摘要本文(wén)對插入式(shì)電磁流量(liàng)計
靠近管(guǎn)道壁面時(shi)的工作磁(ci)場分布情(qíng)況進行了(le)計算。分别(bié)對磁性壁(bi)面和非磁(ci)性壁面情(qing)況進行了(le)比較,說明(míng)磁性管道(dào)壁面對流(liu)量測量結(jie)果的影響(xiǎng)。同🔴時,給出(chū)⭐了一種修(xiū)正的方法(fǎ)和♋有關的(de)✌️修正曲線(xian)。
一、引言
流(liu)動的電磁(cí)感應的工(gōng)作原理是(shì)當導電流(liu)體(如水)流(liú)🈲經由☂️儀表(biao)傳感器的(de)工作磁場(chang)時,由于切(qie)割磁力線(xian)會産生感(gǎn)應電動😄勢(shi)。利用适當(dang)的電極檢(jiǎn)出這一📞信(xin)号即可測(cè)得流體的(de)流速或㊙️流(liú)量。常規的(de)
電磁流量(liang)計
是管道(dao)式的。另一(yi)種形式是(shì)插入式的(de),它實際上(shang)是測量插(chā)🈲杆探頭處(chù)的流速,稱(cheng)爲電磁流(liu)速儀或插(cha)入式電磁(cí)流量計,該(gāi)種⁉️儀表🤩除(chu)作爲測速(su)外;還可以(yǐ)用于大管(guǎn)道的流量(liàng)測量⭕。此時(shi),它不但可(ke)🤟在線裝拆(chāi),而且在價(jià)格上也較(jiào)便宜,是一(yī)種很有競(jìng)争力的流(liu)量儀表。
電(diàn)磁流速儀(yi)自1917年美國(guó)人申請專(zhuan)利lj[以來,已(yǐ)受到人⁉️們(men)的廣泛注(zhù)意和研究(jiū),其中包括(kuo)利用它測(cè)量管道中(zhōng)流體的流(liu)量。但考慮(lǜ)了管壁影(ying)響的插入(rù)式電磁流(liú)量計三維(wei)理論模型(xíng),卻在近年(nián)才建立。ZhangX.Z和(hé)HempJ.在建立了(le)理論模型(xíng)2j[、3j[之後,提出(chu)了值得注(zhù)意的問題(ti),即當探🐪頭(tóu)靠近管道(dao)☎️的壁面時(shí),其測量結(jié)果将因管(guan)壁的電或(huo)磁性質不(bú)同而産生(sheng)誤差。本文(wen)将在此基(ji)礎上,進💔一(yi)步研究某(mǒu)種設計的(de)插入式電(dian)磁流量計(ji)工作磁場(chang)在探頭靠(kao)近管壁時(shí)的詳細分(fèn)布,并提出(chu)一種可💔用(yòng)于修正由(yóu)于磁場受(shòu)幹擾引起(qǐ)測量誤差(chà)的方法。
二(èr)、插人式電(diàn)磁流量計(jì)工作磁場(chǎng)的求解
圖(tu)1中,插入式(shi)電磁流量(liàng)計探頭的(de)端部裝有(yǒu)一對電極(jí),内部裝有(you)一勵磁線(xiàn)圈,在它的(de)周圍産生(sheng)工作磁場(chǎng)。爲研究📧磁(ci)場❤️的詳細(xi)分布狀況(kuàng),先考慮單(dān)匝線圖。設(she)其半🧑🏾🤝🧑🏼徑爲(wei)al,裝⛹🏻♀️在離端(duan)部Z。處,流過(guo)的電流爲(wèi)I,流體中的(de)磁介質常(chang)數爲産。采(cai)用矢量♊勢(shi)的表示法(fa)有:
其(qi)中A,如式(9)或(huò)式(10),Z。是螺線(xian)管的長度(dù),rl爲它的内(nèi)半徑,r:爲外(wai)半徑。
如圖(tu)1所示的插(cha)入式電磁(ci)流量計,當(dang)考慮來流(liu)速度爲X方(fang)🌈向♉,電極🧑🏽🤝🧑🏻安(ān)裝在探頭(tou)端部沿y方(fāng)向,則對信(xìn)号作貢獻(xian)的磁場主(zhǔ)要是Z方向(xiàng)。爲此,我們(men)計算了磁(ci)性和非磁(ci)性壁面下(xia)🌈工作磁場(chang)BZ分量的分(fèn)布情況見(jiàn)圖3和圖4(因(yin)對稱隻給(gěi)出一🧑🏽🤝🧑🏻半空(kōng)間）。
三、讨論(lun)
從圖3、4可看(kan)到,靠近電(dian)磁流量計(jì)的壁面分(fèn)别爲磁性(xing)⭕和非♌磁性(xing)時,工作磁(ci)場的分布(bu)差異明顯(xian)。對非磁性(xìng)壁面,其分(fen)布相當于(yu)探頭在無(wú)限大均勻(yun)介質當中(zhong);而當壁📐面(mian)是磁性時(shí),由于探頭(tóu)内線圈産(chǎn)生的磁場(chǎng)引起壁面(mian)👨❤️👨的磁化,加(jiā)強了探頭(tóu)附近的磁(cí)感強度,相(xiàng)👣當于線圈(quān)與它對壁(bi)面的像共(gòng)同産生🤞的(de)磁場。由于(yú)這一變化(huà),使🔞探頭的(de)測量産生(sheng)誤差。文獻(xiàn)「2]指出,隻有(yǒu)當探頭的(de)端部與壁(bi)面的距離(lí)大于4倍的(de)插杆半徑(jing)時⛷️,壁面對(duì)測量讀數(shù)✊産生的誤(wu)差才可👣能(neng)小于1%。
一種(zhǒng)修正磁性(xing)壁面引起(qi)測量誤差(chà)的方法是(shì)在探🐅頭的(de)适當位置(zhi)裝一霍爾(ěr)磁場傳感(gǎn)器。考慮到(dao)線圈的前(qián)✉️面緊👄接電(dian)極,霍爾元(yuan)件可裝在(zài)線圈後面(mian)與電極形(xing)成對稱的(de)位置上(參(cān)見圖🌈1)。此時(shí),由霍爾元(yuan)件測得的(de)磁場強度(dù)一般不等(deng)于電極處(chù)的值。爲此(ci),圖5計算出(chu)當探頭💚接(jie)近磁性壁(bi)面時,霍爾(ěr)元件上所(suo)測的磁感(gan)強度與電(diàn)極處磁感(gan)強度之比(bi)。利用單片(piàn)機可🧑🏾🤝🧑🏼以進(jin)行修正。而(ér)對📧于非磁(ci)🈲性壁面,這(zhe)📐一比值恒(heng)爲1。圖中Bl/B:爲(wèi)霍爾元件(jiàn)測得💜磁感(gan)應與電極(jí)處磁感應(ying)之比,Lla爲探(tan)頭與壁面(miàn)距離與探(tàn)頭半徑之(zhī)比。
四、小結(jié)
本文研究(jiu)了插入式(shì)電磁流量(liàng)計工作磁(cí)場的求解(jie)🥰。給出了當(dang)✂️流量計探(tàn)頭靠近磁(ci)性和非磁(ci)性壁面時(shí)工作🔞磁場(chǎng)的不🐇同分(fèn)🈲布。進而提(tí)出的修正(zheng)磁性壁面(miàn)引起測量(liàng)誤差的方(fang)法,可通過(guo)由霍爾👅元(yuán)件測得磁(cí)感強度和(he)🙇♀️計算的修(xiu)正曲線對(duì)測量結果(guǒ)進行修正(zheng)。
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