摘(zhai)要： 電磁流量計 測(ce)量管壁爲絕緣材(cái)料或者内壁附有(you)絕緣層，但該結構(gòu)限制了電磁流量(liang)計應用範圍，同時(shi)絕緣層破損造❓成(chéng)了測量誤差🚶‍♀️。因此(ci)有一類電磁流量(liàng)計去掉了絕緣層(céng)，但這💔種設計會導(dao)緻流量計輸出信(xìn)号下降而影響測(cè)量。針對導體管壁(bi)電磁流量計 輸出(chū)信号減弱的特點(dian)，提出了信号補償(cháng)法，利用此方法對(duì)輸✍️出信号衰減程(chéng)度進行判斷，再此(cǐ)基礎上進行信号(hao)👅補償。
0引言
　　随着流(liú)量測量方法與技(ji)術研究工作的不(bú)斷發展與進步，預(yu)🤩計未來5年中電磁(cí)流量計的使用規(gui)模将再增加30％［1］。由于(yú)儀表使用範圍廣(guǎng)，傳統的電磁流量(liang)計一直以來就是(shì)㊙️研究的熱點問題(tí)之一。學者們針對(dui)不同結構的電磁(ci)流量計給出了研(yán)究成果，并推動了(le)電磁流量計的技(jì)術發展。KOLLáRL等［2］研究了(le)一種利用多✍️電極(jí)磁流量計邊界周(zhou)圍的電勢分布進(jin)行速度重♉建析方(fāng)法。SHiY．和WanGM．［3－４］提出了一種(zhong)基随着流量測量(liàng)方法與技術研究(jiū)工作的不斷發展(zhan)與進步，預計未來(lai)5年中電磁流量計(jì)的使用規模将再(zài)增加30％［1］。由于儀表使(shi)用範圍廣，傳統的(de)電磁流量計一直(zhi)以來就是研究的(de)熱點問題之一。學(xue)者們針對不同結(jie)構的電磁流量計(jì)給☎️出了研究成果(guo)，并推動了電磁流(liu)量計的技術發展(zhan)。KOLLáRL等［2］研究了一種利(lì)用多電極磁流量(liang)計邊界周圍的電(diàn)勢分布進行速度(dù)重建析方法。SHiY．和WanGM．［3－４］提(ti)出了一種基于感(gan)應技術的圓弧形(xing)電極測量兩相流(liu)中的感應電勢和(hé)導電相的速度。
　　LEEunGcuLSatiEn和(hé)LucaS［5－6］設計了一種用于(yú)在分層流中重建(jiàn)軸向速度分布的(de)多電極磁流量計(ji)。HELQ．［7－8］提出一種用于非(fēi)滿管測量的電磁(ci)流量計傳感器，其(qí)💰中由并聯多電極(jí)構成的平行陣列(liè)作爲測流量計傳(chuan)感器。REiSE．等人［９－10］比較了(le)不同幾何結構的(de)電極特征，總結出(chu)雙環型電極是用(yòng)于測量兩相空氣(qi)－水流體積濃度的(de)最佳㊙️結構。WatRaLZ．［11－12］等人設(she)🌈計了一種适用于(yu)矩形截面管道的(de)電磁流量計，用以(yi)測量明渠中攜帶(dài)污染物和軸向👄速(sù)度不對稱的液體(tǐ)。對導體管壁電🏃磁(ci)流量計的研究文(wén)獻相對較⭐少［13－15］，而這(zhe)類‼️傳感器在核工(gong)業等🧑🏽‍🤝‍🧑🏻場合有非常(chang)重要的🆚應用。
1理論(lun)背景
　　電磁流量計(ji)的基本原理是法(fǎ)拉第電磁感應定(ding)律。導電流體🔞切割(gē)磁力線産生感應(yīng)電動勢與流體流(liú)速成🐪正比。通過🌈測(cè)量感應電勢來實(shi)現利用電磁流量(liang)計對流體流速的(de)測量。目前電磁流(liú)量計的測量管襯(chen)裏爲絕緣材料，将(jiang)流體與🐅測量管隔(ge)開，且兩個測量電(dian)極在測量管周向(xiàng)軸對稱分布。由于(yu)絕緣材料基本爲(wei)聚四氟乙烯，制約(yue)了電磁流量計使(shǐ)用範圍（工作溫度(du)低于500℃）；電磁流量計(ji)在流量測量過程(chéng)中，絕緣襯裏很容(róng)易與👈測量管道内(nèi)壁脫🙇🏻離、剝落、拉破(po)等，從而導緻對流(liú)量信🔞号造成幹擾(rao)，影響測量精度。去(qu)掉無絕緣襯裏🔆，采(cai)用導體材料作爲(wei)測🚶‍♀️量管的電🚶‍♀️磁流(liu)量計可以解決因(yīn)傳統内襯給測量(liàng)帶來的問🈲題。但是(shì)由于測量管道爲(wèi)非絕緣材料，而導(dao)緻傳感器輸出信(xin)号下降。針對以上(shàng)問題，研究了一種(zhong)測量單元來動态(tài)監測由💛于無絕緣(yuan)襯裏🏃🏻‍♂️帶來的測量(liàng)信号衰弱，同時給(gei)予微弱真實信号(hào)補償，來保證流量(liang)計測🈲量的精度。
　　當(dāng)傳感器爲傳統電(dian)磁流量傳感器時(shi)，即其電極爲點電(diàn)極，管道爲絕緣圓(yuan)形直管，流體爲滿(man)管對稱流，流量💋計(jì)電極兩端輸出的(de)電壓U爲：
U=2R1B`n????????? (1)
　　式中：B爲磁(ci)感應強度；Ri爲管道(dào)内半徑；`n爲導電流(liú)體平均流🏃🏻速。
　　對于(yú)導體管壁電磁流(liu)量計，導電流體以(yi)一定速度🌈流過測(cè)量管道，産生的感(gan)應電勢不會完全(quan)由電極輸出。這是(shi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻由于去掉絕緣襯(chèn)裏的導電管壁對(duì)流體感應電勢産(chǎn)生短路效應。
導體(ti)管壁電磁流量計(jì)電極輸電壓爲：

　　式(shi)中：Rｏ爲管道外半徑(jìng)；σW爲管道電導率；σｆ爲(wèi)導電流體電✉️導率(lü)；τ爲流體📞與管道的(de)接觸電阻。對比式(shi)（1）與（2）可知，導體管壁(bì)流🆚量計的電極間(jiān)輸出信号是有衰(shuai)減的，衰減率爲ｋ。爲(wei)了提⭐高導體管壁(bì)流量計測🧡量的準(zhun)确性及穩定性💋，考(kao)慮通過系數ｋ對測(cè)量電極間輸出信(xin)号進行補償。
2信号(hao)系統設計
　　電極結(jié)構如圖1所示。CE爲感(gǎn)應電流電極，ＦE爲反(fan)饋電極，GE爲接❄️地電(dian)極👌，SE爲信号電極，PE爲(wèi)電壓電極。

　　如圖2所(suo)示，導體管壁電磁(cí)流量計輸出信号(hào)由伺服✏️放大模塊(kuài)㊙️對輸出信号進行(hang)監控并補償，即伺(sì)服放🏃🏻‍♂️大模塊将傳(chuán)感器輸出信㊙️号與(yu)反饋信号進行比(bi)較并放大，當輸出(chū)信号與反饋信号(hào)平衡時，伺服放大(da)模塊停止工作。信(xin)号經由采樣🐕保持(chí)模塊✍️進行模數轉(zhuan)換。信号再由差分(fèn)放大🔞器及信号輸(shu)出放大器進行放(fang)大，使得對傳感器(qi)輸出微弱信号進(jin)行更精确的放大(dà)。

3實驗驗證
　　在實驗(yàn)室中，利用所設計(ji)的補充信号系統(tong)，對導體電磁流量(liang)🈚計進行實驗。實驗(yan)中采用恒幅電流(liu)和低頻矩形波（50/16Hz）産(chan)生勵磁。要保證放(fàng)大器第一級的輸(shu)入阻抗必須足夠(gou)高，否則會産生誤(wù)差，補償效果不理(lǐ)⛱️想。被測導電液體(tǐ)的電導率爲5～10μS/cm，實驗(yan)中采用的水電🈲導(dao)率爲163μS/cm。測量管道外(wài)徑爲30mm，内徑爲27mm。電極(jí)😘之間的阻抗🤞約爲(wèi)在500～1000KΩ。

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