摘要：
電(dian)磁流量計(ji)
測量管壁(bi)爲絕緣材(cai)料或者内(nei)壁附有絕(jue)緣層，但該(gai)結構限制(zhi)了電磁流(liu)量計應用(yong)範圍，同時(shi)絕緣層破(po)損造成了(le)測量誤差(cha)☁️。因此有一(yi)類電磁流(liu)量計去掉(diao)了絕緣層(ceng)，但這種設(she)計會導緻(zhi)🈚流量計輸(shu)出信号下(xia)降而影響(xiang)測量。針對(dui)導體管壁(bi)電磁流量(liang)計
輸出信(xin)号減弱的(de)特點，提出(chu)了信号補(bu)償法，利用(yong)此方法對(dui)輸出信号(hao)衰減程度(du)進行判斷(duan)，再此基礎(chu)上進行信(xin)号補償。
0引(yin)言
随着流(liu)量測量方(fang)法與技術(shu)研究工作(zuo)的不斷發(fa)展與進☔步(bu)，預計未來(lai)5年中電磁(ci)流量計的(de)使用規模(mo)将✨再增加(jia)30％［1］。由于儀表(biao)使用範圍(wei)廣，傳統的(de)電磁流量(liang)計一直以(yi)來就是研(yan)究的🔞熱點(dian)問題之一(yi)⛱️。學者們針(zhen)對不同結(jie)構的電磁(ci)流量計給(gei)出了研究(jiu)成果，并推(tui)動了電磁(ci)流量🔞計的(de)技術發展(zhan)。KOLLáRL等［2］研究了(le)一種利用(yong)多電極磁(ci)流量計💃邊(bian)界周圍的(de)電勢分布(bu)進行速度(du)重建析方(fang)法。SHiY．和WanGM．［3－４］提出(chu)了一種基(ji)随着流量(liang)測量方法(fa)與技術研(yan)究工作的(de)不💯斷發展(zhan)與進步，預(yu)計未來5年(nian)中🈲電磁流(liu)量計的使(shi)用規模将(jiang)再增加30％［1］。由(you)于儀表使(shi)用範圍廣(guang)，傳統的電(dian)磁流量計(ji)一直以來(lai)就☔是研究(jiu)的🌈熱點問(wen)題之一。學(xue)者們針對(dui)不同結構(gou)的電磁流(liu)量計給出(chu)了研究成(cheng)果，并推動(dong)了電磁流(liu)量計的技(ji)術發展。KOLLáRL等(deng)［2］研🤟究了一(yi)種利用多(duo)電極磁流(liu)量計邊界(jie)周圍的電(dian)勢分布進(jin)行速度重(zhong)建析方法(fa)。SHiY．和WanGM．［3－４］提出了(le)一種基于(yu)感應技術(shu)的💁圓弧形(xing)電極測量(liang)兩相流中(zhong)的感應電(dian)勢和🧑🏽🤝🧑🏻導電(dian)相的速度(du)。
LEEunGcuLSatiEn和LucaS［5－6］設計了(le)一種用于(yu)在分層流(liu)中重建軸(zhou)向速度分(fen)布的多電(dian)極磁流量(liang)計。HELQ．［7－8］提出一(yi)種用于非(fei)滿管測量(liang)的電磁流(liu)量計傳感(gan)器，其中由(you)并聯多電(dian)極構成的(de)❗平行陣列(lie)作爲測流(liu)量計傳感(gan)器。REiSE．等人［９－10］比(bi)較了不同(tong)幾何結構(gou)的電極特(te)征，總結出(chu)雙環型電(dian)極是用于(yu)測量兩相(xiang)空氣－水流(liu)體積濃度(du)的最佳結(jie)構。WatRaLZ．［11－12］等人設(she)💰計了一種(zhong)适用于矩(ju)形截面管(guan)道的電磁(ci)流量計，用(yong)以測量明(ming)渠中攜帶(dai)污染物和(he)軸向速度(du)不對稱的(de)液體。對導(dao)體管壁電(dian)磁流量計(ji)的研究文(wen)獻相對較(jiao)少［13－15］，而這類(lei)傳感器在(zai)核工業等(deng)場合有非(fei)常重要的(de)應用。
1理論(lun)背景
電磁(ci)流量計的(de)基本原理(li)是法拉第(di)電磁感應(ying)定律。導電(dian)🛀🏻流體切割(ge)磁力線産(chan)生感應電(dian)動勢與流(liu)體流速成(cheng)正比。通過(guo)測量感應(ying)電勢來實(shi)現利用電(dian)磁流💜量計(ji)對📱流體流(liu)速的測量(liang)。目前電磁(ci)流量計的(de)測量管襯(chen)裏爲絕緣(yuan)材料，将流(liu)體與♌測量(liang)管隔開，且(qie)兩個🔴測量(liang)電極在測(ce)量管周向(xiang)軸對稱分(fen)布。由于絕(jue)緣材料基(ji)本爲聚四(si)氟乙烯，制(zhi)約了電磁(ci)流量計使(shi)用範圍（工(gong)作溫度低(di)于500℃）；電磁流(liu)量計在流(liu)量測量過(guo)程中，絕緣(yuan)襯裏很容(rong)易與測量(liang)管道内壁(bi)脫🥵離🍓、剝落(luo)、拉破🚩等，從(cong)而導✌️緻對(dui)流量信号(hao)造成幹擾(rao)，影響測量(liang)精度。去掉(diao)無絕緣襯(chen)裏，采用導(dao)體材料作(zuo)爲測量管(guan)的電磁流(liu)量計可以(yi)解決因傳(chuan)統内襯給(gei)測量帶來(lai)的問題。但(dan)是由于測(ce)量管道爲(wei)非絕緣材(cai)料，而導緻(zhi)傳感器輸(shu)出信🔅号下(xia)降。針對以(yi)上問題，研(yan)究了一種(zhong)測量單元(yuan)來動态監(jian)測由☎️于無(wu)絕緣襯裏(li)帶來的測(ce)量信号衰(shuai)弱，同時給(gei)予微🔱弱真(zhen)實信号補(bu)償💛，來保證(zheng)流量計測(ce)量的精度(du)。
當傳感器(qi)爲傳統電(dian)磁流量傳(chuan)感器時，即(ji)其電極爲(wei)點電極，管(guan)道爲絕緣(yuan)圓形直管(guan)，流體爲滿(man)管對稱流(liu)，流量㊙️計電(dian)極兩端輸(shu)出的電壓(ya)U爲：
U=2R1B`n????????? (1)
式中：B爲(wei)磁感應強(qiang)度；Ri爲管道(dao)内半徑；`n爲(wei)導電流體(ti)平均流速(su)。
對于導體(ti)管壁電磁(ci)流量計，導(dao)電流體以(yi)一定速度(du)流過測量(liang)管道，産生(sheng)的感應電(dian)勢不會完(wan)全由電極(ji)輸出。這是(shi)由于🌏去掉(diao)絕緣襯裏(li)的導電管(guan)壁對流體(ti)感應電勢(shi)産生短路(lu)效應。
導體(ti)管壁電磁(ci)流量計電(dian)極輸電壓(ya)爲：
式中：Rｏ爲(wei)管道外半(ban)徑；σW爲管道(dao)電導率；σｆ爲(wei)導電流體(ti)電導率；τ爲(wei)🔞流體與管(guan)道的接觸(chu)電阻。對比(bi)式（1）與（2）可知(zhi)，導體管壁(bi)流⛱️量計的(de)電極間輸(shu)出信号是(shi)有衰減的(de)，衰減率爲(wei)♋ｋ。爲了提高(gao)導體管壁(bi)流☁️量計測(ce)🐕量的準确(que)性及穩定(ding)性，考慮通(tong)過系數ｋ對(dui)測量電極(ji)間輸出信(xin)号進行補(bu)償。
2信号系(xi)統設計
電(dian)極結構如(ru)圖1所示。CE爲(wei)感應電流(liu)電極，ＦE爲反(fan)饋電極，GE爲(wei)接地電極(ji)❗，SE爲信号電(dian)極，PE爲電壓(ya)電極。
如圖2所示(shi)，導體管壁(bi)電磁流量(liang)計輸出信(xin)号由伺服(fu)放🔞大模塊(kuai)對輸出信(xin)号進行監(jian)控并補償(chang)，即伺服放(fang)大模塊将(jiang)傳感🔆器輸(shu)出信♉号與(yu)反饋信号(hao)進行比較(jiao)并放大，當(dang)輸出信号(hao)與💯反饋信(xin)号平衡時(shi)，伺服放大(da)模塊停止(zhi)工作。信号(hao)💃經由采樣(yang)保持模塊(kuai)進行模數(shu)轉換。信号(hao)再由差分(fen)放大器及(ji)信号輸♻️出(chu)放大器進(jin)行放大，使(shi)得對傳感(gan)器輸出微(wei)弱信号進(jin)行更精确(que)的放大。
3實驗驗(yan)證
在實驗(yan)室中，利用(yong)所設計的(de)補充信号(hao)系統，對導(dao)體電磁流(liu)量計進行(hang)實驗。實驗(yan)中采用恒(heng)幅電流和(he)低頻矩形(xing)波（50/16Hz）産生勵(li)磁。要保證(zheng)放大器第(di)一級的輸(shu)入阻抗必(bi)須足夠🐉高(gao)，否則會産(chan)生誤差，補(bu)償效果不(bu)理🐆想。被測(ce)導電液體(ti)的電導率(lü)爲5～10μS/cm，實驗中(zhong)采用的水(shui)電💜導率爲(wei)163μS/cm。測量管道(dao)外徑爲30mm，内(nei)徑爲27mm。電極(ji)之間的阻(zu)抗約爲在(zai)500～1000KΩ。
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