摘要：運(yun)用有限(xian)元軟件(jian)ANSYS對電磁(ci)流量計(ji)中存在(zai)非導電(dian)物體建(jian)立的仿(pang)真模型(xing)，研究了(le)不同内(nei)徑管道(dao)對電磁(ci)流量計(ji)敏🥰感場(chang)響應💃🏻特(te)性的影(ying)響，爲電(dian)磁流量(liang)計測量(liang)兩相流(liu)🌏時傳感(gan)器電極(ji)🥰尺寸設(she)計提供(gong)一定的(de)參考，也(ye)☁️爲電磁(ci)流⭐量計(ji)在一🧑🏽‍🤝‍🧑🏻定(ding)管徑下(xia)兩相流(liu)測🈲量的(de)誤差分(fen)析提供(gong)理論依(yi)據。
0引言(yan)
　　電磁流(liu)量計 是(shi)一種利(li)用電磁(ci)感應原(yuan)理進行(hang)測量的(de)儀表。電(dian)磁流🏒量(liang)計應用(yong)于多相(xiang)流中時(shi)具有獨(du)特的優(you)點，如對(dui)流速✍️分(fen)布不太(tai)敏感🐇，管(guan)道中無(wu)阻礙流(liu)動的部(bu)件等🥰［１］。近(jin)年來，在(zai)一些特(te)殊領域(yu)中電磁(ci)流量計(ji)逐步開(kai)始應用(yong)于多相(xiang)流流速(su)的測量(liang)。許多學(xue)者對電(dian)磁流量(liang)🌈計在多(duo)相流的(de)測量問(wen)題上開(kai)始了研(yan)究。張小(xiao)章在簡(jian)化的二(er)維模型(xing)下分别(bie)求解💚了(le)單個氣(qi)泡處🐆于(yu)流量計(ji)管軸線(xian)和橫🏃‍♂️截(jie)面不同(tong)位置時(shi)虛電流(liu)的分布(bu)情況［２－３］，并(bing)對流體(ti)中含✔️有(you)一個氣(qi)泡時電(dian)磁流量(liang)計虛🍓電(dian)流的三(san)維特性(xing)進行了(le)研究［４］；Jae.Euncha等(deng)運用２個(ge)流量計(ji)來❗計算(suan)空隙率(lü)的大小(xiao)［5］；王月明(ming)等對電(dian)磁流量(liang)法測量(liang)🤞油氣水(shui)多相流(liu)進行了(le)一系列(lie)的研究(jiu)［６－９］。
　　本文運(yun)用有限(xian)元軟件(jian)ANSYS對電磁(ci)流量計(ji)中存在(zai)非導電(dian)物體建(jian)✔️立仿真(zhen)模型，在(zai)此模型(xing)下研究(jiu)了流量(liang)計💃傳感(gan)💚器的管(guan)直徑大(da)小與非(fei)導電物(wu)質大小(xiao)變化對(dui)流量計(ji)敏感場(chang)影響。研(yan)究結果(guo)可爲電(dian)♍磁流量(liang)計在🥰一(yi)定管徑(jing)下兩相(xiang)流測量(liang)誤差提(ti)供一定(ding)的分析(xi)依據。
１敏(min)感場靈(ling)敏度定(ding)義
　　當導(dao)電流體(ti)流過外(wai)加磁場(chang)時，作切(qie)割磁力(li)線運動(dong)。根據🈲法(fa)拉第❄️電(dian)磁感應(ying)定律，通(tong)過測量(liang)感應電(dian)動勢的(de)值來求(qiu)出流體(ti)速♍度和(he)流量。這(zhe)就是電(dian)磁流量(liang)計測量(liang)流量的(de)基本原(yuan)理。當流(liu)體中出(chu)現非導(dao)電物質(zhi)時，會使(shi)感應電(dian)動勢的(de)分布發(fa)生變化(hua)。電磁流(liu)量計🥵的(de)基本方(fang)程：

　　式中(zhong)：U爲兩極(ji)的電勢(shi)差；A爲對(dui)空間積(ji)分；W爲矢(shi)量權函(han)數，它是(shi)一個隻(zhi)由電磁(ci)流量計(ji)本身結(jie)構決定(ding)的量，其(qi)表達式(shi)爲

　　虛電(dian)流是電(dian)磁流量(liang)計理論(lun)中一個(ge)重要的(de)量。它決(jue)定着電(dian)磁流量(liang)計測量(liang)區域權(quan)重函數(shu)分布情(qing)況［４］。也就(jiu)決定着(zhe)🔅電磁流(liu)量計内(nei)部敏感(gan)場分布(bu)情況。
　　爲(wei)了定量(liang)地考查(cha)電磁流(liu)量計内(nei)部非導(dao)電物質(zhi)對電磁(ci)流量計(ji)敏感場(chang)的分布(bu)影響，定(ding)義ｃ爲敏(min)感場靈(ling)♌敏度，其(qi)定義如(ru)式（3）所示(shi)：

　　爲了清(qing)晰地描(miao)述電磁(ci)流量計(ji)中流體(ti)中存在(zai)非導電(dian)物質時(shi)，電磁流(liu)量計的(de)響應特(te)性情況(kuang)，運用敏(min)感場靈(ling)🌍敏度ｃ來(lai)刻🏃‍♀️畫這(zhe)💃🏻一響應(ying)結果。
２仿(pang)真模型(xing)及仿真(zhen)實驗
２.１仿(pang)真模型(xing)
　　仿真實(shi)驗是在(zai)ANSYS環境下(xia)進行的(de)，爲了考(kao)查電磁(ci)流量計(ji)傳感器(qi)中不同(tong)管徑大(da)小對流(liu)量計存(cun)在非導(dao)電🐕物質(zhi)💃🏻流體響(xiang)應特性(xing)🔴影響情(qing)況。仿真(zhen)模型爲(wei)垂直上(shang)升管，如(ru)圖１所示(shi)，ＡＮＳＹＳ仿真模(mo)型中隻(zhi)對電磁(ci)流量計(ji)中的流(liu)體進行(hang)建模，２個(ge)電極中(zhong)心方向(xiang)稱爲ｘ軸(zhou)，２個電極(ji)相🔴距爲(wei)２R，流體中(zhong)心軸稱(cheng)爲ｙ軸，ｘ軸(zhou)與ｙ軸構(gou)成直角(jiao)坐标系(xi)🏃‍♀️，兩軸交(jiao)彙點爲(wei)坐标原(yuan)點，設定(ding)仿真模(mo)型高度(du)爲１0R（即💁ｙ軸(zhou)是從－5R到(dao)5R），分别如(ru)圖１所示(shi)。電極兩(liang)端給一(yi)定的電(dian)壓值㊙️，一(yi)定半徑(jing)的非導(dao)電物質(zhi)由流體(ti)底部進(jin)入，沿着(zhe)ｙ軸随着(zhe)上升的(de)流體向(xiang)上運動(dong)，仿真實(shi)驗對電(dian)磁流量(liang)計中流(liu)體的虛(xu)電流進(jin)行考查(cha)，從ｙ軸－４.5R到(dao)４.5R每隔0.5R采(cai)集１次仿(pang)真數據(ju)。通過分(fen)析，以獲(huo)🔞得電磁(ci)流量計(ji)存在相(xiang)同半徑(jing)非導電(dian)物質在(zai)不同半(ban)徑管道(dao)或不同(tong)電極大(da)小時對(dui)流量計(ji)響應特(te)性影響(xiang)情況。

２.２仿(pang)真實驗(yan)
　　仿真實(shi)驗中，設(she)定通過(guo)電磁流(liu)量計的(de)非導電(dian)物質大(da)小不變(bian)，流🌐量計(ji)内壁管(guan)徑的直(zhi)徑設定(ding)爲0.8R，R，1.2R，1.4R，1.6R，流量(liang)計流體(ti)中設定(ding)半徑爲(wei)0.1R的非導(dao)電物質(zhi)通過電(dian)磁流量(liang)計的中(zhong)心軸，對(dui)🌐電磁流(liu)量計中(zhong)㊙️流體的(de)🏃虛電流(liu)進行考(kao)查，以獲(huo)☎️得流體(ti)中相同(tong)大小非(fei)導電物(wu)♊質對不(bu)同半徑(jing)管道的(de)電磁流(liu)量計敏(min)感場影(ying)響情況(kuang)。
　　爲了節(jie)省篇幅(fu)，這裏隻(zhi)顯示其(qi)中一個(ge)實驗的(de)部分仿(pang)真圖，如(ru)圖２所示(shi)。從仿真(zhen)結果可(ke)以發現(xian)不同管(guan)徑大小(xiao)對電⛱️磁(ci)流量計(ji)的虛電(dian)流分布(bu)是有一(yi)定影響(xiang)的，但這(zhe)些分布(bu)性的仿(pang)🤟真結果(guo)♋無法較(jiao)好地在(zai)數值上(shang)給予電(dian)極大小(xiao)與管徑(jing)變化對(dui)流量計(ji)敏感場(chang)影響大(da)小情況(kuang)💁的說明(ming)。下面✏️将(jiang)在仿真(zhen)結果分(fen)析中通(tong)過敏感(gan)場靈敏(min)度ｃ對仿(pang)真數據(ju)分析。

３仿(pang)真結果(guo)分析
　　爲(wei)了詳實(shi)地考查(cha)管直徑(jing)變化下(xia)對流量(liang)計敏感(gan)場靈敏(min)😍度影響(xiang)⛷️，運用敏(min)感場靈(ling)敏度ｃ分(fen)别對每(mei)個仿真(zhen)☎️實驗⛹🏻‍♀️進(jin)行分析(xi)并對比(bi)實驗結(jie)果。
　　圖３爲(wei)不同大(da)小内徑(jing)管道與(yu)流量計(ji)敏感場(chang)靈敏度(du)🈲關系圖(tu)☎️，橫⛷️軸表(biao)示非導(dao)電物質(zhi)在電磁(ci)流量計(ji)ｙ軸的位(wei)置🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，縱軸(zhou)爲敏👅感(gan)場靈敏(min)🙇‍♀️度ｃ，圖中(zhong)各條線(xian)分别代(dai)表了不(bu)同測量(liang)管徑大(da)小時非(fei)導電物(wu)質在不(bu)同位置(zhi)♌時敏感(gan)場靈敏(min)度ｃ的🚶‍♀️變(bian)化情況(kuang)🐅。
　　對于半(ban)徑一定(ding)的（本例(li)爲0.1R）非導(dao)電物質(zhi)，管道半(ban)徑越大(da)💃🏻，在電極(ji)（ｙ軸♉坐标(biao)原點）附(fu)近非導(dao)電物質(zhi)對電磁(ci)流💋量計(ji)的敏☀️感(gan)場靈敏(min)度ｃ的響(xiang)應特性(xing)就越小(xiao)，仿真實(shi)驗也可(ke)以說明(ming)，當電磁(ci)流量計(ji)管道半(ban)徑變小(xiao)時，非導(dao)電物質(zhi)🙇🏻對電磁(ci)流⭐量計(ji)的敏感(gan)場靈敏(min)度影響(xiang)在💋電極(ji)（ｙ軸坐标(biao)👣原點）附(fu)近變化(hua)是比較(jiao)快的；流(liu)量計管(guan)道半徑(jing)變大時(shi)，非導電(dian)物質對(dui)電磁流(liu)量計的(de)敏感場(chang)靈敏度(du)影響在(zai)電極附(fu)近變化(hua)變得緩(huan)慢。仿真(zhen)實驗👈可(ke)得出：在(zai)電磁流(liu)📞量計電(dian)極一定(ding)時，根📞據(ju)測量流(liu)體中非(fei)導電物(wu)質的大(da)☂️小以及(ji)電磁流(liu)量計管(guan)道半徑(jing)可以估(gu)計出該(gai)電磁流(liu)量計的(de)兩相流(liu)測量精(jing)度（敏感(gan)場靈敏(min)度響應(ying)情況🚩），爲(wei)㊙️測量兩(liang)相流的(de)電磁流(liu)☔量計傳(chuan)感器誤(wu)差分析(xi)提🐪供一(yi)定分析(xi)依據。

４結束(shu)語
　　本文(wen)運用有(you)限元軟(ruan)件對流(liu)體中含(han)有非導(dao)電物質(zhi)時對電(dian)磁流🤞量(liang)計敏感(gan)場響應(ying)特性進(jin)行建模(mo)仿真，通(tong)過模型(xing)分析了(le)流量計(ji)管道内(nei)徑大小(xiao)與流量(liang)計的敏(min)感場靈(ling)敏度響(xiang)應特性(xing)的關系(xi)。研究結(jie)果爲一(yi)定管徑(jing)下電磁(ci)流量計(ji)兩相流(liu)測量的(de)誤差分(fen)析提供(gong)一定的(de)理論依(yi)據。

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