摘要(yào)：運用有限元軟件(jian)ANSYS對電磁流量計中(zhong)存在非導😘電物體(ti)建立❤️的仿真模型(xíng)，研究了不同内徑(jing)管道對電磁流量(liàng)計敏感場❓響應特(tè)性的影響，爲電磁(cí)流量計測量兩相(xiàng)流時傳感🍓器電極(jí)尺寸設㊙️計提供一(yi)定的參考，也爲電(dian)磁流⭐量計在一定(ding)管徑下兩相流測(ce)🍉量的誤差分析提(tí)供理論⛷️依據。
0引言(yán)
電磁流量計
是一(yi)種利用電磁感應(yīng)原理進行測量的(de)儀表。電磁流量計(ji)應用于多相流中(zhong)時具有獨特的優(yōu)點，如對流速👈分布(bu)不太🈚敏感，管道中(zhong)無阻礙流動的部(bù)件等🤞［１］。近年來，在一(yī)些特殊領域中電(diàn)磁流量計逐步開(kāi)始應用于多相流(liú)流速的測量。許多(duō)學者對電磁流量(liàng)計在多相流的測(cè)量問題上開始了(le)研✏️究。張小章在簡(jian)化的二維模✏️型下(xia)分别求解了單個(ge)氣泡處于流量計(jì)管軸線和橫截面(miàn)不同位置時虛電(dian)流的分布情🥵況［２－３］，并(bing)對流體中含有一(yi)個氣泡時電磁流(liu)量計虛電流的三(sān)維特性進行了研(yán)究［４］；Jae.Euncha等運用２個流量(liang)計來✂️計算空隙率(lǜ)的大小［5］；王月明等(deng)對電磁流量法測(ce)量🤩油氣水多相流(liú)進行了一🐉系列的(de)研究［６－９］。
本文運用有(yǒu)限元軟件ANSYS對電磁(cí)流量計中存在非(fei)導電🚩物體建立仿(pang)真模型，在此模型(xing)下研究了流量計(ji)傳感器的管直徑(jing)大小與非導電物(wu)質大小變化對流(liú)量計敏感場影響(xiǎng)。研究結果可爲電(dian)磁流量計在🥵一定(dìng)管徑下兩相流🌐測(ce)量誤差提供一定(dìng)☂️的分析依🏃♀️據。
１敏感(gan)場靈敏度定義
當(dāng)導電流體流過外(wai)加磁場時，作切割(gē)磁力線運動。根據(ju)法拉第電磁感應(yīng)定律，通過測量感(gan)應電動勢的值來(lái)求出流體速🔆度和(hé)⛱️流量。這就是電磁(cí)流量計☀️測量流✨量(liàng)的基本原理。當流(liu)體中出現非導電(dian)物質時，會使感🛀🏻應(yīng)電動勢的分布發(fā)生變化。電磁流量(liang)計的基本方程📐：
式(shì)中：U爲兩極的電勢(shì)差；A爲對空間積分(fen)；W爲矢量權函☔數，它(ta)是一個隻由電磁(cí)流量計本身結構(gòu)決定的量，其表達(dá)式爲
虛電流是電(diàn)磁流量計理論中(zhōng)一個重要的量。它(ta)決定着💘電磁流量(liàng)計測量區域權重(zhòng)函數分布情況［４］。也(yě)就決🧡定着電磁流(liú)量計内部敏感場(chang)分布情況。
爲了定(dìng)量地考查電磁流(liu)量計内部非導電(diàn)物質對電磁流量(liàng)計敏感場的分布(bù)影響，定義ｃ爲敏感(gǎn)場靈敏度，其定義(yì)如式（3）所示：
爲了清(qīng)晰地描述電磁流(liu)量計中流體中存(cún)在非導電物質♊時(shí)，電磁流量計的響(xiang)應特性情況，運用(yòng)敏感場靈敏度ｃ來(lái)刻🐪畫這一響應結(jié)果。
２仿真模型及仿(pang)真實驗
２.１仿真模型(xíng)
仿真實驗是在ANSYS環(huán)境下進行的，爲了(le)考查電磁流量計(ji)🔴傳📱感器❤️中😍不同管(guǎn)徑大小對流量計(ji)存在非導電物質(zhì)流體響應特性影(yǐng)響情況。仿真模型(xíng)爲垂直上👉升管，如(rú)圖１所示，ＡＮＳＹＳ仿真模型(xing)中隻對電磁流量(liang)計中的流體進行(hang)建模，２個電極中心(xin)方🌈向稱爲ｘ軸，２個電(dian)極相距爲２R，流體中(zhong)心軸稱爲ｙ軸，ｘ軸與(yu)ｙ軸構成直角坐标(biao)系，兩軸交彙點爲(wèi)坐标原點，設定仿(páng)真模型高度爲１0R（即(ji)ｙ軸是從－5R到5R），分别如(ru)圖１所示。電極兩端(duan)給一定的電壓值(zhí)，一定半徑的非導(dao)電物質由流體底(di)部進入，沿着ｙ軸随(suí)着上✂️升的流體向(xiàng)上運動，仿真實驗(yan)對電磁流量計中(zhōng)流體的虛電流進(jin)行考查，從ｙ軸－４.5R到４.5R每(měi)隔0.5R采集１次仿真數(shù)據。通過分析，以獲(huo)得電磁流量計存(cún)在相同半徑非導(dǎo)電物質在不同半(bàn)徑管道或不同電(diàn)極大小時對流量(liang)計響應特性影響(xiǎng)💰情況🈲。
２.２仿真實(shi)驗
仿真實驗中，設(she)定通過電磁流量(liàng)計的非導電物質(zhi)大🆚小不變，流🔆量計(ji)内壁管徑的直徑(jing)設定爲0.8R，R，1.2R，1.4R，1.6R，流量計流(liú)體中設☀️定半🐇徑爲(wèi)0.1R的非導電物質通(tong)過電磁流量💃計的(de)中☁️心軸，對電磁流(liu)㊙️量計中🤩流體的虛(xū)電流進行考查，以(yǐ)獲得流體中相同(tong)大小非導電物質(zhì)對不同半徑管道(dao)的電磁流量計敏(min)感場影響✍️情況。
爲(wei)了節省篇幅，這裏(lǐ)隻顯示其中一個(ge)實驗的部分仿真(zhen)❓圖，如圖２所示。從仿(pang)真結果可以發現(xiàn)不同管徑大小對(duì)電磁流量計的虛(xū)電流分布是有一(yī)定影響的，但這些(xie)分布性的仿真結(jie)果無法較👄好地在(zài)數值上給予電極(jí)大小與管徑變化(huà)對流量計敏感場(chǎng)影🔴響大小情況的(de)說明。下面将在仿(pang)真結果分析中通(tong)🎯過敏感場靈敏度(dù)ｃ對仿真數據分析(xī)。
３仿真結果分析(xī)
爲了詳實地考查(cha)管直徑變化下對(duì)流量計敏感場🍓靈(líng)敏度影響，運用敏(mǐn)感場靈敏度ｃ分别(bie)對每個仿真♈實驗(yan)進行分析并對♉比(bi)實驗結果。
圖３爲不(bú)同大小内徑管道(dào)與流量計敏感場(chǎng)靈敏度關系圖，橫(héng)軸表示非導電物(wu)質在電磁流量計(jì)ｙ軸的位置💘，縱軸爲(wei)敏感場靈敏度ｃ，圖(tu)中各條線分别代(dai)表了不同測量管(guǎn)👉徑大小時非導電(diàn)物質💘在不同位置(zhì)時敏感場靈敏度(dù)ｃ的變化情況。
對于(yu)半徑一定的（本例(li)爲0.1R）非導電物質，管(guǎn)道半徑越大，在電(dian)❤️極（ｙ軸坐标原點）附(fù)近非導電物質對(duì)電磁流量計的敏(mǐn)感場靈敏度ｃ的響(xiang)應特性就越小，仿(páng)真實驗也可以說(shuō)明，當電磁✔️流量計(ji)管道半徑變小時(shi)，非導電物質對電(dian)磁流量計的敏感(gǎn)場靈敏度影響在(zai)電極（ｙ軸坐标原點(dian)）附近變🚶化是比較(jiao)快的；流量計管道(dào)半徑變大✉️時，非導(dǎo)電物質對♊電磁流(liu)量計的敏感場靈(ling)敏度影響在電極(jí)附近變化變得緩(huan)慢。仿真實驗可得(dé)出：在電磁流量計(jì)電極一定時🏃，根據(ju)測量流體中非導(dǎo)電物質的大小以(yi)及電磁流量計管(guan)⭕道半㊙️徑可以估計(ji)出該電磁流🐆量計(ji)的兩相流🐅測量精(jing)度（敏感場靈敏🏃🏻♂️度(du)響應情況），爲測量(liang)兩相流的電磁流(liu)🈲量計傳感器誤差(chà)分析提供一💋定分(fèn)析依據。
４結束語
本文(wen)運用有限元軟件(jiàn)對流體中含有非(fēi)導電物質時對電(diàn)磁流量計敏感場(chang)響應特性進行建(jian)模仿真🚩，通過模型(xing)分析了流量計管(guǎn)道内徑大小與流(liu)量計的敏感🐅場靈(líng)敏度響應特性的(de)關系。研究結果爲(wei)一定管徑下👅電磁(cí)流量計兩相流測(ce)量的誤差分析提(tí)供一定的理論依(yi)據。
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