摘(zhai)要:爲(wei)解決(jue)當前(qian)疏浚(xun)船上(shang)電磁(ci)流量(liang)計 測(ce)速過(guo)程中(zhong)假設(she)磁場(chang)均勻(yun)及無(wu)法實(shi)時标(biao)定的(de)問題(ti),本🛀🏻文(wen)🌈提出(chu)-種新(xin)的磁(ci)場強(qiang)度計(ji)算方(fang)法以(yi)克服(fu)應用(yong)過程(cheng)中由(you)上述(shu)假🐆定(ding)所帶(dai)來的(de)局限(xian)性。該(gai)方法(fa)使📧用(yong)船上(shang)👉射線(xian)源密(mi)度計(ji)測得(de)的含(han)率及(ji)其變(bian)化率(lü),分别(bie)作爲(wei)計算(suan)電磁(ci)流💁量(liang)計磁(ci)場變(bian)化的(de)輸人(ren)變量(liang)，從而(er)得到(dao)計算(suan)時變(bian)電磁(ci)場的(de)磁場(chang)強度(du)的兩(liang)部分(fen)，據🌐此(ci)對電(dian)磁流(liu)量計(ji)的測(ce)量流(liu)速進(jin)行修(xiu)正。通(tong)過疏(shu)浚工(gong)程中(zhong)實際(ji)測試(shi),流速(su)的平(ping)均計(ji)算誤(wu)差能(neng)夠降(jiang)低爲(wei)5.51%。爲提(ti)高電(dian)磁流(liu)量計(ji)測量(liang)的正(zheng)确率(lü)和可(ke)應用(yong)範圍(wei)提供(gong)了實(shi)踐基(ji)礎。
　　電(dian)磁流(liu)量計(ji)是一(yi)種普(pu)遍使(shi)用的(de)管道(dao)測量(liang)儀表(biao)，不僅(jin)能㊙️提(ti)供流(liu)速測(ce)量參(can)數而(er)且能(neng)夠提(ti)供産(chan)量的(de)輸㊙️出(chu)結果(guo)。目前(qian),電磁(ci)流量(liang)計在(zai)我國(guo)疏浚(xun)行業(ye)的流(liu)速測(ce)量中(zhong)已經(jing)廣泛(fan)應用(yong)🤟叫。電(dian)磁流(liu)量計(ji)與其(qi)他流(liu)量計(ji)相比(bi)，具有(you)結構(gou)簡單(dan)無侵(qin)人性(xing)、量程(cheng)大和(he)測量(liang)對象(xiang)的範(fan)圍廣(guang)等特(te)點，特(te)别是(shi)與基(ji)于渦(wo)街、光(guang)學、超(chao)聲等(deng)測量(liang)儀器(qi)相比(bi)具有(you)以下(xia)優勢(shi)。
(1) 壓力(li)損失(shi)小。傳(chuan)感器(qi)構造(zao)簡單(dan)可靠(kao),不會(hui)破壞(huai)流場(chang)從而(er)不會(hui)改變(bian)被測(ce)流體(ti)流動(dong)狀态(tai),而且(qie)傳感(gan)器截(jie)💃面與(yu)管徑(jing)同口(kou)徑并(bing)使用(yong)光滑(hua)耐磨(mo)的材(cai)料作(zuo)爲襯(chen)🌈裏，避(bi)免了(le)磨損(sun)、阻塞(sai)等🧡情(qing)況的(de)發生(sheng),極大(da)減少(shao)運行(hang)功耗(hao)。
(2) 耐腐(fu)蝕性(xing)。由于(yu)測量(liang)管内(nei)壁的(de)襯裏(li)使用(yong)絕緣(yuan)材料(liao)🔞并且(qie)🏃‍♂️測量(liang)電極(ji)表面(mian)經過(guo)了化(hua)學鈍(dun)化，因(yin)此隻(zhi)要襯(chen)裏材(cai)料選(xuan)擇合(he)适就(jiu)能夠(gou)測量(liang)--般的(de)腐蝕(shi)性流(liu)體。
(3)不(bu)受流(liu)體物(wu)理參(can)數影(ying)響。管(guan)道内(nei)流體(ti)的流(liu)體參(can)數多(duo)💁達幾(ji)十個(ge)😘,對應(ying)不同(tong)的流(liu)形分(fen)布和(he)流動(dong)狀态(tai)。電磁(ci)流量(liang)計在(zai)測量(liang)過程(cheng)中受(shou)這些(xie)流動(dong)狀态(tai)和測(ce)量條(tiao)件影(ying)㊙️響很(hen)小，能(neng)穩定(ding)地對(dui)流體(ti)的體(ti)積濃(nong)度和(he)流速(su)進行(hang)測⭕量(liang),而且(qie)其🌈标(biao)定也(ye)很簡(jian)單,隻(zhi)需在(zai)測量(liang)管道(dao)中注(zhu)人固(gu)📧相對(dui)應的(de)液🧑🏾‍🤝‍🧑🏼相(xiang)物質(zhi)即可(ke)進行(hang)标定(ding)。
(4)量程(cheng)範圍(wei)大。流(liu)速測(ce)量範(fan)圍可(ke)達100:1至(zhi)1000:1。同-類(lei)型的(de)電磁(ci)流量(liang)計傳(chuan)感器(qi)在進(jin)行滿(man)量程(cheng)流速(su)測量(liang)時，使(shi)用的(de)🥵管徑(jing)最大(da)達到(dao)3m,而最(zui)小可(ke)🐇到分(fen)米量(liang)級,極(ji)大地(di)拓寬(kuan)了電(dian)磁流(liu)量計(ji)的可(ke)應用(yong)範圍(wei)。
(5)測量(liang)原理(li)是線(xian)性的(de)。電磁(ci)流量(liang)計所(suo)測量(liang)參數(shu)與法(fa)拉第(di)電磁(ci)感應(ying)定律(lü)所表(biao)述的(de)感應(ying)電動(dong)勢之(zhi)間滿(man)足确(que)🌈定的(de)線性(xing)關系(xi)💁。若流(liu)體的(de)流型(xing)穩定(ding)且被(bei)測多(duo)相流(liu)在管(guan)道内(nei)基本(ben)均勻(yun)，則測(ce)量相(xiang)對誤(wu)差可(ke)達到(dao)百分(fen)位,可(ke)測量(liang)正反(fan)兩個(ge)方向(xiang)的流(liu)量。
(6)适(shi)應性(xing)強。電(dian)場流(liu)量計(ji)的測(ce)量輸(shu)出實(shi)際上(shang)是流(liu)體截(jie)面⭐的(de)平均(jun)流速(su),标定(ding)過程(cheng)對測(ce)量的(de)流體(ti)物質(zhi)類型(xing)沒有(you)太高(gao)要求(qiu),并且(qie)電🔞場(chang)流量(liang)計滿(man)足綠(lü)色環(huan)保要(yao)求,便(bian)📱于安(an)裝和(he)維護(hu)。使用(yong)測量(liang)值的(de)輸出(chu)不涉(she)及流(liu)體的(de)動力(li)慣性(xing),響應(ying)靈敏(min)可⭐測(ce)瞬時(shi)流量(liang)。
然而(er)，當前(qian)基于(yu)法拉(la)第電(dian)磁感(gan)應定(ding)律的(de)電磁(ci)流量(liang)計測(ce)量隻(zhi)依☎️賴(lai)一對(dui)測量(liang)電極(ji)時，這(zhe)對于(yu)傳感(gan)器測(ce)量和(he)😘轉換(huan)器的(de)要求(qiu)高,至(zhi)少需(xu)要滿(man)足以(yi)下測(ce)量條(tiao)件”。
(1)磁(ci)感應(ying)強度(du)沿着(zhe)管道(dao)的軸(zhou)線方(fang)向必(bi)須是(shi)均勻(yun)的,而(er)且被(bei)測流(liu)體在(zai)傳感(gan)器對(dui)應的(de)每個(ge)橫截(jie)面上(shang)電荷(he)量也(ye)基本(ben)相㊙️等(deng)，從而(er)保證(zheng)流速(su)爲随(sui)着感(gan)應電(dian)動勢(shi)變化(hua)🛀🏻的唯(wei)一🌈變(bian)量,可(ke)🔴通過(guo)基本(ben)關系(xi)💰方程(cheng)求解(jie)得💛到(dao).
(2)被測(ce)流體(ti)的流(liu)型和(he)流速(su)是相(xiang)對穩(wen)定的(de),這就(jiu)要求(qiu)在很(hen)♌長的(de)管道(dao)量測(ce)範圍(wei)内流(liu)場是(shi)相對(dui)穩定(ding)和近(jin)似不(bu)變的(de)，所以(yi)測量(liang)傳感(gan)♈器的(de)前端(duan)須有(you)一-定(ding)長度(du)的直(zhi)管道(dao);反之(zhi)🥰,若是(shi)前⛷️端(duan)存在(zai)着彎(wan)管或(huo)者管(guan)道縮(suo)進,則(ze)必然(ran)導緻(zhi)測量(liang)結果(guo)産生(sheng)不同(tong)程度(du)偏差(cha)。
(3)由于(yu)僅僅(jin)依靠(kao)-對電(dian)極作(zuo)爲傳(chuan)感器(qi)進行(hang)測量(liang),從而(er)截面(mian)上的(de)不同(tong)點對(dui)于測(ce)量值(zhi)的影(ying)響和(he)貢獻(xian)難以(yi)正确(que)估計(ji)❓,當截(jie)面分(fen)布嚴(yan)重不(bu)均勻(yun)時,這(zhe)種影(ying)響無(wu)法忽(hu)略不(bu)計。
　　因(yin)此,實(shi)際應(ying)用中(zhong)上述(shu)測量(liang)條件(jian)很難(nan)滿足(zu)。多年(nian)來，很(hen)多研(yan)究💞針(zhen)對上(shang)述問(wen)題提(ti)出解(jie)決方(fang)案。實(shi)驗證(zheng)明在(zai)電磁(ci)流量(liang)計工(gong)作過(guo)程中(zhong)，磁感(gan)應強(qiang)度與(yu)電磁(ci)流量(liang)計的(de)♊精度(du)密切(qie)相關(guan),因此(ci)要提(ti)高流(liu)測量(liang)速精(jing)度必(bi)須正(zheng)确地(di)計算(suan)磁場(chang)強度(du),同✊時(shi)還必(bi)須考(kao)慮其(qi)他㊙️場(chang)域外(wai)不确(que)定因(yin)素的(de)影👣響(xiang)。進一(yi)步研(yan)✔️究了(le)電磁(ci)流量(liang)計的(de)磁場(chang)🌈測🐆量(liang)精度(du)與提(ti)高電(dian)磁流(liu)量計(ji)測🥵量(liang)正确(que)率的(de)關系(xi),爲更(geng)深人(ren)地研(yan)究電(dian)磁流(liu)量計(ji)的工(gong)作原(yuan)理提(ti)供了(le)實踐(jian)基礎(chu)。通過(guo)一系(xi)列典(dian)型㊙️流(liu)動狀(zhuang)态下(xia)的實(shi)驗證(zheng)明,可(ke)以從(cong)數據(ju)層面(mian)驗證(zheng)原先(xian)磁場(chang)設計(ji)的各(ge)個參(can)數是(shi)否合(he)理,包(bao)括磁(ci)轭和(he)極靴(xue)的大(da)小和(he)現狀(zhuang)等,分(fen)析了(le)各部(bu)分對(dui)磁場(chang)的影(ying)響及(ji)新的(de)設計(ji)思路(lu),爲研(yan)究穩(wen)定的(de)電磁(ci)流量(liang)計提(ti)供了(le)經驗(yan)。介紹(shao)了一(yi)種能(neng)夠檢(jian)測電(dian)導率(lü)更低(di)流體(ti)介質(zhi)的電(dian)磁流(liu)量計(ji),其設(she)計原(yuan)理是(shi)利用(yong)不同(tong)頻率(lü)下的(de)交流(liu)勵磁(ci)線圈(quan)提高(gao)濾波(bo)去噪(zao)過程(cheng)中正(zheng)确率(lü)和效(xiao)率,利(li)用不(bu)同頻(pin)率下(xia)信息(xi)之間(jian)的互(hu)補性(xing)實現(xian)對，應(ying)随機(ji)噪聲(sheng)的有(you)效抑(yi)🔞制,從(cong)而能(neng)夠對(dui)管道(dao)内電(dian)導率(lü)更低(di)的流(liu)動對(dui)象進(jin)行檢(jian)測和(he)識别(bie)。進一(yi)步研(yan)究了(le)低電(dian)導率(lü)流體(ti)的測(ce)量和(he)穩定(ding)性問(wen)🈚題,提(ti)出了(le)改變(bian)電磁(ci)流量(liang)計轉(zhuan)換電(dian)路的(de)新設(she)計方(fang)案。從(cong)電路(lu)的選(xuan)通、濾(lü)波、模(mo)數轉(zhuan)換和(he)💚控制(zhi)方面(mian)進行(hang)了一(yi)系列(lie)測試(shi)🛀🏻和一(yi)般性(xing)❓比較(jiao)分析(xi)。
　　然而(er)，疏浚(xun)作業(ye)工程(cheng)中電(dian)場流(liu)量計(ji)測量(liang)條件(jian)更加(jia)複雜(za),由于(yu)管道(dao)内固(gu)相含(han)率是(shi)變化(hua)的，因(yin)此管(guan)道内(nei)每個(ge)截面(mian)👨‍❤️‍👨含有(you)的流(liu)體的(de)電導(dao)率也(ye)是快(kuai)變的(de)，這種(zhong)變化(hua)必然(ran)産生(sheng)附加(jia)磁場(chang),導緻(zhi)實際(ji)磁場(chang)是變(bian)化的(de)。這樣(yang)将無(wu)法滿(man)足電(dian)㊙️場流(liu)量計(ji)測量(liang)的基(ji)本要(yao)求,如(ru)果使(shi)用法(fa)拉第(di)電磁(ci)感應(ying)♋定律(lü)進行(hang)計算(suan)必然(ran)産生(sheng)誤差(cha)。
　　本文(wen)面向(xiang)疏浚(xun)工程(cheng)的具(ju)體應(ying)用條(tiao)件,使(shi)用電(dian)磁流(liu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量計(ji)和船(chuan)上🔴射(she)線源(yuan)密度(du)計進(jin)行組(zu)合測(ce)量,從(cong)而得(de)出更(geng)加正(zheng)确的(de)磁場(chang)強度(du)🐆,以解(jie)決已(yi)有流(liu)速方(fang)法無(wu)📞法正(zheng)确💜計(ji)算磁(ci)電轉(zhuan)換效(xiao)應導(dao)緻流(liu)速👈計(ji)算不(bu)正确(que)的問(wen)題。
1電(dian)磁流(liu)量計(ji)測量(liang)原理(li)
　　電磁(ci)流量(liang)計的(de)測量(liang)服從(cong)法拉(la)第電(dian)磁感(gan)應定(ding)律吧(ba)，其中(zhong)切割(ge)磁力(li)線的(de)流體(ti)爲具(ju)有一(yi)定導(dao)電性(xing)或弱(ruo)導電(dian)性流(liu)🥵體，如(ru)圖1所(suo)示。
 
　　使用(yong)一對(dui)上下(xia)對稱(cheng)的勵(li)磁線(xian)圈在(zai)測量(liang)管道(dao)内産(chan)生基(ji)本😍均(jun)勻的(de)磁場(chang),帶有(you)一定(ding)導電(dian)性流(liu)體的(de)流動(dong)方向(xiang)垂直(zhi)于磁(ci)場方(fang)向,從(cong)而在(zai)管内(nei)做切(qie)割磁(ci)力線(xian)🤩運動(dong)并産(chan)生感(gan)⭕應電(dian)動勢(shi)。在管(guan)道兩(liang)端測(ce)量的(de)電極(ji)✨連接(jie)閉合(he)回路(lu),對應(ying)測量(liang)感應(ying)👉電動(dong)勢可(ke)👉以測(ce)得。當(dang)磁.感(gan)應強(qiang)度😘大(da)小一(yi)定時(shi),感應(ying)電動(dong)勢與(yu)流量(liang)成正(zheng)比，電(dian)動勢(shi)方向(xiang)🤩可按(an)判斷(duan)磁場(chang)方向(xiang)的右(you)手規(gui)☀️則進(jin)行判(pan)斷,其(qi)計算(suan)表達(da)式爲(wei)
 
　　式中(zhong):E爲感(gan)應電(dian)動勢(shi);k爲标(biao)定參(can)數;B0爲(wei)勵磁(ci)線圈(quan)産生(sheng)的磁(ci)感應(ying)強度(du);D爲測(ce)量管(guan)内徑(jing);`v爲平(ping)均流(liu)速;Q爲(wei)流量(liang),大小(xiao)由流(liu)👈體平(ping)均流(liu)速決(jue)定。對(dui)于圓(yuan)形測(ce)量管(guan)道，單(dan)位時(shi)間穿(chuan)過測(ce)量管(guan)道流(liu)體的(de)體積(ji)流量(liang)Q與E之(zhi)間滿(man)☁️足
 
　　式(shi)(2)表明(ming)，在管(guan)道内(nei)徑D和(he)磁感(gan)應強(qiang)度B0爲(wei)定值(zhi)時，感(gan)應電(dian)動勢(shi)🍉E與流(liu)體瞬(shun)時體(ti)積流(liu)量Q成(cheng)正比(bi)。然而(er)，這種(zhong)正比(bi)關系(xi)的👣成(cheng)立依(yi)賴💋于(yu)下🈲列(lie)前提(ti)條件(jian)。
(1)不僅(jin)由勵(li)磁線(xian)圈産(chan)生的(de)磁感(gan)應強(qiang)度B0必(bi)須基(ji)本保(bao)持不(bu)變,而(er)且☂️傳(chuan)感器(qi)對應(ying)每個(ge)橫截(jie)面上(shang)流體(ti)包含(han)的電(dian)🔴荷量(liang)👣基本(ben)不變(bian)以保(bao)持磁(ci)場穩(wen)定;否(fou)則，變(bian)化的(de)電荷(he)量就(jiu)會産(chan)生變(bian)化的(de)電場(chang)從而(er)産生(sheng)附加(jia)磁場(chang)，使計(ji)算得(de)到的(de)流體(ti)流速(su)産生(sheng)不可(ke)預期(qi)🈲的偏(pian)差。
(2)被(bei)測流(liu)體基(ji)本是(shi)沿着(zhe)軸向(xiang)流動(dong)與磁(ci)力線(xian)做切(qie)割垂(chui)直💃運(yun)動，反(fan)之,不(bu)穩定(ding)的紊(wen)流或(huo)渦流(liu)使得(de)切割(ge)方向(xiang)不垂(chui)直甚(shen)至反(fan)向，必(bi)然導(dao)緻計(ji)算誤(wu)差。
(3)溫(wen)度、熱(re)電效(xiao)應等(deng)影響(xiang)可忽(hu)略不(bu)計，流(liu)體磁(ci)導率(lü)與真(zhen)空相(xiang)同，這(zhe)樣就(jiu)可忽(hu)略流(liu)體磁(ci)性與(yu)工作(zuo)磁場(chang)之間(jian)相互(hu)作✨用(yong)産☎️生(sheng)的影(ying)響。在(zai)疏浚(xun)工程(cheng)中流(liu)體是(shi)由基(ji)本不(bu)包含(han)電荷(he)的固(gu)🥰相物(wu)質❗(沙(sha)土、碎(sui)礫石(shi)等)和(he)包含(han)電荷(he)的液(ye)相物(wu)質(海(hai)水等(deng))構成(cheng)，除了(le)溫度(du)和熱(re)電🈲效(xiao)應影(ying)響很(hen)小外(wai)，其他(ta)假設(she)是很(hen)難成(cheng)立的(de)。事實(shi)上，與(yu)磁場(chang)耦合(he)的流(liu)場是(shi)受工(gong)況限(xian)制而(er)非上(shang)述理(li)想狀(zhuang)況，具(ju)體限(xian)制如(ru)下。
(1)在(zai)疏浚(xun)管道(dao)作業(ye)過程(cheng)中，固(gu)液流(liu)的流(liu)速變(bian)化範(fan)圍通(tong)常⁉️在(zai)3~6m/s内變(bian)化[13],而(er)每個(ge)截面(mian)上含(han)率不(bu)同，這(zhe)意味(wei)着任(ren)何🌏一(yi)個🐪截(jie)面🐇的(de)電場(chang)是快(kuai)速變(bian)化的(de)。根據(ju)Maxwell方程(cheng)，變化(hua)的磁(ci)場必(bi)然産(chan)生動(dong)生電(dian)動勢(shi)，從而(er)實際(ji)磁場(chang)B0必❓然(ran)是時(shi)變♻️的(de)。
(2)在圓(yuan)形管(guan)道中(zhong)流體(ti)充分(fen)發展(zhan)後，管(guan)道中(zhong)間的(de)流速(su)比較(jiao)均勻(yun)，但是(shi)管壁(bi)處流(liu)速梯(ti)度較(jiao)大。圖(tu)2(a)爲理(li)想流(liu)速分(fen)布，當(dang)雷諾(nuo)數較(jiao)小時(shi)💚弧度(du)較大(da)[14],對應(ying)流速(su)差别(bie)也大(da)。但由(you)于現(xian)場管(guan)道安(an)裝複(fu)雜(例(li)如有(you)大量(liang)彎管(guan)、閥門(men)等)，實(shi)❤️際流(liu)速分(fen)布如(ru)圖2(b)所(suo)示。若(ruo)流速(su)越低(di),則不(bu)同位(wei)置流(liu)速差(cha)異越(yue)大同(tong)時伴(ban)随着(zhe)素流(liu)或渦(wo)流産(chan)生,所(suo)以在(zai)實際(ji)應用(yong)中管(guan)道内(nei)平均(jun)流速(su)很難(nan)正确(que)測得(de)。
 
　　爲了(le)确保(bao)測量(liang)結果(guo)更接(jie)近實(shi)際流(liu)速，在(zai)實際(ji)疏浚(xun)工程(cheng)測💛量(liang)中，主(zhu)要采(cai)用對(dui)測量(liang)流速(su)進行(hang)示蹤(zong)物标(biao)定和(he)不同(tong)工況(kuang)下多(duo)次标(biao)定的(de)方法(fa)15]。示蹤(zong)物标(biao)定比(bi)較好(hao)理解(jie)，隻需(xu)要在(zai)一定(ding)長度(du)管道(dao)的入(ru)口與(yu)出口(kou)放入(ru)示蹤(zong)物，記(ji)錄其(qi)度越(yue)時間(jian)後就(jiu)可以(yi)計算(suan)出平(ping)🙇🏻均流(liu)速。多(duo)點标(biao)定是(shi)在多(duo)種工(gong)況分(fen)類标(biao)定。但(dan)是無(wu)論哪(na)種方(fang)法都(dou)無法(fa)适應(ying)工況(kuang)的複(fu)雜性(xing)，更加(jia)無法(fa)判斷(duan)紊流(liu)♋對于(yu)精度(du)的影(ying)響，本(ben)文将(jiang)提出(chu)解決(jue)上述(shu)🔱問題(ti)的解(jie)決方(fang)案。
2電(dian)磁流(liu)量計(ji)誤差(cha)分析(xi)與改(gai)進措(cuo)施
　　目(mu)前普(pu)遍使(shi)用的(de)電磁(ci)流量(liang)計雖(sui)然利(li)用了(le)電磁(ci)現象(xiang)，但僅(jin)僅獲(huo)得相(xiang)應的(de)感應(ying)電動(dong)勢，無(wu)法确(que)定時(shi)變💛的(de)磁場(chang)強度(du)。由于(yu)實際(ji)管道(dao)中截(jie)面含(han)率可(ke)以由(you)射線(xian)源密(mi)度計(ji)測量(liang)，射線(xian)源密(mi)度計(ji)與電(dian)磁流(liu)量計(ji)相距(ju)很近(jin)(如⭐圖(tu)3所示(shi))，因此(ci)可近(jin)似認(ren)爲測(ce)量的(de)是同(tong)-對象(xiang)。從進(jin)一步(bu)減小(xiao)誤差(cha)角度(du)出發(fa)，測得(de)的含(han)率與(yu)流速(su)位置(zhi)差異(yi)也可(ke)以通(tong)過電(dian)磁流(liu)量計(ji)測得(de)平均(jun)流速(su)修正(zheng)，即根(gen)據平(ping)均流(liu)速将(jiang)測得(de)的含(han)率序(xu)列向(xiang)後平(ping)移-定(ding)單位(wei)。本文(wen)用射(she)線源(yuan)密度(du)計測(ce)得的(de)含率(lü)及其(qi)變化(hua)率作(zuo)爲輸(shu)入變(bian)量，提(ti)高電(dian)磁流(liu)量計(ji)的測(ce)速精(jing)度。
 
　　在(zai)使用(yong)法拉(la)第電(dian)磁感(gan)應定(ding)律測(ce)速時(shi)，爲了(le)實時(shi)估計(ji)變🍓化(hua)的🙇‍♀️B值(zhi)，根據(ju)Maxwell方程(cheng)，B服從(cong)以下(xia)本構(gou)方程(cheng):
 
　　式中(zhong):▽爲二(er)階微(wei)分算(suan)子;μ爲(wei)磁導(dao)率;H爲(wei)磁場(chang)強度(du)，這裏(li)假✂️設(she)磁感(gan)應🧡強(qiang)度與(yu)磁場(chang)強度(du)滿足(zu)線性(xing)關系(xi);σ(vxB)表示(shi)帶電(dian)流體(ti)産生(sheng)洛倫(lun)茲力(li)引起(qi)的磁(ci)場電(dian)場;σE表(biao)示歐(ou)姆電(dian)流🔴對(dui)于磁(ci)場的(de)貢獻(xian)。爲此(ci)，必須(xu)量測(ce)和計(ji)算式(shi)(3)右邊(bian)兩項(xiang)的值(zhi)才能(neng)正确(que)地确(que)🆚定磁(ci)場強(qiang)度。在(zai)疏浚(xun)管道(dao)測量(liang)中,任(ren)何截(jie)面的(de)電場(chang)變化(hua)主💞要(yao)由流(liu)體内(nei)液相(xiang)所包(bao)含的(de)電荷(he)量引(yin)起，而(er)液相(xiang)包含(han)的電(dian)荷量(liang)又是(shi)由于(yu)🔴截面(mian)含率(lü)及其(qi)變化(hua)引起(qi)，具體(ti)分析(xi)如下(xia)。
(1)任何(he)一個(ge)截面(mian)的電(dian)荷完(wan)全包(bao)含于(yu)液相(xiang)中，雖(sui)然液(ye)相與(yu)固相(xiang)是混(hun)雜在(zai)-起形(xing)成混(hun)合液(ye)，無論(lun)液相(xiang)與固(gu)相是(shi)否可(ke)分，根(gen)據電(dian)荷守(shou)恒定(ding)律産(chan)生的(de)磁場(chang)應滿(man)💁足
 
　　式(shi)中:B1爲(wei)感生(sheng)電動(dong)勢産(chan)生的(de)磁感(gan)應強(qiang)度;v爲(wei)截面(mian)固相(xiang)含率(lü);k1爲B1與(yu)v之間(jian)的比(bi)例系(xi)數,需(xu)要預(yu)先測(ce)試後(hou)标定(ding)。
(2)任何(he)一個(ge)截面(mian)的電(dian)荷完(wan)全包(bao)含于(yu)液相(xiang)中，含(han)率的(de)😄變化(hua)意味(wei)🐪着電(dian)場的(de)變化(hua)，從而(er)導緻(zhi)變化(hua)的電(dian)場産(chan)生附(fu)加的(de)💛磁場(chang)，本質(zhi)上對(dui)應的(de)是動(dong)生電(dian)動勢(shi)的變(bian)化，其(qi)應✉️滿(man)足.
 
　　式(shi)中:B2爲(wei)動生(sheng)電動(dong)勢産(chan)生的(de)磁感(gan)應強(qiang)度;△Y爲(wei)截面(mian)固相(xiang)含率(lü)的變(bian)化率(lü);k2爲B2與(yu)△y的比(bi)例系(xi)數,需(xu)要預(yu)先測(ce)試後(hou)标定(ding)。最後(hou)得到(dao)最終(zhong)磁感(gan)應強(qiang)度B爲(wei)
 
　　式中(zhong)，B0爲勵(li)磁線(xian)圈産(chan)生的(de)磁感(gan)應強(qiang)度。将(jiang)B代入(ru)式(1)，則(ze)㊙️流🔅速(su)可以(yi)進-步(bu)正确(que)确定(ding)。在已(yi)有的(de)電磁(ci)流量(liang)計磁(ci)場計(ji)算時(shi)，假設(she)B1是不(bu)變的(de)，但是(shi)這不(bu)符合(he)疏浚(xun)管道(dao)的實(shi)際情(qing)況。
　　因(yin)此，利(li)用射(she)線源(yuan)密度(du)計或(huo)者船(chuan)上的(de)實際(ji)測量(liang)裝置(zhi)等測(ce)量出(chu)含率(lü)Y及其(qi)變化(hua)率△Y,在(zai)線估(gu)計出(chu)瞬時(shi)流🈲場(chang)中實(shi)際存(cun)在的(de)時變(bian)磁感(gan)應強(qiang)度B，并(bing)作爲(wei)式(3)的(de)輸入(ru)變量(liang)。結合(he)實際(ji)測得(de)的感(gan)應電(dian)動勢(shi)E，能夠(gou)有效(xiao)、正确(que)地計(ji)算出(chu)時變(bian)的磁(ci)感應(ying)強度(du)進而(er)正确(que)計算(suan)出瞬(shun)時流(liu)速，克(ke)📧服當(dang)前電(dian)磁流(liu)量計(ji)隻能(neng)🔅使用(yong)1個事(shi)先标(biao)定的(de)先驗(yan)磁場(chang)強度(du)導緻(zhi)流速(su)計算(suan)的誤(wu)差❌。上(shang)述方(fang)法的(de)實現(xian)步驟(zhou)和實(shi)現過(guo)程如(ru)圖4和(he)表1所(suo)示。
 
3實(shi)驗分(fen)析
　　測(ce)試是(shi)在黃(huang)骅港(gang)'“神浚(xun)7号”船(chuan)上實(shi)施，使(shi)用了(le)曆史(shi)數據(ju)和實(shi)際施(shi)工數(shu)據作(zuo)爲參(can)考比(bi)對。實(shi)際疏(shu)浚船(chuan).上雖(sui)然🆚有(you)電磁(ci)流量(liang)計和(he)射線(xian)源密(mi)度計(ji)，但是(shi)沒有(you)其他(ta)客觀(guan)可以(yi)比較(jiao)的實(shi)時流(liu)速數(shu)據，因(yin)此分(fen)别采(cai)用漂(piao)浮物(wu)标定(ding)法和(he)水下(xia)泵輸(shu)出功(gong)率變(bian)動法(fa)兩種(zhong)方式(shi)作爲(wei)流速(su)檢驗(yan)的客(ke)觀标(biao)準，驗(yan)證本(ben)🌈文所(suo)提出(chu)方💛法(fa)的有(you)效性(xing)和正(zheng)确性(xing)，其中(zhong)水下(xia)泵輸(shu)出功(gong)率與(yu)流✏️速(su)有緊(jin)密🈲的(de)正相(xiang)關性(xing)。
　　在實(shi)驗過(guo)程中(zhong)已經(jing)确保(bao)挖泥(ni)船在(zai)淤泥(ni)或細(xi)粉沙(sha)🌍土土(tu)質的(de)施工(gong)條件(jian)下進(jin)行，同(tong)時必(bi)須使(shi)管内(nei)泥漿(jiang)濃度(du)在合(he)理範(fan)圍，即(ji)在一(yi)個較(jiao)寬的(de)流速(su)範圍(wei)内工(gong)♉作而(er)不至(zhi)于形(xing)✉️成段(duan)塞流(liu)甚至(zhi)管道(dao)堵㊙️塞(sai)等極(ji)端情(qing)♈況，因(yin)此需(xu)要把(ba)水下(xia)泥泵(beng)真空(kong)壓力(li)設置(zhi)♻️在合(he)理範(fan)🐆圍。在(zai)實驗(yan)過程(cheng)中，根(gen)據船(chuan)上壓(ya)力曆(li)史數(shu)據，設(she)置真(zhen)空壓(ya)力值(zhi)範圍(wei)爲[0.5MPa,12.0MPa]。
具(ju)體實(shi)驗步(bu)驟如(ru)下。
步(bu)驟1不(bu)斷近(jin)似等(deng)間距(ju)地增(zeng)加艙(cang)内泵(beng)的輸(shu)出功(gong)率從(cong)而改(gai)變流(liu)速。
步(bu)驟2在(zai)每個(ge)固定(ding)的輸(shu)出功(gong)率下(xia)，讓系(xi)統穩(wen)定工(gong)作一(yi)段時(shi)間後(hou)，通過(guo)調整(zheng)絞刀(dao)的挖(wa)深得(de)到依(yi)次遞(di)增🎯的(de)泥漿(jiang)濃度(du)并記(ji)錄泥(ni)漿的(de)瞬時(shi)濃度(du)。
步驟(zhou)3在每(mei)個固(gu)定的(de)輸出(chu)功率(lü)下，從(cong)管口(kou)放入(ru)标志(zhi)物并(bing)記錄(lu)其放(fang)入時(shi)間及(ji)到達(da)管口(kou)的時(shi)間，從(cong)而得(de)到漂(piao)浮物(wu)⭐的度(du)越時(shi)🐪間。實(shi)驗中(zhong)輸送(song)管徑(jing)的長(zhang)度爲(wei)5000m,因此(ci)得到(dao)的平(ping)均流(liu)速😍的(de)相對(dui)誤差(cha)較小(xiao)，具有(you)客觀(guan)性。
　　圖(tu)5顯示(shi)電磁(ci)流量(liang)計測(ce)量的(de)瞬時(shi)流速(su)(對應(ying)方法(fa)1)近乎(hu)平緩(huan)♈，由于(yu)🍓輸出(chu)功率(lü)的增(zeng)加幅(fu)度并(bing)不足(zu)夠大(da)，使得(de)電❗磁(ci)流量(liang)計本(ben)身的(de)輸出(chu)不能(neng)反映(ying)出整(zheng)個艙(cang)内泵(beng)輸出(chu)功率(lü)導㊙️緻(zhi)的實(shi)💘際流(liu)速的(de)增加(jia)，而且(qie)由于(yu)整體(ti)含率(lü)逐漸(jian)增加(jia)，輸出(chu)流速(su)甚至(zhi)有下(xia)降趨(qu)勢。這(zhe)與實(shi)際工(gong)況和(he)經驗(yan)不符(fu),因⛷️爲(wei)含率(lü)的增(zeng)加不(bu)可能(neng)根本(ben)改變(bian)流速(su)的變(bian)化趨(qu)勢，而(er)使用(yong)本文(wen)方法(fa)計算(suan)得到(dao)的流(liu)速🈚(對(dui)應方(fang)法2)有(you)明顯(xian)上升(sheng)趨♈勢(shi)，并在(zai)艙内(nei)泵輸(shu)出功(gong)率穩(wen)定時(shi)趨🔴于(yu)平穩(wen)，與艙(cang)内泵(beng)的輸(shu)出功(gong)率基(ji)本一(yi)緻。
 
　　表2進(jin)一步(bu)比較(jiao)了電(dian)磁流(liu):星計(ji)按照(zhao)3種方(fang)法計(ji)算的(de)平均(jun)流速(su)。其中(zhong)，平均(jun)流速(su)是指(zhi)由電(dian)磁流(liu)量計(ji)輸出(chu)流速(su)的平(ping)均值(zhi);修正(zheng)流速(su)是指(zhi)用本(ben)研究(jiu)提出(chu)的方(fang)法計(ji)算的(de)流速(su)的平(ping)均值(zhi);客觀(guan)流速(su)是指(zhi)通過(guo)标示(shi)物測(ce)得的(de)流速(su)平均(jun)值。實(shi)驗中(zhong)濃度(du)數據(ju)使用(yong)射線(xian)源密(mi)度計(ji)得到(dao)，考慮(lü)到船(chuan)上上(shang)遊射(she)線源(yuan)密度(du)計與(yu)下遊(you)電磁(ci)流量(liang)計相(xiang)距1.5m,因(yin)此将(jiang)射線(xian)源密(mi)度計(ji)的濃(nong)⛷️度測(ce)量值(zhi)序列(lie)向🌈後(hou)移動(dong)一定(ding)長度(du)🌏，該移(yi)動長(zhang)度根(gen)據标(biao)示物(wu)的平(ping)均流(liu)速值(zhi)除1.5m後(hou)得到(dao)。
 
　　由表(biao)2可知(zhi)，相比(bi)于标(biao)示物(wu)測得(de)的客(ke)觀流(liu)速，本(ben)文方(fang)法計(ji)算的(de)平均(jun)流速(su)明顯(xian)更加(jia)接近(jin)實際(ji)值。按(an)照相(xiang)對誤(wu)差标(biao)準，在(zai)整個(ge)流速(su)㊙️則量(liang)過程(cheng)中，流(liu)速越(yue)高相(xiang)應測(ce)量誤(wu)差越(yue)🐆小，本(ben)文方(fang)法的(de)相對(dui)誤差(cha)從11.27%降(jiang)低到(dao)7.23%。而僅(jin)僅依(yi)賴于(yu)已有(you)🏒電磁(ci)流量(liang)計所(suo)測量(liang)💃🏻的流(liu)速，不(bu)僅相(xiang)對誤(wu)差更(geng)大，而(er)且随(sui)着流(liu)速和(he)濃度(du)的增(zeng)大而(er)增大(da)，相對(dui)誤差(cha)從11.27%增(zeng)大到(dao)17.28%。.上述(shu)結果(guo)表明(ming)，本文(wen)提出(chu)的流(liu)速計(ji)算方(fang)法更(geng)加合(he)理和(he)客觀(guan)。
4結語(yu)
　　目前(qian)電磁(ci)流量(liang)計的(de)相關(guan)研究(jiu)多聚(ju)焦在(zai)低電(dian)導率(lü)流體(ti)介質(zhi)、非滿(man)管狀(zhuang)态、節(jie)能型(xing)電磁(ci)流量(liang)計及(ji)系統(tong)結構(gou)㊙️和工(gong)藝等(deng)🈲問題(ti)上，對(dui)磁場(chang)測量(liang)和分(fen)布的(de)研究(jiu)較少(shao)。本文(wen)從分(fen)析磁(ci)場産(chan)生的(de)機理(li)出發(fa)，以船(chuan)上現(xian)有測(ce)量設(she)備輸(shu)出參(can)數爲(wei)基礎(chu),提出(chu)一個(ge)新的(de)流速(su)正确(que)測量(liang)改進(jin)方案(an)，以期(qi)對于(yu)工程(cheng)問🏃🏻‍♂️題(ti)産生(sheng)實際(ji)🐆的指(zhi)導意(yi)義。由(you)于電(dian)磁流(liu)量計(ji)🐆在流(liu)場中(zhong)測量(liang)是一(yi)個複(fu)雜的(de)、多因(yin)素相(xiang)互作(zuo)用問(wen)題，涉(she)及電(dian)場與(yu)磁場(chang)的耦(ou)台、複(fu)雜流(liu)形和(he)🏃🏻‍♂️不同(tong)測量(liang)對象(xiang)(如土(tu)質等(deng))下差(cha)異等(deng)，如何(he)減小(xiao)誤差(cha)還必(bi)須考(kao)慮這(zhe)些因(yin)素的(de)☔影響(xiang)。今後(hou)可繼(ji)續研(yan)宄更(geng)加正(zheng)确的(de)流速(su)計算(suan)公式(shi)。

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