1引言(yán)
　　近年來,電(diàn)磁流量計(jì) 的勵磁結(jie)構況備受(shou)研究人員(yuan)的關注對(duì)外流式的(de)電🔱磁流量(liàng)🔆計的磁場(chang)分布情況(kuàng)進行了仿(pang)真研究"在(zai)些特🙇‍♀️殊的(de)工況領域(yu)👨‍❤️‍👨下,如何設(she)計電磁流(liú)量計直是(shi)工程技術(shù)人員研究(jiū)的熱點問(wèn)⭕題”,生産測(ce)井中特殊(shu)工況環境(jing)下如何設(she)計電磁流(liu)量計傳感(gan)器結構一(yi)直是石油(yóu)生😄産測井(jing)領域研究(jiū)的問題,電(diàn)磁相關法(fǎ)流量測量(liàng)傳感器解(jiě)決了生産(chan)測井中油(you)氣水三相(xiang)流流量測(ce)量問題.另(ling)一方面生(shēng)産測井空(kong)間狹小，需(xu)✌️要構造特(te)殊的電磁(cí)流量計傳(chuan)感器,本文(wen)提出了一(yi)種勵磁結(jie)構的磁芯(xīn)設計爲T型(xíng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的電磁流(liu)量計,使得(dé)有限的空(kong)間下電磁(cí)流量🔴計的(de)勵磁線圈(quan)空間增大(da),進而增強(qiang)測量管道(dao)中(測量區(qu)域)磁場強(qiang)度，使兩端(duān)🌏電極🔴感應(yīng)信号變大(dà),有助于信(xìn)号的獲取(qu),爲有限空(kong)間下的井(jing)下 小管徑(jìng)集電磁流(liu)量計 實現(xian)提供可能(neng).同時,對電(dian)磁流量計(jì)勵磁結構(gou)中T型磁芯(xīn)參數進行(háng)研究，獲得(dé)不同T型磁(cí)芯對測量(liàng)管道中磁(cí)😍場産生的(de)影響💜.研究(jiu)🈲結果可爲(wei)應用在一(yi)些特❤️殊場(chǎng)合中具有(yǒu)T型磁芯的(de)電磁流量(liang)計實現提(tí)供參考依(yī)據.
1T型磁芯(xīn)結構
　　T型磁(cí)芯是爲較(jiào)小的空間(jian)下實現盡(jìn)可能大的(de)勵磁線圈(quān)而提出㊙️的(de),如圖1所示(shì)爲較小空(kōng)間結構下(xià),設計🤞有T型(xíng)磁芯♻️的電(diàn)📞磁流量計(ji)傳感器截(jié)面圖.在圖(tu)中1表示線(xian)圈🚩位置;2表(biǎo)☔示磁芯位(wèi)置;3表示電(dian)極及其固(gù)定器件位(wèi)置;4表示襯(chen)裏位置;5表(biao)示内徑壁(bi)位置;6表示(shì)外徑壁;7表(biǎo)示測量⁉️管(guǎn)道(測量區(qū)域).如圖1所(suǒ)示電磁流(liu)量計勵磁(cí)結構磁芯(xīn)造型近似(si)爲T型(因稱(cheng)爲T型磁芯(xin)),磁芯在靠(kao)近電磁流(liu)量計内管(guǎn)道時爲T型(xing)磁芯的較(jiào)長端.如圖(tu)中所示,T型(xing)磁芯較長(zhang)端與x軸夾(jiá)角爲a,T型磁(cí)芯較短端(duan)與x軸夾角(jiǎo)爲b,T型磁芯(xin)較長端寬(kuān)度爲k1,T型磁(ci)芯較📞短端(duan)寬度爲k2.
 
2磁場評(ping)價指标
　　爲(wei)了詳細的(de)獲得電磁(ci)流量計勵(lì)磁線圈及(ji)T型磁芯🤞變(biàn)化對流量(liàng)計測量區(qū)域内部磁(ci)場強度分(fèn)布的影響(xiang)情㊙️況，引入(rù)樣本平均(jun)值樣本标(biao)準差、變異(yi)系數磁場(chǎng)均勻度、感(gan)應電勢值(zhí)等磁場評(píng)價指🌂标分(fen)析傳感器(qi)勵磁線圈(quan)不同軸向(xiàng)長度時測(ce)量區域内(nei)部磁場分(fen)布情況，如(ru)式(1)所示.式(shi)中，Bs爲樣本(běn)平均值;`B爲(wei)樣本标🥵準(zhun)差;Bcv爲樣本(ben)磁👣場均勻(yun)度;Bc爲樣本(běn)變異系數(shu).在這4個磁(ci)場評價指(zhǐ)标中,樣本(ben)平均值越(yue)大越好，樣(yàng)本标準差(cha)越小越好(hao),磁場均🏃勻(yún)度越大越(yue)好,變異系(xì)數越小✏️越(yuè)好.
 
　　式中，S均(jun1)勻爲測量(liang)區域任意(yì)一點磁感(gan)應強度與(yǔ)`B之比在均(jun)勻🐪95%至105%的面(mian)積和,S測量(liang)區的總面(miàn)積。
　　由Maxwell方程(cheng)及在一定(dìng)的假設條(tiáo)件下，可得(dé)I5]電磁流量(liàng)計的感應(yīng)♋電💔勢的表(biao)達方程"],如(ru)式(2)所示:
 
　　式(shi)中，U2-U1是兩電(dian)極的電勢(shi)差;A表示對(duì)所有空間(jian)積分;L爲絕(jue)緣管道筒(tong)長一半;r爲(wei)流量計截(jie)面管半徑(jing);矢量`B是導(dao)電流體的(de)流速;B是磁(ci)感應強度(dù);W爲矢量權(quan)重函數,它(tā)是-一個隻(zhi)由電磁流(liu)👄量計本身(shen)結構決定(dìng)的量.由(2)式(shì)可知，隻💔要(yào)确定了流(liu)體的流速(sù)V、磁感應強(qiáng)度B、以及👣權(quán)重函數W,以(yǐ)及流量計(jì)管徑半徑(jing),就可💘以求(qiu)流量計🌐的(de)感應電勢(shi)差.
3仿真實(shi)驗
　　仿真實(shí)驗中，設定(dìng)a分别爲23°,30°,35°,40°，45°,50°,設(shè)定b小于等(deng)于a,根據實(shí)際情❗況設(shè)定✍️角度分(fèn)别爲8°,16°,23°,30°,35°,40°,45°,50°.仿真(zhēn)實驗中設(shè)定T型磁芯(xīn)較💰長端寬(kuān)度爲h1占🐇T型(xing)磁♈芯整✔️個(gè)寬度的1/3,1/2以(yǐ)及2/3時(即h1/(h1+k2)爲(wèi)1/3,1/2以及2/3時的(de)🤩情況)分别(bie)考查不同(tong)參數情況(kuang)下T型磁芯(xin)構建的勵(lì)磁結構對(duì)電磁流量(liàng)計測量區(qū)域㊙️中産生(shēng)的磁場影(yǐng)響情況.
 
　　如(rú)圖2所示爲(wèi)不同T型磁(ci)芯結構在(zai)電磁流量(liàng)計測量區(qu)域産生磁(cí)場強度分(fèn)布仿真圖(tu).由于篇幅(fú)原因，這裏(li)隻顯示了(le)k1/(k1+k2)爲1/2,b爲23°的仿(pang)真圖.圖2(a),(b),(c),(d)分(fen)别顯示的(de)是a爲23°,
4實驗(yàn)數據分析(xī)
　　爲了考察(cha)不同T型磁(ci)芯結構對(dui)電磁流量(liàng)計測量區(qu)🏃🏻域磁場強(qiáng)度♈的分布(bu)情況影響(xiang),仿真實驗(yàn)中獲得的(de)數據結果(guǒ)運用公式(shi)(1)電磁流量(liang)計磁場強(qiang)度分布評(ping)價指标進(jìn)行分析，以(yǐ)獲得電磁(ci)流量計不(bú)同T型磁芯(xīn)結構參數(shù)對流量計(ji)測量區域(yu)😍的磁場強(qiáng)度分布影(ying)響,從而爲(wei)電👉磁流量(liang)計T型磁芯(xīn)結構設計(jì)給出指導(dao)性的意見(jian).
 
　　如圖3所示(shì)爲不同T型(xing)磁芯結構(gòu)下測量區(qū)域産生磁(cí)場✊感應強(qiáng)度平均值(zhí)，圖中橫坐(zuo)标爲T型磁(ci)芯b的角度(du)🌈,縱坐标爲(wei)測量區域(yù)的平👣均磁(cí)場強度，圖(tú)标表示的(de)♍是T型磁芯(xīn)的不✍️同α的(de)角度以及(ji)磁芯長端(duān)寬度所占(zhàn)🤞的比例其(qi)中以“角度(du)-比例”表示(shì)👄,例如30-1/2表示(shì)T型磁芯的(de)較長端角(jiǎo)度α爲30°,k1/(k1+k2)爲1/2時(shi)的測量區(qu)域中平均(jun1)磁場強度(du)測量結果(guo)圖标Other爲T型(xing)磁芯較長(zhǎng)端的角度(dù)α與較短端(duān)的角度b相(xiàng)等(即爲23,30,35,40,45,50)時(shi)的流⁉️量計(ji)測:量區域(yu)中的平均(jun)磁場強度(dù).從仿真結(jié)果可以看(kan)出:T型磁芯(xīn)的較長端(duan)㊙️的角度α越(yue)小，流量計(jì)測量區域(yù)中平均磁(cí)場強度越(yue)🐇大;在T型磁(cí)芯的較長(zhǎng)端的🔞角度(dù)α一定時,T型(xíng)磁芯的較(jiao)短端的角(jiǎo)度b越小，流(liu)量計💚測量(liang)區域中平(píng)均磁場強(qiáng)度越大;在(zài)T型磁芯的(de)較長端的(de)角度α與較(jiao)短端的角(jiǎo)度b一定時(shi)✂️,T型磁芯的(de)k1/(k1+k2)越小，在流(liú)量計測量(liang)🐕區域中平(píng)❄️均磁場強(qiang)度越大.
 
　　如(ru)圖4所示爲(wèi)不同T型磁(ci)芯結構下(xià)測量區域(yù)産生磁場(chǎng)感💯應強度(du)标準差，圖(tú)中橫坐标(biao)爲T型磁芯(xin)b的角度,縱(zong)坐标爲測(cè)量區域⚽磁(cí)場強度的(de)标準差，圖(tú)标圖例⛱️與(yǔ)圖3中一緻(zhì)從仿真結(jie)果可以看(kàn)出:T型磁芯(xin)的較長端(duān)的角度α越(yuè)小，流量計(ji)測量區域(yù)中磁場強(qiáng)度标準差(chà)越大;在T型(xíng)磁芯的較(jiao)長端的角(jiǎo)度α一定時(shi),T型磁芯⭐的(de)較短端的(de)角⭐度b越小(xiao)，流量計㊙️測(ce)量區域中(zhōng)磁場強度(dù)标準差越(yuè)大;在T型磁(ci)芯的較長(zhang)端的角度(dù)α與較短端(duān)的角度b一(yī)定時,T型磁(cí)芯的k1/(k1+k2)越小(xiǎo)，在流量計(jì)測量區域(yu)中磁場強(qiáng)度标準差(chà)越大。
 
　　标準(zhǔn)差代表磁(cí)場測量區(qu)域的磁場(chang)分布波動(dong)性較大🚩，因(yin)而🏃‍♂️需引🔞入(ru)變異系數(shu)對測量區(qū)域中的磁(ci)場分布情(qíng)況進一步(bu)分析.如圖(tu)5所示爲不(bú)同T型磁芯(xin)結構👅下測(cè)量區域磁(ci)場感應強(qiang)度變💚異系(xì)數,圖中橫(heng)坐标爲T型(xíng)磁芯b的角(jiǎo)度，縱坐标(biāo)爲測量區(qu)域磁場強(qiang)度分🏃🏻‍♂️布的(de)變異系數(shù),圖标圖例(li)與圖3中一(yi)緻.從仿真(zhēn)結果可以(yǐ)看出:T型磁(ci)芯的較長(zhang)端的角度(dù)α越小，流量(liàng)💚計測，量區(qū)域中磁場(chang)強度變異(yì)系數越大(da);在T型磁芯(xīn)的較🧑🏾‍🤝‍🧑🏼長🌈端(duān)的角度α一(yi)定時,T型磁(cí)芯的較短(duǎn)端的☎️角度(dù)b越小，流量(liang)計測量區(qu)域中磁🧑🏾‍🤝‍🧑🏼場(chǎng)強度變異(yì)系數越大(da)♌;在T型磁芯(xīn)的較長端(duān)的角度α與(yǔ)較短端的(de)角度🌈b一定(dìng)時，T型磁芯(xin)的k1/(k1+k2)越小，在(zài)流量計測(cè)量區域中(zhōng)磁場強度(du)變異♊系數(shu)越大.異系(xi)數越大說(shuo)明磁場分(fèn)布越不均(jun1)勻，波動性(xing)越大;異系(xi)數越小說(shuo)明磁場分(fen)布趨向均(jun1)勻.下面通(tong)過計算測(ce)量區域中(zhōng)的磁場均(jun)勻區域來(lai)對這一結(jie)果進一步(bù)的分🔆析.
 
　　如(ru)圖6所示爲(wèi)不同T型磁(cí)芯結構下(xia)測量區域(yu)磁場感應(ying)🐕強📐度均勻(yún)區域面積(ji)，圖中橫坐(zuo)标爲T型磁(cí)芯b的角💋度(du),縱坐标爲(wei)測量區域(yù)磁場強度(du)分布的均(jun)勻區域面(mian)積,圖标圖(tú)例與圖3中(zhōng)一緻.從仿(pang)真結果可(ke)以看出:T型(xíng)磁芯的較(jiao)長端的角(jiǎo)度α爲越小(xiao),流量計✂️測(ce)量區域中(zhōng)磁場強度(dù)均勻區域(yu)面🔞積越大(dà);在T型磁芯(xin)的較長👣端(duan)的角度α一(yī)定時,T型磁(ci)芯的較短(duan)端的角度(du)b越小，流量(liang)計測量區(qu)域中🌈磁場(chang)強✏️度均勻(yún)區域面積(ji)越大;在T型(xíng)🐪磁芯的較(jiào)長端的角(jiao)度α與較短(duǎn)端的角😘度(du)b一定時,T型(xíng)磁芯的k1/(h1+k2)越(yuè)小，在流量(liang)計測量區(qu)域中磁場(chang)強度均🔴勻(yún)區域面積(jī)越大.
 
　　上(shang)面對不同(tong)T型磁芯結(jie)構對流量(liang)計測量區(qū)域内部磁(ci)場分布影(yǐng)響進行了(le)研究,下面(miàn)通過電極(ji)兩端感應(yīng)信号如公(gong)式(2)對電磁(ci)流👉量計T型(xing)磁芯結構(gou)對流量✍️計(jì)測量結果(guo)的影響進(jìn)行研究.如(ru)圖7所示爲(wèi)不同T型磁(ci)芯結構下(xià)電磁流量(liang)計感應信(xìn)号.圖中橫(heng)坐标爲T型(xing)磁芯b的角(jiǎo)♋度,縱坐标(biao)爲電磁流(liú)量計獲取(qǔ)的感應🐉信(xin)号(電勢差(chà)),圖标表示(shì)的是T型磁(ci)芯的不同(tóng)α的角度,仿(pang)真中k1/(k1+k2)爲1/2.仿(páng)真實驗中(zhōng)虛🐅線爲仿(páng)真流體爲(wèi)湍流情況(kuang)下獲取的(de)感應電勢(shì)差,實線爲(wei)流體爲層(céng)流情況🆚下(xià)獲取的感(gan)應電勢差(chà).
　　從仿真結(jié)果可以看(kàn)出:T型磁芯(xin)的較長端(duan)的角度α越(yuè)小,流量計(ji)電極兩端(duān)獲得的感(gan)應信号越(yue)大;在T型磁(ci)芯的較長(zhǎng)端的角度(du)α一定時,T型(xíng)磁芯的較(jiao)短端的角(jiǎo)度b越小💰，流(liu)量計🏃🏻‍♂️電極(jí)兩😍端獲得(de)🈲的感應❄️信(xin)号越大.這(zhe)主要是因(yīn)爲電磁流(liu)量計勵磁(ci)線圈的增(zēng)加,使得流(liú)量計測量(liang)區☁️域的磁(ci)場強度增(zēng)加,同樣🐇分(fen)布的流速(su)🏒下使得流(liu)量☔計電極(jí)兩端的感(gan)應信号增(zēng)加
　　仿真實(shí)驗證明在(zài)有限的空(kōng)間下，修改(gai)T磁芯的不(bu)同參數🔱,可(ke)以🔴增加流(liu)量計測量(liàng)區域内部(bù)的磁場分(fen)布情況㊙️，也(yě)可以适當(dang)的❗調整流(liú)量計測量(liàng)區域中的(de)磁場強度(dù)與均勻度(du),根據生産(chan)測井中的(de)實際工況(kuàng)，改變電磁(ci)流量計的(de)T磁芯參數(shù)獲☁️得設計(jì)參數.
5結論(lun)
　　井下集流(liu)型電磁流(liu)量計在油(you)氣井測量(liàng)方面有廣(guang)泛的應用(yong)前景,針對(dui)生産測井(jǐng)特殊工況(kuàng)下提出具(ju)有T型磁芯(xin)的勵磁結(jié)構的集流(liu)式電磁流(liu)量計,利用(yòng)有限元軟(ruan)件ANSYS建立了(le)該種T型磁(ci)芯結構電(diàn)磁流量計(jì)的磁場分(fen)布計算機(jī)仿真模型(xíng),并通過各(ge)種性能指(zhǐ)📱标的分析(xi),獲得該T型(xíng)磁芯結構(gòu)參數設計(ji)指标與流(liú)量計測量(liàng)區域中磁(cí)場分布關(guān)⁉️系,爲擁有(you)T型磁👅芯結(jié)構的勵磁(ci)結構的實(shí)現提供參(cān)考依據.

本(ben)文來源于(yu)網絡,如有(yǒu)侵權聯系(xì)即删除！