1引言
　　近(jin)年來,電(diàn)磁流量(liang)計 的勵(lì)磁結構(gou)況備受(shòu)研究人(rén)員的關(guān)注對外(wai)流式的(de)電磁流(liu)量計的(de)磁場分(fèn)布情況(kuang)進行了(le)仿真研(yán)究"在些(xie)特殊的(de)工況領(ling)域下,如(rú)何設計(ji)電磁流(liú)量計直(zhí)是工程(cheng)技術人(ren)員研究(jiū)的熱點(diǎn)問題”,生(sheng)産測井(jing)中特殊(shū)工況環(huán)境下如(ru)何設計(jì)電磁流(liú)量計傳(chuán)感器結(jié)構一直(zhi)是石油(you)生⛱️産測(cè)井領域(yu)研究的(de)問題,電(diàn)磁相關(guan)法流量(liang)測量傳(chuán)感器解(jie)決了生(shēng)産測井(jing)中油氣(qì)水三相(xiang)流流量(liang)測量問(wèn)題.另一(yi)方面生(shēng)産測井(jǐng)空間狹(xiá)小，需要(yào)構造特(te)殊的電(diàn)磁流量(liàng)計傳感(gan)器,本文(wén)提出了(le)一種勵(lì)磁結⭕構(gòu)的磁芯(xin)設計爲(wei)T型的電(dian)磁流量(liang)計,使得(dé)有限的(de)空間下(xià)電磁流(liú)量🈲計的(de)勵磁線(xiàn)圈✉️空間(jiān)增大,進(jin)而增強(qiang)測量管(guǎn)道中(測(ce)量區域(yù))磁場強(qiang)度，使兩(liǎng)端🛀🏻電極(ji)感應信(xìn)号變大(da),有助于(yú)信号的(de)獲取,爲(wèi)有限空(kōng)🌈間下的(de)井下 小(xiao)管徑集(jí)電磁流(liú)量計 實(shi)現提供(gòng)可能.同(tóng)時,對電(diàn)磁流量(liàng)計勵磁(cí)結構中(zhōng)T型💛磁芯(xīn)參數進(jin)行研究(jiū)，獲得不(bu)同T型磁(ci)芯對測(ce)量管道(dào)中磁場(chǎng)産生的(de)影響.研(yan)究結果(guo)可爲應(yīng)用在一(yī)些特殊(shu)場合中(zhong)具有T型(xing)磁芯的(de)電磁流(liu)量計實(shi)現提供(gòng)參考依(yi)據.
1T型磁(cí)芯結構(gòu)
　　T型磁芯(xin)是爲較(jiào)小的空(kōng)間下實(shí)現盡可(kě)能大的(de)勵磁線(xian)圈而提(ti)出的,如(rú)圖1所示(shi)爲較小(xiao)空間結(jie)構下,設(shè)計有T型(xing)磁芯的(de)電磁流(liú)量計傳(chuan)感器截(jie)面圖.在(zài)圖中1表(biǎo)示線圈(quan)位置;2表(biǎo)示磁芯(xin)位置;3表(biǎo)示電極(jí)💞及其固(gu)定器件(jian)位置;4表(biao)🏃‍♂️示襯裏(lǐ)位置;5表(biǎo)示内徑(jìng)壁位置(zhì);6表示外(wai)徑壁;7表(biao)示測量(liàng)管道(測(cè)量區域(yù)).如圖1所(suo)示電磁(ci)流量計(jì)勵磁結(jie)構磁芯(xin)造型近(jin)似爲T型(xing)(因稱爲(wèi)T型磁芯(xīn)),磁芯在(zai)靠近電(dian)磁流量(liàng)計内管(guǎn)道時爲(wei)T型磁芯(xīn)的較長(zhang)端.如圖(tú)中所示(shi),T型磁芯(xīn)較長端(duān)與x軸夾(jia)角爲a,T型(xíng)磁芯較(jiào)短端與(yu)x軸夾角(jiao)爲b,T型磁(ci)芯較長(zhǎng)端寬度(du)爲k1,T型磁(cí)芯較短(duǎn)端寬度(du)爲k2.
 
2磁場(chang)評價指(zhǐ)标
　　爲了(le)詳細的(de)獲得電(dian)磁流量(liang)計勵磁(cí)線圈及(ji)T型磁芯(xīn)變化對(duì)流量計(ji)測量區(qu)域内部(bu)磁場強(qiang)度分布(bù)的影🈲響(xiǎng)情況，引(yin)入樣本(běn)平均值(zhi)樣本标(biao)準差、變(bian)異系數(shu)磁場均(jun1)勻度、感(gan)應電勢(shì)值等磁(cí)場評價(jià)指标分(fen)析傳感(gan)器勵磁(ci)線圈不(bu)同軸🙇‍♀️向(xiàng)長度時(shi)測量區(qu)域内部(bu)磁場🏃分(fen)布情況(kuàng)，如式(1)所(suǒ)示.式中(zhong)，Bs爲樣本(běn)平均值(zhí);`B爲樣本(ben)标準差(cha);Bcv爲樣本(běn)磁場均(jun1)勻度;Bc爲(wèi)樣本變(biàn)異系數(shu).在這4個(ge)🐉磁場評(píng)價⛷️指标(biāo)中,樣本(ben)平🔞均值(zhí)越大越(yuè)好，樣本(běn)标準差(chà)越小越(yuè)好,磁場(chang)均勻度(dù)越大越(yuè)好,變異(yì)系數越(yuè)小越好(hǎo).
 
　　式中，S均(jun)勻爲測(cè)量區域(yù)任意一(yī)點磁感(gan)應強度(du)與`B之🏃🏻‍♂️比(bi)在均勻(yún)95%至105%的面(mian)積和,S測(cè)量區的(de)總面積(ji)。
　　由Maxwell方程(cheng)及在一(yi)定的假(jia)設條件(jiàn)下，可得(dé)I5]電磁流(liu)量計😄的(de)感應📧電(dian)勢的表(biao)達方程(cheng)"],如式(2)所(suo)示:
 
　　式中(zhōng)，U2-U1是兩電(diàn)極的電(dian)勢差;A表(biao)示對所(suǒ)有空間(jian)積分;L爲(wei)絕緣管(guan)道筒🔞長(zhǎng)一半;r爲(wei)流量計(ji)截面管(guan)半徑;矢(shi)量`B是導(dao)電流體(ti)的流速(sù);B是磁感(gan)應強度(du);W爲矢量(liàng)權重函(han)數,它是(shì)-一個隻(zhi)由電磁(cí)流量計(jì)本身結(jié)構決定(dìng)的量.由(you)(2)式可知(zhī)，隻要确(que)定了流(liu)體的流(liu)📧速V、磁感(gan)應強度(dù)B、以及權(quan)重函數(shù)W,以❓及流(liú)量計管(guǎn)徑半徑(jìng),就可以(yǐ)求流量(liang)計♌的感(gan)應電勢(shì)差.
3仿真(zhēn)實驗
　　仿(páng)真實驗(yan)中，設定(ding)a分别爲(wei)23°,30°,35°,40°，45°,50°,設定b小(xiǎo)于等于(yú)a,根據實(shi)際情況(kuàng)設定💰角(jiǎo)度分别(bié)爲8°,16°,23°,30°,35°,40°,45°,50°.仿真(zhēn)實驗中(zhong)設定T型(xíng)磁芯較(jiao)長端寬(kuan)度爲h1占(zhan)T型磁芯(xin)整個寬(kuan)度的1/3,1/2以(yǐ)及2/3時(即(ji)h1/(h1+k2)爲1/3,1/2以及(jí)2/3時的情(qing)況)分别(bié)考查不(bú)同參數(shu)情況下(xia)T型磁芯(xīn)構建的(de)勵磁結(jie)構對電(diàn)磁流量(liang)計測量(liàng)區域中(zhōng)産生的(de)💔磁場影(yǐng)響情況(kuàng).
 
　　如圖2所(suo)示爲不(bu)同T型磁(cí)芯結構(gou)在電磁(ci)流量計(ji)測量區(qū)域産生(sheng)磁場強(qiang)度分布(bù)仿真圖(tu).由于篇(pian)幅原因(yīn)，這裏隻(zhi)顯示了(le)k1/(k1+k2)爲1/2,b爲23°的(de)仿真圖(tú).圖2(a),(b),(c),(d)分别(bié)顯示的(de)是a爲23°,
4實(shi)驗數據(jù)分析
　　爲(wèi)了考察(cha)不同T型(xíng)磁芯結(jie)構對電(diàn)磁流量(liàng)計測量(liang)區域磁(ci)🍓場✏️強度(du)的分布(bù)情況影(yǐng)響,仿真(zhēn)實驗中(zhong)獲得的(de)💰數據結(jié)果🔴運用(yong)公式⁉️(1)電(dian)磁♈流量(liàng)計磁場(chang)強度分(fen)布評價(jia)指标進(jin)行分析(xī)，以獲得(dé)電磁☁️流(liu)量計不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gòu)參數對(dui)流量計(ji)測量區(qu)域的磁(ci)場強度(du)分布影(ying)響,從而(ér)爲電磁(cí)流量計(jì)T型磁芯(xīn)結構設(she)計給出(chū)指導性(xing)的意見(jiàn).
 
　　如圖3所(suo)示爲不(bu)同T型磁(cí)芯結構(gou)下測量(liàng)區域産(chan)生磁場(chǎng)感應強(qiáng)度平均(jun)值，圖中(zhong)橫坐标(biao)爲T型磁(ci)芯b的角(jiǎo)度,縱坐(zuò)标爲測(ce)量區域(yu)的平均(jun1)磁場強(qiang)度，圖标(biao)表示的(de)是T型磁(ci)芯的不(bu)同α的角(jiǎo)度以及(jí)磁芯長(zhang)端寬度(dù)所占的(de)比例其(qi)🙇🏻中以“角(jiao)度🍓-比例(li)”表示🔆,例(lì)如30-1/2表示(shi)T型磁芯(xin)的較長(zhǎng)端角度(du)α爲30°,k1/(k1+k2)爲1/2時(shi)的測量(liang)區域中(zhōng)平均磁(ci)場強度(dù)👣測量結(jie)果圖标(biāo)Other爲T型磁(cí)芯較長(zhǎng)端的角(jiao)度α與較(jiao)短端的(de)角度b相(xiàng)等(即爲(wei)23,30,35,40,45,50)時的流(liú)量計測(ce):量✍️區域(yu)中的平(píng)均磁場(chang)強度.從(cong)仿真結(jie)📞果可以(yǐ)看出:T型(xing)磁芯的(de)較長端(duān)的角度(dù)α越小，流(liu)量計測(ce)量區域(yù)👨‍❤️‍👨中平均(jun1)磁場強(qiáng)度越大(da);在T型磁(ci)芯的較(jiào)長端的(de)㊙️角度α一(yī)定時,T型(xíng)磁芯的(de)較短端(duan)的角度(du)b越小，流(liú)量計測(ce)👨‍❤️‍👨量區域(yu)中平均(jun)磁場強(qiang)🏃🏻度越🔅大(dà);在T型磁(ci)芯的較(jiao)長端的(de)角🔞度α與(yu)較短端(duan)的角度(du)b一定時(shi)☔,T型磁芯(xin)的k1/(k1+k2)越小(xiao)，在流量(liàng)計測量(liàng)區域中(zhong)平均磁(ci)場強度(du)越大.
 
　　如(ru)圖4所示(shì)爲不同(tong)T型磁芯(xīn)結構下(xià)測量區(qu)域産生(shēng)磁場⛹🏻‍♀️感(gǎn)應強度(du)标準差(chà)，圖中橫(heng)坐标爲(wei)T型磁芯(xin)b的角度(dù),縱坐标(biāo)爲測量(liang)區域磁(ci)場強度(dù)的标準(zhun)差，圖标(biāo)圖例與(yǔ)圖3中一(yī)緻從⛱️仿(pang)真結果(guǒ)可以看(kàn)出:T型👄磁(ci)芯的較(jiao)長端的(de)角度α越(yue)小，流量(liang)計測量(liàng)區域中(zhong)磁場強(qiang)度标準(zhun)差越大(da);在T型磁(ci)芯的較(jiào)長端的(de)角度α一(yī)定時,T型(xíng)磁芯🌍的(de)較短端(duan)的角度(dù)b越小，流(liú)量計🈲測(ce)量區域(yu)中磁場(chǎng)強度标(biāo)準差越(yue)大;在T型(xíng)磁芯的(de)較長端(duan)的角度(du)α與較短(duǎn)端的角(jiao)度b一定(dìng)時,T型磁(cí)芯的k1/(k1+k2)越(yue)小，在流(liu)量計測(ce)量區域(yu)中磁場(chang)👨‍❤️‍👨強度标(biāo)準差越(yue)大。
 
　　标準(zhun)差代表(biao)磁場測(cè)量區域(yu)的磁場(chang)分布波(bo)動性較(jiào)大，因🚶而(ér)需引入(ru)變異系(xì)數對測(cè)量區域(yu)中的磁(cí)場分布(bù)情⚽況進(jin)一步分(fen)析.如圖(tú)5所示爲(wei)不同T型(xing)磁芯結(jié)構下測(cè)量區域(yu)磁場感(gan)應強度(dù)變異系(xi)數,圖中(zhong)橫坐标(biao)爲T型磁(cí)芯b的角(jiao)度，縱坐(zuo)标爲測(ce)🈲量區域(yu)磁場強(qiáng)度分⛹🏻‍♀️布(bù)的變異(yì)系數,圖(tú)标圖例(li)🤟與圖3中(zhōng)一緻.從(cóng)仿真結(jié)果可以(yi)看出:T型(xing)磁芯的(de)較長端(duan)的🐅角度(du)α越小，流(liu)量計測(ce)，量區域(yù)中磁場(chang)強度變(biàn)異系數(shù)越大;在(zài)T型磁芯(xīn)的較長(zhang)🔞端的角(jiǎo)度α一定(ding)時,T型磁(ci)芯的較(jiao)短端的(de)角度b越(yuè)小，流量(liàng)計測‼️量(liang)區域中(zhōng)磁場強(qiáng)度變異(yì)系數越(yuè)大🏃🏻‍♂️;在T型(xíng)🆚磁芯的(de)較長端(duan)的角度(du)α與較短(duǎn)端的角(jiao)度b一定(ding)時，T型‼️磁(cí)芯的k1/(k1+k2)越(yuè)小，在流(liu)量計測(ce)量區域(yu)中磁場(chang)強度變(bian)異系數(shu)越大.異(yì)系數越(yue)大說明(ming)磁✉️場分(fèn)布越不(bu)均勻，波(bō)👉動性越(yue)大;異系(xì)數越小(xiao)說明磁(cí)場分布(bù)📐趨⚽向均(jun1)勻.下面(mian)通過計(jì)算測量(liàng)區域中(zhōng)的磁場(chǎng)均勻區(qu)域來對(duì)這一結(jié)果進一(yī)步的分(fen)析.
 
　　如圖(tú)6所示爲(wèi)不同T型(xing)磁芯結(jie)構下測(ce)量區域(yù)磁場感(gǎn)應強度(dù)均勻區(qu)域面積(ji)，圖中橫(héng)坐标爲(wèi)T型磁芯(xin)b的角度(dù),縱坐标(biao)爲測量(liàng)區域磁(ci)場強度(du)分布的(de)均勻區(qu)域面積(jī),圖🌈标圖(tú)例與圖(tu)3中一緻(zhì).從💚仿真(zhēn)結果可(kě)以看出(chū):T型磁芯(xin)的較長(zhang)端的角(jiao)度α爲越(yuè)小,流量(liàng)計測量(liang)區域✔️中(zhong)磁場強(qiang)度均勻(yún)區域面(miàn)積越大(dà);在T型磁(cí)芯的較(jiao)長🥵端的(de)角度α一(yī)定時,T型(xing)磁芯的(de)較短端(duān)的角度(dù)b越小，流(liu)量計測(cè)量區域(yu)中🏃‍♂️磁場(chang)強度均(jun)勻區域(yu)面積越(yuè)大;在T型(xíng)磁芯的(de)較長端(duān)的⛷️角度(dù)α與較短(duan)端的⛷️角(jiao)度b一定(ding)時㊙️,T型磁(cí)芯的k1/(h1+k2)越(yue)小，在流(liu)量計測(cè)量區域(yù)中磁場(chǎng)強度均(jun)勻區域(yù)面積越(yuè)大.
 
　　上面對(duì)不同T型(xíng)磁芯結(jie)構對流(liú)量計測(ce)量區域(yù)内部磁(ci)場🔅分布(bu)影響進(jin)行了研(yan)究,下面(mian)通過電(dian)極兩端(duan)感應信(xìn)🐉号如公(gong)式(2)對電(dian)磁流量(liang)計T型磁(ci)芯結構(gòu)對流量(liàng)計測量(liàng)結果的(de)影響進(jìn)行研究(jiu).如圖7所(suǒ)示爲不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gou)下電磁(cí)流量計(ji)感應信(xìn)号.圖中(zhong)橫坐标(biao)爲T型磁(ci)芯b的角(jiao)🌈度,縱坐(zuo)标爲電(diàn)磁流量(liang)計獲取(qu)的感應(yīng)🙇‍♀️信号(電(diàn)勢差),圖(tu)🈲标表示(shì)的是T型(xíng)磁芯的(de)不同α的(de)角度,仿(pang)真中k1/(k1+k2)爲(wèi)1/2.仿真實(shí)驗中虛(xu)線爲仿(pang)真流體(ti)爲湍流(liú)情況下(xià)獲取的(de)感應電(diàn)勢差,實(shi)線爲流(liú)體💃爲層(ceng)流情況(kuàng)下獲取(qǔ)的感應(yīng)電勢差(cha).
　　從仿真(zhēn)結果可(ke)以看出(chu):T型磁芯(xin)的較長(zhǎng)端的角(jiǎo)度α越小(xiao),流量計(jì)電極兩(liǎng)端獲得(dé)的感應(yīng)信号越(yuè)大;在T型(xíng)磁芯的(de)較長端(duān)的♋角度(dù)α一定👅時(shi),T型磁芯(xin)的較短(duan)端的角(jiao)度b越小(xiao)，流量計(ji)♍電極兩(liǎng)端獲得(dé)的感應(yīng)信号越(yuè)大.這主(zhǔ)要是因(yin)爲電磁(cí)流量計(jì)勵磁🔴線(xiàn)圈的增(zeng)♍加,使得(dé)流量計(ji)測量區(qu)域的磁(ci)場強度(dù)增加,同(tóng)樣♉分布(bù)的流速(su)🍉下使得(dé)流量計(ji)電極兩(liǎng)端的感(gǎn)應信号(hào)增加
　　仿(páng)真實驗(yan)證明在(zài)有限的(de)空間下(xià)，修改T磁(cí)芯的不(bu)同參🌂數(shù),可以增(zeng)加流量(liàng)計測量(liang)區域内(nèi)部的磁(cí)場分布(bù)情況，也(yě)可👅以适(shi)當的🆚調(diao)整流量(liàng)計測量(liàng)區域中(zhong)的磁場(chǎng)強度與(yu)均勻🚶‍♀️度(dù),根據生(shēng)産測井(jing)中的⛱️實(shí)際工況(kuang)，改變電(dian)磁流量(liàng)計的T磁(cí)芯參數(shu)獲得設(she)計參數(shu).
5結論
　　井(jǐng)下集流(liu)型電磁(cí)流量計(jì)在油氣(qi)井測量(liang)方面有(yǒu)廣泛的(de)應🔞用☔前(qian)景,針對(dui)生産測(ce)井特殊(shu)工況下(xia)提出具(ju)有T型磁(ci)芯的勵(li)磁結構(gòu)的集流(liú)式電磁(ci)流量計(jì),利用有(you)限元軟(ruan)件ANSYS建📱立(lì)了該種(zhong)T型磁芯(xīn)結構電(diàn)磁流量(liàng)計的磁(ci)場分布(bù)計算機(jī)仿真模(mo)型,并通(tōng)過各💯種(zhǒng)性能指(zhi)💔标的分(fen)析,獲得(de)該T型磁(cí)芯結構(gòu)參數設(she)計指标(biao)與流量(liàng)計測量(liang)區域中(zhong)磁場分(fen)布關系(xì),爲擁有(you)T型磁芯(xin)結構的(de)勵磁結(jié)構的🚶實(shí)現提供(gong)參考依(yī)據.

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