摘要： 電磁流(liú)量計 測量管(guan)壁爲絕緣材(cai)料或者内壁(bì)附有絕緣層(ceng)，但該結構🌐限(xian)制了電磁流(liu)量計應用範(fàn)圍，同時絕緣(yuán)層破損造成(cheng)了測量誤差(chà)。因此🍓有一類(lèi)電磁流量計(jì)去掉了絕緣(yuán)層，但這種設(shè)計會導緻流(liu)量計輸出信(xìn)号下🌈降而影(yǐng)響測量。針對(duì)導體管壁電(diàn)磁流量計 輸(shū)出信号減弱(ruò)的特點，提出(chu)了信号補償(chang)法，利用此💃🏻方(fang)法對輸出信(xin)号衰減程度(du)進行判斷，再(zai)此基礎上進(jin)行信号補償(chang)。
0引言
　　随着流(liu)量測量方法(fǎ)與技術研究(jiū)工作的不斷(duan)發展與進🧡步(bu)，預計未來5年(nian)中電磁流量(liang)計的使用規(gui)模将㊙️再增加(jia)30％［1］。由于儀表使(shǐ)用範圍廣，傳(chuán)統的電磁流(liú)量計一直以(yi)來就是研究(jiu)的熱點問題(tí)之一♈。學者們(men)針對不同結(jié)構的電磁流(liú)🔞量計給出了(le)研究成果，并(bìng)推動了電磁(ci)流量計的技(ji)術發展。KOLLáRL等［2］研(yán)究了一種利(li)用多電極磁(ci)流量計邊界(jie)周圍的電勢(shi)分布進行速(su)度重建析方(fang)法✂️。SHiY．和WanGM．［3－４］提出了(le)一種基随着(zhe)流⚽量測量方(fāng)法與技術研(yán)究工作的不(bú)斷發展與進(jin)步，預計未來(lai)5年中電磁流(liu)量⭐計的使用(yong)規🥵模将再增(zēng)加30％［1］。由于儀表(biao)使用範圍廣(guǎng)，傳統的電磁(ci)流量計一直(zhi)以來就是研(yan)究的熱點問(wèn)題之一。學者(zhě)們針🔅對🔴不同(tóng)結構的電磁(ci)流量計給出(chu)了研究成果(guo)，并推動了電(diàn)磁流量計的(de)技術發展。KOLLáRL等(děng)［2］研究了一種(zhong)利用多電極(jí)磁流量♉計邊(bian)界周圍的電(dian)勢分布進行(háng)速度重建析(xi)方法。SHiY．和WanGM．［3－４］提出(chū)了一🔴種基于(yu)感應技術的(de)圓弧形電極(ji)測量🧡兩相流(liú)中的感應😄電(dian)勢和✊導電相(xiàng)的速度。
　　LEEunGcuLSatiEn和LucaS［5－6］設(she)計了一種用(yòng)于在分層流(liu)中重建軸向(xiang)速度分布的(de)多電極💋磁流(liú)量計。HELQ．［7－8］提出一(yi)種用于非滿(man)管測量的電(dian)磁流量計傳(chuán)感器，其中由(you)并聯多電極(jí)構成的🈲平行(háng)陣列作爲測(cè)流量計傳感(gan)器。REiSE．等人［９－10］比較(jiào)了不同幾何(he)結構的電極(jí)特📐征，總結出(chu)雙環型電極(ji)是用于測量(liàng)兩相空氣－水(shui)流體積濃度(dù)的最佳結構(gòu)。WatRaLZ．［11－12］等人設計了(le)一種适用🙇🏻于(yú)矩形截面管(guǎn)道的電磁流(liú)量💰計，用以測(ce)量明渠中攜(xie)💚帶污染物和(he)軸向速度不(bú)對稱的📱液體(ti)。對導體管壁(bi)電♊磁流量計(jì)的研究文獻(xiàn)相對較少［13－15］，而(ér)這類🍉傳感器(qi)在核🏃🏻‍♂️工業等(děng)場合有非常(cháng)重要的應用(yòng)。
1理論背景
　　電(dian)磁流量計的(de)基本原理是(shì)法拉第電磁(ci)感應定律。導(dǎo)電流體切割(ge)磁力線産生(sheng)感應電動勢(shi)與流體流速(su)成正比。通過(guò)測量感應🌐電(dian)勢來實現利(lì)用電磁流量(liàng)計對流體流(liú)速的測量。目(mu)前電磁流量(liàng)計的測量管(guan)襯裏爲絕緣(yuán)材料🤟，将流體(tǐ)與測量管隔(gé)開，且兩個測(ce)量電極在測(ce)量管周向軸(zhóu)對稱分布。由(you)于絕緣材料(liào)基本爲聚📧四(sì)氟乙烯，制約(yue)了㊙️電磁流量(liàng)計使用範圍(wéi)（工作溫度低(di)于500℃）；電磁流量(liàng)計在流量測(ce)量過程中🤟，絕(jue)緣襯裏很容(róng)易與測量管(guǎn)道内壁脫♉離(li)、剝落、拉破等(deng)，從而導緻對(duì)流量信号造(zào)成💰幹擾，影響(xiǎng)測量精度⚽。去(qu)掉無絕緣襯(chen)裏🈚，采用導體(ti)材料作爲測(ce)量管的電磁(ci)流量計可💋以(yi)解決因傳統(tong)内襯給測量(liang)帶來的問題(ti)。但是由于測(cè)量管道爲🌈非(fei)絕緣材料，而(er)導緻傳感👉器(qi)輸出信号下(xia)降。針對以上(shang)問題，研究了(le)一種測量👌單(dān)元來動态監(jian)測由于無絕(jué)緣襯裏🙇‍♀️帶來(lai)的測量信✂️号(hào)衰弱，同時給(gei)予微弱真實(shi)信号補償，來(lái)保證流量✌️計(ji)測量的精度(du)。
　　當傳感器爲(wei)傳統電磁流(liu)量傳感器時(shi)，即其電極爲(wèi)點🐕電極，管⭐道(dao)✍️爲絕緣圓形(xíng)直管，流體爲(wei)滿管對稱流(liu)🏃‍♂️，流量🐆計電極(jí)兩端輸出的(de)電壓U爲：
U=2R1B`n????????? (1)
　　式中(zhōng)：B爲磁感應強(qiang)度；Ri爲管道内(nei)半徑；`n爲導電(dian)流體平均🏃流(liu)速。
　　對于導體(tǐ)管壁電磁流(liu)量計，導電流(liu)體以一定速(su)度流🈚過測量(liang)管道，産生的(de)感應電勢不(bú)會完全由電(diàn)極輸出。這是(shì)🔱由于去掉♊絕(jue)緣襯裏的導(dao)電管壁對流(liú)體感應電勢(shì)産生短路效(xiao)應。
導體管壁(bi)電磁流量計(ji)電極輸電壓(ya)爲：

　　式中：Rｏ爲管(guǎn)道外半徑；σW爲(wei)管道電導率(lǜ)；σｆ爲導電流體(ti)電👌導率；τ爲流(liú)體與管道的(de)接觸電阻。對(dui)比式（1）與（2）可知(zhī)，導體管壁流(liu)量計的電極(ji)間🐅輸出信号(hào)是有衰減的(de)，衰減率爲ｋ。爲(wèi)了提👌高導體(ti)管壁流♌量計(ji)測量的準确(que)性及穩定性(xing)，考慮通過‼️系(xi)數ｋ對測量電(dian)極間👨‍❤️‍👨輸出信(xin)号進行補償(cháng)。
2信号系統設(shè)計
　　電極結構(gou)如圖1所示。CE爲(wèi)感應電流電(dian)極，ＦE爲反饋電(dian)極💰，GE爲接地電(dian)㊙️極，SE爲信号電(diàn)極，PE爲電壓電(diàn)極。

　　如圖2所示，導(dao)體管壁電磁(ci)流量計輸出(chu)信号由伺服(fu)放大模☔塊對(dui)輸出信号進(jin)行監控并補(bǔ)償，即伺服放(fàng)大模🥰塊将傳(chuan)感器輸出信(xìn)🙇🏻号與反饋信(xin)号進行比較(jiào)并放大，當輸(shū)出💃信号與反(fan)饋信号平衡(héng)時，伺服放大(da)模塊停止工(gong)作。信号經由(you)采樣保持模(mo)塊進行模數(shù)轉換。信号再(zai)✍️由差分放大(dà)💃器及信号輸(shū)出放大器進(jin)⛹🏻‍♀️行放大，使得(de)🙇🏻對✊傳感器輸(shū)出微🤟弱信号(hào)進行更精确(que)的放大。

3實驗驗(yan)證
　　在實驗室(shì)中，利用所設(she)計的補充信(xin)号系統，對導(dao)體✉️電磁流量(liàng)計🔴進行實驗(yàn)。實驗中采用(yòng)恒幅電流和(hé)低頻矩形波(bō)⚽（50/16Hz）産生勵磁。要(yao)保🎯證放大器(qì)第一級的輸(shu)入🛀阻抗必須(xu)足夠✂️高，否則(zé)會産生誤差(chà)，補償效果不(bu)理想。被測導(dǎo)電液體的電(diàn)導率爲5～10μS/cm，實驗(yàn)中采用的水(shuǐ)電📧導率爲163μS/cm。測(ce)量管道外徑(jing)爲🈲30mm，内徑爲27mm。電(dian)極之間的阻(zu)抗約爲在500～1000KΩ。

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