摘要(yào):通過有(yǒu)限元軟(ruan)件ANSYS對流(liú)量計測(cè)量管内(nei)部的磁(ci)場分布(bu)建立了(le)仿真模(mo)型,運用(yong)FLU-ENT對流量(liang)計的流(liu)體建立(lì)仿真,最(zui)❗後結合(hé)權💃重函(han)數建立(li)了電磁(cí)流量計(jì) 檢測電(diàn)極感應(yīng)信号的(de)數值計(jì)算方法(fa),爲電磁(ci)流量計(jì)幹标定(ding)👨‍❤️‍👨的研究(jiū)提供-種(zhǒng)基礎的(de)計算方(fāng)法.
　　電磁(cí)流量計(jì)是工業(ye)生産中(zhong)重要的(de)流量測(ce)量儀表(biao),電磁流(liú)量計的(de)标定分(fèn)爲實流(liu)标定和(he)幹标定(ding)兩種💋，實(shi)流标定(dìng)由大功(gong)率的泵(bèng)🌂站、管道(dào)、大型儲(chǔ)液箱等(deng)構成,以(yi)實際流(liu)動的液(ye)體對流(liu)量計進(jìn)行标定(ding),這一标(biao)定方法(fǎ)成本較(jiào)高.幹标(biao)定是相(xiang)✂️對實流(liu)标🛀🏻定而(er)言，是🙇‍♀️一(yi)種不用(yong)實流标(biāo)定流量(liang)🚩計系數(shu)的方法(fǎ).随着工(gong)業的發(fā)展,電磁(ci)✨流量計(jì)因口徑(jing)增大給(gei)儀表實(shí)流标定(dìng)帶來技(jì)術和資(zī)金上的(de)巨大困(kun)難";電磁(ci)流量計(jì)因其測(cè)量原理(li)可追溯(su)性✉️好,與(yu)其它流(liu)量計(超(chao)聲波流(liú)量計 .壓(yā)差流量(liang)計 .渦街(jie)流量計(ji) )相比被(bei)認爲最(zui)适合幹(gan)标定的(de)流量計(jì).因此,電(diàn)磁流量(liang)計的幹(gàn)标定方(fang)法是許(xǔ)多研究(jiu)人員以(yǐ)及電磁(cí)流🌂量計(ji)生産廠(chǎng)商關注(zhù)的工程(chéng)問題之(zhi)一.張小(xiao)章在電(dian)磁流量(liàng)計理論(lùn)模型下(xia)進行對(dui)流量計(jì)㊙️幹标定(ding)研究.本(běn)文通過(guo)❄️Ansys仿真測(ce)量⛷️管内(nei)部磁場(chang)分布，應(yīng)用FLUENT對測(cè)量⚽管内(nèi)部流體(tǐ)進行仿(páng)真,最後(hòu)結合權(quan)重函數(shu)對電磁(ci)流量計(jì)感應電(dian)勢進行(hang)數值計(jì)🛀🏻算,并且(qie)得到電(diàn)磁流量(liang)計感應(yīng)電勢與(yǔ)♉流速關(guān)系圖.對(dui)電磁流(liú)量計檢(jian)測電極(ji)獲取的(de)感應電(diàn)勢進行(hang)二次轉(zhuǎn)換器🌏标(biao)定,可完(wan)🚶‍♀️成電磁(cí)流量計(ji)的幹标(biāo)定,從而(er)不用實(shi)流标定(ding),可對電(dian)磁流量(liang)計流量(liàng)測量進(jin)行幹标(biao)定.
1流量(liang)計感應(yīng)電勢理(li)論基礎(chǔ)
　　當導電(dian)流體流(liu)過外加(jia)磁場時(shi),在作切(qie)割磁力(li)線運💋動(dòng).根據法(fa)拉第電(dian)磁感應(ying)定律,在(zài)流體中(zhong)就會産(chǎn)生感應(ying)電動勢(shì),且通過(guò)測量感(gǎn)應電動(dòng)勢的值(zhí)來獲取(qu)⭐流體的(de)速度和(he)⁉️流量,這(zhe)就是電(dian)磁流量(liàng)計測量(liàng)流量🐕的(de)基本原(yuán)💚理.在一(yī)定的條(tiáo)件下由(you)maxwell方程可(kě)得電磁(ci)流量計(ji)的感應(ying)電勢的(de)表達方(fang)程:
 
　　式中(zhōng):U2-U1是兩電(dian)極的電(dian)勢差;A表(biao)示對所(suo)有空間(jiān)積分;r爲(wei)流量計(jì)截面管(guǎn)半徑;矢(shǐ)量V是導(dǎo)電流體(ti)的流速(sù);B是磁感(gan)應🌈強度(dù);W爲矢量(liang)權重函(hán)數,它是(shì)-一個隻(zhi)由電磁(cí)流🤩量計(ji)本身結(jié)構決定(dìng)的量.
　　由(you)流量計(ji)的感應(yīng)電勢理(li)論基礎(chu)可知，隻(zhi)要确定(dìng)了流體(tǐ)的流速(sù)🥵V、磁感應(yīng)強度B、以(yǐ)及權重(zhong)函數W，流(liu)量計管(guǎn)🔞徑半徑(jing),就可以(yǐ)求流量(liàng)計的感(gan)應電勢(shi)差,在流(liu)量計♉感(gǎn)應電🌏勢(shì)計算中(zhong),一般來(lai)說,電磁(cí)流量計(ji)内部磁(ci)場🐉大小(xiao)的獲取(qu)是較難(nan)的問題(ti)，傳統幹(gàn)标定法(fa)中需要(yào)🐇進行的(de)複雜的(de)空間三(sān)維磁場(chǎng)的測量(liang),工作量(liang)大.英國(guó)HEMP提出的(de)渦電⭐場(chang)測量法(fa)是通過(guò)檢測由(yóu)磁場交(jiao)變産生(shēng)的渦電(dian)場強度(dù)獲取磁(ci)場信息(xi)[5],實現電(diàn)磁流量(liang)計一-次(ci)傳感器(qì)轉換系(xì)數的測(cè)量,無需(xū)測🔞量有(yǒu)效區域(yu)内各點(dian)磁通量(liàng)密度與(yu)體權重(zhong)函數,但(dàn)它隻🛀能(néng)模拟速(sù)度分布(bù)平坦的(de)流場情(qíng)況,無法(fa)對非理(lǐ)想流場(chǎng)情況下(xià)的電磁(cí)流量計(jì)進行标(biāo)定;俄羅(luó)斯VELT提出(chū)的面權(quan)重函數(shu)法是按(àn)面權重(zhòng)函數等(děng)值線繞(rào)制的感(gan)應🔞線圈(quan)與電❌磁(ci)流量計(ji)勵磁線(xian)圈的互(hù)感效❗應(yīng)獲取磁(cí)場信息(xī),實現電(diàn)🤟磁流量(liàng)計一次(cì)傳感器(qì)轉換系(xi)數的測(cè)量'6],無需(xu)測量有(yǒu)效區域(yu)内各點(dian)磁通量(liang)密度,但(dàn)它需要(yao)♊用幹濕(shi)标定對(dui)比試驗(yàn)進行修(xiu)正,對比(bǐ)試驗工(gōng)作量較(jiào)大.本🏒文(wen)方法結(jie)合電磁(cí)流量計(jì)管段🌏以(yi)及勵磁(cí)線圈的(de)幾何尺(chi)寸運用(yong)ANSYS電磁場(chang)仿真獲(huò)得流量(liàng)計測量(liàng)區域✂️磁(cí)感應強(qiáng)度B的分(fen)布，同時(shi)運用MATLAB計(ji)算流量(liàng)計的權(quan)重函數(shu)在測量(liang)管中的(de)分布;利(lì)用FLUENT軟件(jiàn)對流🌈體(ti)中不同(tong)流量下(xia)流體在(zai)傳感器(qi)管道内(nei)的🌈速度(du)分🍓布進(jìn)行仿真(zhen);最後完(wán)成電磁(cí)流量計(ji)感應電(diàn)勢響應(ying)🚶計算.
2理(li)論仿真(zhēn)模型
2.1磁(ci)場仿真(zhēn)
　　根據電(diàn)磁流量(liàng)計傳感(gǎn)器結構(gou)尺寸,以(yi)及通電(dian)電流大(da)小以及(jí)勵磁線(xiàn)圈匝數(shu)等相關(guān)參數設(shè)定流量(liang)計傳感(gan)器勵👅磁(ci)仿真結(jié)🌍構,通🧡過(guò)ANSYS仿真獲(huo)取流量(liang)計測量(liang)區域的(de)🐕磁感應(ying)強度分(fèn)布,并對(dui)⛹🏻‍♀️其數據(ju)進行記(jì)錄”.磁感(gǎn)應強度(dù)在x軸與(yǔ)y軸✉️的分(fèn)量分✉️别(bié)爲Bx和By,因(yīn)爲磁感(gǎn)應㊙️強度(dù)By對電磁(cí)🍓流量計(jì)電極方(fang)向上的(de)感應電(diàn)勢貢獻(xian)很小且(qie)By比Bx小的(de)多,對流(liú)量計感(gan)應電勢(shi)可以不(bú)考慮Br,隻(zhi)考慮Bx.故(gu)而将公(gōng)式(1)中的(de)B可以近(jìn)似爲Bx.
　　通(tōng)過數據(jù)處理獲(huo)得測量(liàng)區域磁(cí)感應強(qiáng)度在x軸(zhou)方向的(de)分布情(qíng)💃🏻況.如圖(tu)1所示爲(wèi)電磁流(liú)量計測(cè)量區域(yu)磁感應(yīng)強度x方(fang)向分布(bù)圖🏒.圖中(zhōng)x軸與y軸(zhou)分别代(dài)表測量(liang)區域💃🏻的(de)“電極🐪方(fang)向”與“磁(ci)場方向(xiàng)"(x軸與y軸(zhou)所形成(chéng)的面平(píng)行于測(ce)量管的(de)檢測電(diàn)極徑向(xiang)截面).從(cóng)仿真圖(tu)上可以(yi)看出流(liú)量計的(de)磁感應(yīng)強度分(fen)🚩布不是(shì)一個恒(héng)定的值(zhí).
 
2.2流體速(sù)度分布(bu)仿真
　　采(cǎi)用FLUENT仿真(zhen)出傳感(gan)器管道(dào)内不同(tong)徑向的(de)速度分(fen)布,提取(qǔ)☔不同徑(jing)向的流(liú)體速度(dù),并進行(hang)數值分(fen)析,建立(li)測量區(qū)域的速(su)度分👌布(bù)圖.如圖(tu)2所示爲(wei)某--流量(liàng)下電磁(ci)流量計(ji)内部流(liu)體速度(dù)分布圖(tu),圖中，x軸(zhou)、y軸方向(xiàng)分别爲(wei)磁場方(fāng)向與電(diàn)🥵極方向(xiang),0軸爲速(su)度值大(da)小,方向(xiang)爲z軸.并(bìng)保存數(shu)據在計(ji)算流量(liàng)計感應(ying)電勢時(shi)運用.
2.3權(quán)重函數(shu)
　　關于權(quan)重函數(shù)問題:由(you)中國石(shi)化出版(ban)社出版(ban)編著💁的(de)《電磁流(liu)量計》中(zhōng)長筒式(shì)電磁流(liu)量計的(de)權重函(han)數表達(dá)式近似(si)爲(2)式.因(yin)爲權重(zhong)函數Wx對(duì)電磁流(liú)量計電(dian)極方向(xiang).上的感(gǎn)應電勢(shì)🚩貢獻很(hěn)小且Wx比(bǐ)Wr小的多(duo),式(1)中對(dui)流量計(jì)感應電(dian)勢計算(suàn)的權🔅重(zhong)函數W可(kě)💋以近似(sì)爲在y軸(zhóu)方向，上(shàng)📱的Wy.
 
　　如圖(tú)3所示爲(wei)電磁流(liu)量計測(cè)量管中(zhōng)近似的(de)權重函(hán)數⛱️分布(bu)圖.由于(yu)權重函(hán)數電極(ji)方向的(de)分量與(yu)權重函(han)數近似(si)相等,所(suǒ)以權重(zhòng)🔴函數的(de)分布數(shù)值可以(yǐ)用來計(ji)算⭐截面(mian)上📱瞬時(shí)的感應(ying)電勢.
2.4感(gǎn)應電勢(shi)的數值(zhi)計算
　　在(zai)計算電(dian)磁流量(liang)計感應(yīng)信号時(shi),截取電(diàn)磁流量(liàng)計傳😘感(gǎn)💘器☔電極(jí)💃高度的(de)柱形空(kong)間爲積(jī)分空間(jiān)A.在這一(yī)空間👌下(xià)電磁流(liu)量計傳(chuan)感器電(dian)極高度(du)範圍内(nèi)的測量(liàng)區域中(zhōng)任意徑(jing)向截面(mian)上的♈磁(cí)感應強(qiáng)度分布(bu)基本上(shàng)是相同(tóng)的,内部(bu)流體中(zhong)的流體(ti)速度㊙️分(fèn)布在徑(jìng)♻️向截面(mian)上對應(yīng)位置近(jin)似相同(tong),測量區(qū)域徑向(xiàng)截面相(xiang)對位置(zhi)的♍權重(zhòng)函數近(jìn)似相同(tong).分别對(duì)流量計(ji)傳🐉感器(qì)電極範(fàn)圍内截(jié)面的🐉磁(ci)感應強(qiang)🈲度分布(bù)以及流(liú)量計内(nèi)部流體(ti)速度分(fèn)布進行(hang)仿真,并(bìng)結合權(quán)重函數(shù)根據(1)式(shi)進行對(dui)流量計(jì)傳感器(qì)的感應(yīng)信号進(jìn)行♻️計算(suan).進而獲(huò)得電極(jí)範圍内(nei)感應電(dian)勢值,由(yóu)于電極(ji)範圍内(nei)感應信(xìn)号是電(dian)磁流量(liàng)計測量(liang)值的主(zhǔ)要貢獻(xian)值,這個(ge)計算值(zhí)就近似(sì)于電磁(ci)流量計(jì)電極.上(shang)獲得的(de)感應信(xin)号.
如圖(tú)4所示在(zai)一定的(de)磁場.流(liú)速下流(liu)量計電(dian)極範圍(wei)内某-截(jié)面上流(liú)體感應(ying)電勢貢(gong)獻分布(bù)圖.圖中(zhong)x軸爲✉️磁(cí)場方向(xiang),y軸爲🥰電(diàn)極方向(xiàng).
 
3仿真實(shí)驗分析(xī)
　　前面介(jie)紹了電(diàn)磁流量(liàng)計感應(ying)電勢數(shù)值計算(suan)方法,在(zai)電💰磁流(liú)量計電(dian)極範圍(wei)内任意(yi)截面中(zhong)相對位(wèi)置的磁(cí)場、權重(zhòng)函數、流(liú)體速度(dù)基本相(xiàng)同,根據(ju)公式(1)即(jí)☁️可獲得(de)電極兩(liǎng)端感應(yīng)信号的(de)近似值(zhi)㊙️.下面對(dui)仿真實(shi)驗進行(hang)驗證性(xìng)分析.
　　仿(pang)真實驗(yàn)中,電磁(cí)流量計(ji)中流體(ti)平均流(liú)速分别(bie)設定㊙️爲(wei)0.6687m/s.1.6717m/s.2.6747m/s.3.3433m/s,分✏️别🏒進(jìn)行仿真(zhen)與數值(zhí)計算電(diàn)磁流量(liang)計感應(yīng)電勢差(chà).如圖5所(suo)示爲流(liu)量與電(diàn)磁流量(liang)計感應(yīng)電勢差(cha)關系圖(tu),從仿♋真(zhen)結果可(kě)以看出(chū)流量越(yuè)大,感應(ying)電♈勢差(cha)也就越(yue)大,總體(tǐ)上說,流(liú)量與感(gan)應信🧑🏾‍🤝‍🧑🏼号(hao)基本上(shàng)🌈成線性(xing)關系，仿(pang)真結果(guǒ)符合電(dian)磁流量(liàng)計的相(xiàng)關理論(lùn).
　　仿真與(yǔ)數值計(jì)算方法(fǎ)爲電磁(ci)流量計(ji)此感應(yīng)電動勢(shì)的計算(suàn)💔提供了(le)-種新的(de)解決方(fāng)案,利用(yòng)該方法(fa)求出了(le)🐪流量計(ji)的感應(ying)電勢差(chà),即完成(cheng)電磁流(liu)量計一(yī)-次傳感(gan)系數轉(zhuan)換.流量(liàng)⭐計傳感(gǎn)器獲取(qǔ)的感應(ying)電勢差(cha)(感應信(xìn)号)一般(ban)需通過(guo)信号預(yu)處理,信(xin)号放大(da)單🤟元,高(gao)通低通(tōng)濾波,進(jin)行信号(hào)提升單(dan)元等環(huán)節最後(hou)輸出流(liú)量測量(liàng)顯示值(zhí).二次儀(yí)表轉換(huan)是将電(diàn)極間的(de)感應電(dian)勢差轉(zhuǎn)🏃‍♀️換爲顯(xian)示的流(liú)量,二次(cì)儀表轉(zhuǎn)化🐇技術(shù)已經基(ji)本成熟(shú).當然本(ben)文爲仿(pang)真實驗(yàn)在工業(ye)實際應(ying)用中需(xū)要運用(yong)🍉大量的(de)幹濕标(biao)定對比(bi)實驗進(jìn)行對流(liú)量計标(biāo)定進行(hang)修正,獲(huò)取一定(ding)的修正(zhèng)經👉驗值(zhi)後,然後(hou)對流量(liang)計幹标(biao)定結果(guo)進行修(xiū)正,從而(er)⛷️獲得㊙️正(zhèng)确有效(xiao)的電極(ji)此🌂感應(ying)電動勢(shì).
4結論
　　通(tōng)過仿真(zhen)的方法(fǎ)建立了(le)電磁流(liu)量計電(diàn)極磁感(gan)應信号(hao)的數值(zhi)計算模(mó)型,并在(zai)模型下(xia)對電磁(ci)流量計(ji)不同流(liú)量下的(de)🏃‍♂️感應信(xìn)号🙇🏻進行(hang)計算,該(gai)模型爲(wèi)電磁流(liú)量計的(de)流量的(de)測量提(ti)供一次(ci)傳感轉(zhuǎn)換系數(shù),仿✍️真與(yu)數值計(jì)算方法(fa)爲電磁(ci)流量計(ji)幹标定(dìng)提供了(le)💛一種新(xīn)的解決(jue)思路.當(dang)然✊本文(wen)隻是從(cóng)♈理論上(shàng)對電🔴磁(cí)流量計(ji)檢測電(dian)極感應(yīng)信号❌的(de)計算方(fang)法,該方(fang)法要真(zhen)正的應(yīng)用于工(gōng)業生産(chǎn)中,電磁(ci)流量計(ji)幹标定(dìng)⭐仍需大(dà)量的、更(geng)嚴格的(de)實驗數(shu)據對該(gāi)方法幹(gan)标定誤(wù)差修正(zheng)值進行(háng)研究.

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