摘(zhai)要:通過(guo)有限元(yuan)軟件ANSYS對(dui)流量計(ji)測量管(guan)内部的(de)磁場分(fen)布建立(li)了仿真(zhen)模型,運(yun)用FLU-ENT對流(liu)量計的(de)流體建(jian)立仿❓真(zhen),最後結(jie)合權重(zhong)函數建(jian)立了電(dian)磁流量(liang)計 檢測(ce)電極感(gan)應信号(hao)的數值(zhi)計算方(fang)法,爲電(dian)磁流量(liang)計🍉幹标(biao)🔅定的研(yan)究提供(gong)-種基礎(chu)的計算(suan)方法.
　　電(dian)磁流量(liang)計是工(gong)業生産(chan)中重要(yao)的流量(liang)測量儀(yi)表,電磁(ci)流量計(ji)的标定(ding)分爲實(shi)流标定(ding)和幹标(biao)定兩種(zhong)，實流🤟标(biao)定由大(da)🍉功率的(de)泵站、管(guan)道、大型(xing)儲液箱(xiang)等構成(cheng),以實際(ji)流動的(de)液體對(dui)流量計(ji)進行标(biao)定,這一(yi)标🏒定方(fang)法成本(ben)較高.幹(gan)标定是(shi)相對實(shi)流标定(ding)而言，是(shi)一種不(bu)用實流(liu)标定流(liu)量計系(xi)數的方(fang)法.随着(zhe)工業的(de)發展,電(dian)磁流量(liang)計因口(kou)徑增大(da)給儀表(biao)實流🌂标(biao)定帶來(lai)技術和(he)資金上(shang)的巨大(da)困難";電(dian)磁流量(liang)計因其(qi)測量原(yuan)理可追(zhui)溯性👌好(hao),與其它(ta)流量計(ji)(超聲波(bo)流量計(ji) .壓差流(liu)量計 .渦(wo)街流量(liang)計 )相比(bi)被認爲(wei)最适合(he)幹标定(ding)的流量(liang)計.因此(ci),電磁流(liu)💚量計的(de)🈲幹标定(ding)方法是(shi)許多研(yan)究人員(yuan)以及電(dian)磁流⭐量(liang)計生産(chan)廠商關(guan)注的工(gong)程問題(ti)之一.張(zhang)小章在(zai)電磁流(liu)量計理(li)論模型(xing)下進行(hang)對流量(liang)計幹标(biao)定研究(jiu).本文通(tong)過Ansys仿真(zhen)測量管(guan)内部磁(ci)㊙️場分布(bu)，應用FLUENT對(dui)測量管(guan)内部流(liu)體㊙️進行(hang)仿真,最(zui)後結合(he)權重函(han)數對電(dian)磁流量(liang)計感應(ying)電勢進(jin)行數值(zhi)計算,并(bing)且得到(dao)電☂️磁流(liu)量計感(gan)應電勢(shi)與流速(su)關系圖(tu).對電磁(ci)流量計(ji)檢測電(dian)極獲取(qu)的感應(ying)電🔴勢進(jin)行二次(ci)轉換器(qi)标定,可(ke)完成電(dian)磁流量(liang)計的幹(gan)标定,從(cong)而不用(yong)實流标(biao)定,可對(dui)🔱電磁流(liu)量計流(liu)量測量(liang)進行幹(gan)标定.
1流(liu)量計感(gan)應電勢(shi)理論基(ji)礎
　　當導(dao)電流體(ti)流過外(wai)加磁場(chang)時,在作(zuo)切割磁(ci)力線運(yun)動.根據(ju)法拉第(di)電磁感(gan)應定律(lü),在流體(ti)中就會(hui)産生感(gan)應電動(dong)勢,且通(tong)過測量(liang)感應電(dian)動勢的(de)值來獲(huo)取流體(ti)的速度(du)和流量(liang),這就是(shi)電磁流(liu)量計測(ce)量流量(liang)的基本(ben)原理.在(zai)一定⭐的(de)條件下(xia)由maxwell方程(cheng)可得電(dian)磁流量(liang)計的感(gan)應電勢(shi)的表達(da)方程:
 
　　式(shi)中:U2-U1是兩(liang)電極的(de)電勢差(cha);A表示對(dui)所有空(kong)間積分(fen);r爲流量(liang)計截🌂面(mian)管半徑(jing);矢量V是(shi)導電流(liu)體的流(liu)速;B是磁(ci)感應強(qiang)度;W爲矢(shi)量權✂️重(zhong)函數,它(ta)是-一個(ge)隻由電(dian)磁流量(liang)計本🌈身(shen)結構決(jue)定的量(liang).
　　由流量(liang)計的感(gan)應電勢(shi)理論基(ji)礎可知(zhi)，隻要确(que)定了流(liu)體的流(liu)速V、磁感(gan)應強度(du)B、以及權(quan)重函數(shu)W，流量計(ji)管徑半(ban)徑,就可(ke)以求流(liu)☁️量計的(de)感應電(dian)勢差,在(zai)流量計(ji)🤩感應電(dian)勢計算(suan)中,一般(ban)🌂來說,電(dian)磁流量(liang)💔計内部(bu)磁場大(da)小的獲(huo)👉取是較(jiao)難的問(wen)題，傳統(tong)幹标定(ding)法中需(xu)要進行(hang)的複雜(za)的空間(jian)三維💃🏻磁(ci)場的測(ce)量,工作(zuo)量大.英(ying)國HEMP提出(chu)的渦電(dian)🈲場測量(liang)法是通(tong)過檢測(ce)由磁場(chang)交變産(chan)生的渦(wo)電場強(qiang)度獲取(qu)磁場信(xin)息[5],實現(xian)電磁流(liu)量計💚一(yi)-次傳感(gan)器轉換(huan)⭐系數的(de)測量,無(wu)需測量(liang)有效區(qu)域内各(ge)點⭐磁通(tong)量密度(du)與體權(quan)💋重函數(shu),但它隻(zhi)能模拟(ni)速度分(fen)布平坦(tan)的流場(chang)情況,無(wu)法對非(fei)理想流(liu)場情況(kuang)下的電(dian)磁流量(liang)計進行(hang)标定;俄(e)羅斯VELT提(ti)出的面(mian)權重函(han)數法是(shi)按面權(quan)重✉️函數(shu)等值線(xian)繞制的(de)感應線(xian)圈與電(dian)磁流量(liang)計勵磁(ci)線圈的(de)✍️互感效(xiao)應獲取(qu)磁📞場信(xin)息,實現(xian)電磁流(liu)量計一(yi)次傳感(gan)器轉換(huan)系數的(de)測量'6],無(wu)需測量(liang)有效區(qu)域内各(ge)點磁通(tong)量密度(du),但它需(xu)要用幹(gan)濕标定(ding)對比試(shi)驗進行(hang)修正,對(dui)比試驗(yan)工作量(liang)較大.本(ben)文方法(fa)結合📧電(dian)磁🚶‍♀️流量(liang)計管段(duan)以及勵(li)🎯磁線圈(quan)的幾何(he)尺寸運(yun)用ANSYS電磁(ci)場仿真(zhen)獲得流(liu)🈲量計測(ce)量區域(yu)磁感應(ying)強度B的(de)分布，同(tong)時運用(yong)MATLAB計算流(liu)量🔴計的(de)權重函(han)數在測(ce)💁量管中(zhong)的分布(bu);利用FLUENT軟(ruan)件對流(liu)☔體中不(bu)同流📐量(liang)下流體(ti)在傳感(gan)💃器管道(dao)内的速(su)度分🙇🏻布(bu)進行仿(pang)真;最後(hou)完成電(dian)磁流量(liang)計感應(ying)電勢響(xiang)應🔞計算(suan).
2理論仿(pang)真模型(xing)
2.1磁場仿(pang)真
　　根據(ju)電磁流(liu)量計傳(chuan)感器結(jie)構尺寸(cun),以及通(tong)電電流(liu)大小以(yi)及😘勵👅磁(ci)線圈匝(za)數等相(xiang)關參數(shu)設定流(liu)量計傳(chuan)感🌈器勵(li)磁仿真(zhen)結構,通(tong)過ANSYS仿真(zhen)獲取流(liu)量計測(ce)量區域(yu)的磁感(gan)應👅強度(du)分💘布,并(bing)對其數(shu)據進行(hang)記錄”.磁(ci)感應強(qiang)度在x軸(zhou)與y軸的(de)分量分(fen)别爲Bx和(he)By,因爲磁(ci)感應強(qiang)度By對電(dian)磁流量(liang)計電極(ji)方向上(shang)的感應(ying)電勢貢(gong)獻很小(xiao)且By比Bx小(xiao)的多,對(dui)流量計(ji)感應電(dian)勢可以(yi)不考慮(lü)Br,隻考慮(lü)Bx.故而将(jiang)公式(1)中(zhong)的B可以(yi)近似爲(wei)Bx.
　　通過數(shu)據處理(li)獲得測(ce)量區域(yu)磁感應(ying)強度在(zai)x軸方向(xiang)的🍉分布(bu)情況.如(ru)圖1所示(shi)爲電磁(ci)流量計(ji)測量區(qu)域磁感(gan)⛷️應強度(du)x方向分(fen)⚽布圖🔅.圖(tu)中x軸與(yu)y軸分别(bie)代表測(ce)❤️量區域(yu)✍️的“電極(ji)方向”與(yu)“磁場方(fang)向"(x軸與(yu)y軸所形(xing)成的面(mian)平行于(yu)測量管(guan)的檢測(ce)電極徑(jing)向截面(mian)♋).從仿真(zhen)圖上可(ke)以看出(chu)流量計(ji)的磁感(gan)應強度(du)分布不(bu)是一個(ge)恒定的(de)值.
 
2.2流體(ti)速度分(fen)布仿真(zhen)
　　采用FLUENT仿(pang)真出傳(chuan)感器管(guan)道内不(bu)同徑向(xiang)的速度(du)分布,提(ti)🌈取不同(tong)徑向的(de)流體速(su)度,并進(jin)行數值(zhi)分析,建(jian)立測量(liang)🌈區域的(de)速度分(fen)布圖.如(ru)圖2所示(shi)爲某--流(liu)量下電(dian)❌磁流量(liang)㊙️計内部(bu)流體速(su)度分布(bu)圖,圖中(zhong)，x軸、y軸方(fang)向分别(bie)爲磁場(chang)方向與(yu)電極方(fang)向,0軸✉️爲(wei)速度值(zhi)🏃大小,方(fang)向爲z軸(zhou).并保存(cun)數據在(zai)計算流(liu)量計感(gan)應🌈電勢(shi)時運用(yong)✂️.
2.3權重函(han)數
　　關于(yu)權重函(han)數問題(ti):由中國(guo)石化出(chu)版社出(chu)版編著(zhe)的《電磁(ci)🌈流量計(ji)》中長筒(tong)式電磁(ci)流量計(ji)的權重(zhong)函數表(biao)達式近(jin)似爲(2)式(shi).因爲權(quan)重函數(shu)Wx對電磁(ci)流量計(ji)電極方(fang)向.上的(de)感應電(dian)勢貢獻(xian)很小且(qie)Wx比Wr小的(de)多,式(1)中(zhong)對流量(liang)計感應(ying)電勢🤞計(ji)算的權(quan)重函數(shu)W可🔴以近(jin)似爲💜在(zai)y軸方向(xiang)，上的Wy.
 
　　如(ru)圖3所示(shi)爲電磁(ci)流量計(ji)測量管(guan)中近似(si)的權重(zhong)函數♉分(fen)布圖.由(you)于權重(zhong)函數電(dian)極方向(xiang)的分量(liang)與權重(zhong)函數近(jin)似相等(deng)🚩,所以權(quan)重💚函數(shu)的分布(bu)數值可(ke)以用來(lai)計算♈截(jie)面上瞬(shun)時的感(gan)應電勢(shi).
2.4感應電(dian)勢的數(shu)值計算(suan)
　　在計算(suan)電磁流(liu)量計感(gan)應信号(hao)時,截取(qu)電磁流(liu)量計傳(chuan)感器電(dian)極🛀高度(du)的柱形(xing)空間爲(wei)積分空(kong)間A.在這(zhe)一💚空間(jian)下電磁(ci)流⭐量計(ji)傳感器(qi)電極高(gao)度範圍(wei)内的測(ce)量區域(yu)中任意(yi)徑向截(jie)面上的(de)磁感應(ying)強度分(fen)布基本(ben)上是相(xiang)同的,内(nei)部流體(ti)中的流(liu)體速度(du)分布在(zai)徑向截(jie)面上對(dui)應位置(zhi)近似相(xiang)同,測量(liang)區域徑(jing)向截面(mian)相對位(wei)置的權(quan)⁉️重函數(shu)近似相(xiang)同.分别(bie)對流量(liang)計傳感(gan)器電極(ji)範圍内(nei)截面的(de)磁感應(ying)強📐度分(fen)布以及(ji)流量計(ji)内部流(liu)體速度(du)💯分布進(jin)行仿真(zhen),并結合(he)權重函(han)數根據(ju)(1)式進行(hang)對流量(liang)📞計傳感(gan)器的感(gan)應信号(hao)進行計(ji)算.進而(er)獲得電(dian)🔞極範圍(wei)内感應(ying)電勢值(zhi),由于電(dian)極🌈範圍(wei)内感應(ying)信号是(shi)電磁流(liu)量計測(ce)量值的(de)主要貢(gong)獻值⭐,這(zhe)個計算(suan)值就近(jin)似于電(dian)磁流量(liang)計電極(ji).上獲得(de)的感應(ying)信号.
如(ru)圖4所示(shi)在一定(ding)的磁場(chang).流速下(xia)流量計(ji)電極範(fan)圍内某(mou)-截面😘上(shang)流體感(gan)應電勢(shi)貢獻分(fen)布圖.圖(tu)中x軸爲(wei)磁場方(fang)向,y軸爲(wei)電極方(fang)向♈.
 
3仿真(zhen)實驗分(fen)析
　　前面(mian)介紹了(le)電磁流(liu)量計感(gan)應電勢(shi)數值計(ji)算方法(fa),在電磁(ci)🌂流量計(ji)電極範(fan)圍内任(ren)意截面(mian)中相對(dui)位置✍️的(de)磁場、權(quan)重函數(shu)、流體速(su)度基本(ben)相同,根(gen)據公式(shi)(1)即可獲(huo)得電極(ji)兩端感(gan)應信号(hao)的近似(si)值.下面(mian)對仿真(zhen)實驗進(jin)行驗證(zheng)性分析(xi).
　　仿真實(shi)驗中,電(dian)磁流量(liang)計中流(liu)體平均(jun)流速分(fen)别設定(ding)爲0.6687m/s.1.6717m/s.2.6747m/s.3.3433m/s,分别(bie)進行仿(pang)真與數(shu)值計算(suan)電磁流(liu)量計感(gan)應電勢(shi)差.如圖(tu)5所示爲(wei)流量與(yu)電磁流(liu)量計感(gan)應電勢(shi)差關系(xi)圖,從仿(pang)⭐真結果(guo)可以看(kan)出流量(liang)越大,感(gan)應電勢(shi)差也就(jiu)📞越大,總(zong)體上說(shuo),流量與(yu)感應信(xin)号基本(ben)上成線(xian)性關系(xi)，仿真結(jie)果符合(he)電磁流(liu)量計的(de)相關理(li)💰論.
　　仿真(zhen)與數值(zhi)計算方(fang)法爲電(dian)磁流量(liang)計此感(gan)應電動(dong)⭐勢的計(ji)♉算☔提供(gong)了-種新(xin)的解決(jue)方案,利(li)用該方(fang)法求出(chu)了流量(liang)❗計的感(gan)應🏃🏻電勢(shi)⚽差,即完(wan)成電磁(ci)流量計(ji)一-次傳(chuan)感系數(shu)轉換.流(liu)量計傳(chuan)感🐆器獲(huo)取的感(gan)應電勢(shi)差(感應(ying)信号)一(yi)般需通(tong)過信号(hao)預處理(li),信号放(fang)大單💛元(yuan),高通低(di)通🍉濾波(bo),進行信(xin)号提升(sheng)單元等(deng)環節最(zui)後☁️輸出(chu)流量測(ce)量顯示(shi)值.二次(ci)儀表轉(zhuan)換是将(jiang)電極間(jian)的感應(ying)電📞勢差(cha)轉💜換爲(wei)顯🍉示的(de)流量,二(er)次儀表(biao)轉化技(ji)㊙️術已經(jing)基本成(cheng)熟.當然(ran)本文爲(wei)仿真實(shi)驗在工(gong)業實際(ji)應用中(zhong)需要運(yun)用大量(liang)的幹濕(shi)标定對(dui)比☀️實驗(yan)進行對(dui)流量計(ji)标🙇‍♀️定進(jin)行修正(zheng),獲取一(yi)定🐕的修(xiu)正經驗(yan)值後,然(ran)後對流(liu)量計幹(gan)标定結(jie)果進行(hang)修正,從(cong)而獲得(de)正确有(you)效的電(dian)極此感(gan)應電動(dong)勢.
4結論(lun)
　　通過仿(pang)真的方(fang)法建立(li)了電磁(ci)流量計(ji)電極磁(ci)感應信(xin)号的數(shu)值計算(suan)模型,并(bing)在模型(xing)下對電(dian)磁流量(liang)計✔️不同(tong)流量下(xia)的感應(ying)信号進(jin)行計算(suan),該模型(xing)爲電磁(ci)流量計(ji)的流量(liang)的測量(liang)提供一(yi)🥵次傳感(gan)轉換系(xi)數,仿真(zhen)與數值(zhi)計算方(fang)法💘爲電(dian)磁流量(liang)計幹标(biao)🚶定提供(gong)了🔞一種(zhong)新的解(jie)決思路(lu).當然本(ben)文隻是(shi)從理論(lun)上對電(dian)磁流量(liang)計檢⛹🏻‍♀️測(ce)電極感(gan)應信号(hao)的計算(suan)方法,該(gai)🔴方法要(yao)真正的(de)🏃🏻應用于(yu)工業生(sheng)産中,電(dian)磁流量(liang)計幹标(biao)定仍需(xu)大量的(de)、更嚴格(ge)的實驗(yan)數據對(dui)該方🧑🏽‍🤝‍🧑🏻法(fa)幹标定(ding)誤差修(xiu)正值進(jin)行研究(jiu).

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