無法(fǎ)對非💯理(lǐ)想流場(chǎng)情況下(xia)的電磁(cí)流量計(jì)進🈲行标(biāo)定;俄羅(luó)斯VELT提出(chū)的面權(quán)重函數(shu)法是按(àn)面權重(zhong)函數等(děng)值線繞(rao)制的感(gǎn)應線圈(quan)與電磁(cí)流量計(ji)勵磁線(xiàn)圈的📱互(hù)感效應(ying)獲取磁(ci)場信息(xī),實現電(diàn)磁流量(liang)計一次(ci)傳感器(qì)轉換系(xì)數的🏃🏻‍♂️測(ce)量'6],無需(xu)測量有(yǒu)效區域(yù)内各點(dian)磁通量(liàng)密度,但(dan)它需要(yao)用幹濕(shi)⭐标定對(duì)比試😘驗(yàn)進行修(xiū)正,對比(bǐ)試驗工(gōng)作量較(jiào)大.本☀️文(wen)方法結(jie)合電磁(cí)流量計(ji)管段以(yǐ)及勵磁(cí)線圈的(de)幾何尺(chi)寸運用(yong)ANSYS電磁場(chang)仿真獲(huo)得流量(liàng)計測量(liang)區域🧑🏾‍🤝‍🧑🏼磁(ci)感應強(qiáng)度B的分(fèn)布，同時(shi)運用MATLAB計(jì)算流量(liang)計的權(quan)重函數(shù)在測量(liàng)管中的(de)分布;利(lì)用FLUENT軟件(jiàn)對流體(tǐ)中不同(tong)流量下(xia)流體在(zài)傳感器(qì)管道内(nei)的速度(du)分👄布☁️進(jìn)行仿真(zhen);最後完(wan)成電磁(cí)流量計(ji)感應電(diàn)勢響應(ying)計算.
2理(lǐ)論仿真(zhēn)模型
2.1磁(ci)場仿真(zhen)
　　根據電(diàn)磁流量(liang)計傳感(gǎn)器結構(gòu)尺寸,以(yǐ)及通電(dian)電流大(dà)小以及(jí)勵磁線(xian)圈匝數(shu)等相關(guan)參數設(she)定流量(liang)計傳感(gǎn)器勵磁(ci)仿🌈真結(jié)構,通過(guo)ANSYS仿真獲(huo)取流量(liang)計測量(liàng)區域的(de)磁感應(ying)強度分(fèn)布,并對(duì)其數據(jù)進行記(ji)錄”.磁感(gan)應強度(du)在x軸與(yǔ)y軸的分(fen)量分别(bié)爲Bx和By,因(yīn)爲磁感(gǎn)應👄強度(dù)By對電磁(ci)☂️流量計(jì)電極方(fang)向上的(de)感應電(dian)勢貢獻(xiàn)📐很小且(qiě)By比Bx小的(de)多,對流(liú)量計感(gan)應電勢(shi)可以不(bú)🐪考慮Br,隻(zhi)考慮Bx.故(gu)而将公(gong)式(1)中的(de)B可以近(jin)似爲Bx.
　　通(tōng)過數據(ju)處理獲(huo)得測量(liàng)區域磁(cí)感應強(qiang)度在x軸(zhou)方向的(de)分布👄情(qíng)🤩況.如圖(tú)1所示爲(wèi)電磁流(liu)量計測(ce)量區域(yù)磁感應(ying)強度x方(fāng)🎯向分布(bu)圖🛀🏻.圖中(zhong)x軸與y軸(zhóu)分别代(dai)表測量(liàng)區域的(de)“電極方(fang)向”與“磁(ci)場方向(xiang)"(x軸與🍉y軸(zhou)所形成(cheng)的面平(píng)行于測(ce)量管的(de)檢測電(dian)極徑向(xiàng)截面).從(cóng)仿真圖(tu)上可以(yi)看出流(liú)量計的(de)磁感應(ying)強度分(fèn)布不是(shì)一個❄️恒(heng)定的值(zhí).
 
2.2流體速(sù)度分布(bu)仿真
　　采(cai)用FLUENT仿真(zhēn)出傳感(gan)器管道(dào)内不同(tóng)徑向的(de)速度分(fen)布👣,提取(qǔ)不同徑(jing)向的流(liú)體速度(dù),并進行(hang)數值分(fen)析,建立(li)❗測量🌈區(qū)域的速(su)度分布(bù)圖.如圖(tu)2所示爲(wèi)某--流量(liàng)下電磁(cí)流量計(ji)内部💚流(liú)體速度(du)分布圖(tu),圖中，x軸(zhóu)、y軸方向(xiang)分别爲(wei)磁場方(fāng)向與電(diàn)極方向(xiang),0軸爲速(su)度值大(dà)小,方向(xiàng)爲z軸.并(bìng)保存數(shu)據在計(ji)算流量(liang)計感應(yīng)電勢時(shí)運用.
2.3權(quán)重函數(shu)
　　關于權(quán)重函數(shu)問題:由(you)中國石(shí)化出版(bǎn)社出版(ban)編著的(de)《電磁流(liú)量🏃🏻‍♂️計》中(zhong)長筒式(shì)電磁流(liú)量計的(de)權重函(hán)數表達(dá)式近🎯似(sì)爲(2)式.因(yin)📞爲權重(zhong)函數Wx對(dui)電磁流(liu)量計電(dian)極方向(xiang).上的感(gǎn)🔴應電勢(shì)貢獻很(hen)小且Wx比(bi)Wr小的多(duō),式(1)中對(dui)流量計(ji)感應電(diàn)勢☁️計算(suan)的權重(zhong)函數W可(kě)以近似(si)爲在y軸(zhou)方向，上(shang)的Wy.
 
　　如圖(tu)3所示爲(wèi)電磁流(liú)量計測(cè)量管中(zhōng)近似的(de)權重函(han)數分✊布(bù)圖♌.由于(yu)權重函(han)數電極(ji)方向的(de)分量與(yǔ)權重函(hán)數近似(sì)相等,所(suǒ)以權重(zhòng)函數的(de)分布數(shu)值可以(yi)用來計(jì)算截面(mian)上瞬時(shí)的感應(yīng)電勢.
2.4感(gan)應電勢(shi)的數值(zhi)計算
　　在(zài)計算電(dian)磁流量(liang)計感應(ying)信号時(shi),截取電(dian)磁流量(liàng)計傳感(gǎn)🐪器電極(ji)高度的(de)柱形空(kong)間爲積(ji)分空間(jiān)A.在這一(yi)空間下(xià)電磁流(liu)量計傳(chuan)感器電(diàn)極高度(du)範圍内(nèi)的測量(liang)區域中(zhong)任意徑(jing)向截🌈面(miàn)上的💁磁(cí)感應🏃‍♂️強(qiang)度分布(bu)基本上(shàng)是相同(tóng)的,内部(bù)流體中(zhōng)的流體(ti)速度分(fen)布在徑(jing)向截面(miàn)上對應(ying)位置近(jin)似相同(tong),測量區(qu)域徑向(xiàng)截面相(xiang)對位置(zhì)的權重(zhòng)函數近(jìn)似相☀️同(tong).分别對(duì)流量計(ji)傳感器(qi)電極範(fàn)圍内截(jie)面的🔴磁(ci)感應強(qiang)度分布(bù)以及流(liú)量計内(nei)部流體(tǐ)速度分(fen)布進行(háng)仿真,并(bìng)結合權(quan)重函數(shù)根據(1)式(shì)進行對(dui)流量計(jì)傳感器(qì)的感應(yīng)信号㊙️進(jin)行🔅計算(suàn).進而獲(huò)得電♉極(ji)範圍👄内(nèi)感應電(diàn)勢值,由(yóu)于電極(ji)範圍内(nèi)感應信(xìn)号是電(diàn)磁流量(liang)計測量(liang)值的主(zhǔ)要貢獻(xian)值,這個(ge)計算值(zhi)就近似(si)♻️于電磁(ci)流量計(ji)電極.上(shàng)獲得的(de)感應信(xin)号.
如圖(tu)4所示在(zai)一定的(de)磁場.流(liu)速下流(liu)量計電(diàn)極範圍(wei)内🔞某-截(jie)面上流(liú)體感應(yīng)電勢貢(gong)獻分布(bù)圖.圖中(zhōng)x軸爲磁(cí)場方向(xiang),y軸爲電(dian)極方向(xiang).
 
3仿真實(shi)驗分析(xi)
　　前面介(jiè)紹了電(dian)磁流量(liang)計感應(yīng)電勢數(shu)值計算(suàn)方法☔,在(zai)電💃磁流(liu)量計電(dian)極範圍(wéi)内任意(yi)截面中(zhong)相對位(wèi)置的磁(cí)場、權重(zhòng)函數、流(liú)體速度(dù)基本相(xiang)同,根據(ju)公式(1)即(ji)可獲得(dé)電極兩(liang)😄端感應(yīng)❓信号的(de)近似值(zhí).下面對(duì)仿真實(shí)驗進行(hang)驗證性(xing)分析.
　　仿(pang)真實驗(yan)中,電磁(ci)流量計(ji)中流體(ti)平均流(liu)速分别(bié)設🏃定爲(wèi)0.6687m/s.1.6717m/s.2.6747m/s.3.3433m/s,分别進(jìn)行仿真(zhēn)與數值(zhi)計算電(dian)磁流量(liang)計感應(ying)電勢🆚差(cha).如圖5所(suǒ)📧示爲✌️流(liu)量與電(dian)磁流量(liàng)計感應(ying)電勢差(chà)關系圖(tu),從仿真(zhen)結果可(kě)以看🐆出(chū)流量越(yuè)大,感應(ying)電勢差(cha)也就越(yuè)大,總體(tǐ)上說,流(liú)量與感(gǎn)應信号(hào)基本上(shàng)成線性(xìng)關系💚，仿(pang)真結果(guo)符合電(diàn)磁流量(liàng)計的相(xiang)關理😘論(lun).
　　仿真與(yǔ)數值計(jì)算方法(fa)爲電磁(cí)流量計(ji)此感應(ying)電動勢(shi)的✌️計算(suan)提♻️供了(le)-種新的(de)解決方(fāng)案,利用(yòng)該方法(fǎ)求出了(le)流量計(ji)的♍感應(ying)電勢🔆差(cha),即完成(cheng)電磁流(liu)量計一(yī)-次傳感(gan)系數轉(zhuǎn)換.流量(liang)計傳感(gan)器獲取(qu)的感應(ying)電勢差(cha)(感應信(xin)号)一般(bān)需通過(guò)信号預(yù)處理,信(xin)号放大(dà)單元,高(gao)通低通(tōng)濾波,進(jìn)行信号(hao)提升單(dān)元🐇等環(huán)節最後(hòu)輸出流(liú)量測🔴量(liàng)顯示值(zhi).二次儀(yí)表轉換(huan)是将電(diàn)極間的(de)感應電(dian)勢差轉(zhuan)換爲顯(xiǎn)示的流(liu)量,二次(ci)儀表轉(zhuan)化技☎️術(shù)已經基(jī)本成熟(shu).當然本(běn)文爲仿(páng)真👣實驗(yàn)在工業(yè)實際應(yīng)用中需(xū)要運用(yong)大量的(de)幹濕标(biāo)定對比(bi)🎯實驗進(jìn)行對流(liú)量計标(biāo)📱定進行(hang)修正,獲(huo)取一定(dìng)的修正(zheng)經驗值(zhi)後,然後(hòu)對流量(liàng)計幹标(biao)🚶‍♀️定結果(guǒ)進行修(xiū)正,從而(er)🆚獲得正(zhèng)确有效(xiào)的電極(jí)此感應(ying)電動勢(shi).
4結論
　　通(tōng)過仿真(zhēn)的方法(fa)建立了(le)電磁流(liu)量計電(dian)極磁感(gan)應信号(hào)的數值(zhí)計算模(mó)型,并在(zai)模型下(xia)對電磁(cí)流量計(jì)不同流(liu)量下的(de)感應信(xìn)号進行(háng)計算,該(gai)模型爲(wei)電磁🔅流(liú)量計的(de)流量的(de)測量提(ti)供一次(ci)傳感轉(zhuǎn)換系數(shù),仿真與(yǔ)數值計(jì)算方法(fa)爲電磁(cí)流🎯量計(ji)幹标定(ding)提供了(le)👈一種新(xīn)的解決(jue)思路.當(dāng)然本文(wen)隻是從(cóng)理論上(shang)對電📧磁(cí)流量計(jì)檢測電(dian)極感應(ying)信号的(de)計算方(fāng)法,該方(fāng)法要真(zhen)正的應(ying)用于工(gong)業生✍️産(chan)中,電磁(cí)😍流量計(ji)幹标定(dìng)仍需大(dà)量的、更(gèng)嚴格的(de)實驗數(shu)據對該(gai)方法幹(gan)标定誤(wù)差修正(zheng)🆚值進行(hang)研究.

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