摘要本(běn)文對插(cha)入式電(diàn)磁流量(liang)計 靠近(jin)管道壁(bi)面時的(de)工作磁(ci)場分布(bu)情況進(jin)行了計(ji)算。分别(bié)對磁性(xing)壁面和(hé)非磁性(xing)壁面情(qing)況進行(háng)了比較(jiao),說⭐明磁(ci)☔性管道(dào)壁面對(dui)流量測(ce)量結果(guǒ)的影響(xiang)。同時,給(gěi)出了一(yī)種修正(zheng)的🌂方法(fa)和有關(guān)的修正(zhèng)曲線。
一(yī)、引言
　　流(liú)動的電(diàn)磁感應(ying)的工作(zuò)原理是(shi)當導電(diàn)流體(如(rú)水)流📧經(jing)由儀表(biǎo)傳感器(qì)的工作(zuo)磁場時(shí),由于切(qie)割磁力(li)🔅線會産(chǎn)生感應(yīng)電動勢(shi)。利🌍用适(shì)當的電(dian)極檢出(chū)這一信(xin)号即可(ke)測得流(liú)體的流(liú)速或♉流(liú)量。常規(gui)的 電磁(ci)流量計(jì) 是管道(dao)式的。另(lìng)一種形(xing)式是插(chā)入式的(de),它實際(jì)上是測(ce)量插杆(gǎn)探頭處(chù)的流速(sù),稱爲電(diàn)磁流速(sù)儀或插(chā)入式電(dian)🏃‍♂️磁流量(liàng)計,該種(zhǒng)儀表除(chú)作爲測(cè)速外;還(hai)可以用(yòng)于大管(guan)道的流(liu)量測量(liang)。此時,它(tā)不但可(ke)🈲在線裝(zhuāng)拆,而且(qie)在價格(gé)上也較(jiao)便宜,是(shi)一種很(hen)有競争(zheng)力的流(liú)量儀表(biao)。
　　電磁流(liu)速儀自(zì)1917年美國(guó)人申請(qǐng)專利lj[以(yǐ)來,已受(shòu)到人們(men)的廣泛(fàn)注意和(hé)研究,其(qí)中包括(kuo)利用它(ta)測量管(guǎn)道中流(liu)體的🐕流(liú)量⛷️。但考(kao)慮了管(guan)壁影響(xiang)的插入(ru)式電磁(cí)流量計(ji)🚩三維理(li)論模型(xing),卻在近(jìn)年才建(jiàn)立。ZhangX.Z和HempJ.在(zài)建立了(le)理論模(mó)型2j[、3j[之後(hòu),提出了(le)值得注(zhu)意的問(wen)題,即當(dang)探頭靠(kào)近管道(dao)💘的壁面(mian)時,其測(cè)量結果(guo)将因管(guan)壁的電(dian)㊙️或磁性(xing)質不同(tong)🔞而産生(sheng)誤差。本(ben)㊙️文将在(zài)此基礎(chu)上,進一(yi)步研究(jiu)某種設(she)計的插(cha)入式電(dian)磁流量(liang)計工作(zuo)磁場在(zai)探頭靠(kao)近管壁(bi)✊時的詳(xiáng)細分布(bu),并提出(chu)一種可(ke)用于修(xiū)正由于(yú)磁場受(shou)幹擾引(yin)起測量(liàng)誤差的(de)方法。
二(èr)、插人式(shì)電磁流(liú)量計工(gong)作磁場(chǎng)的求解(jiě)
　　圖1中,插(cha)入式電(diàn)磁流量(liang)計探頭(tou)的端部(bu)裝有一(yī)對電極(jí),内部❤️裝(zhuāng)有一勵(li)磁線圈(quan),在它的(de)周圍産(chan)生工作(zuo)磁場。爲(wei)研究🔞磁(ci)場的詳(xiáng)細分布(bu)狀況,先(xiān)考慮單(dan)匝線圖(tu)。設其半(ban)徑爲al,裝(zhuang)在離端(duan)部Z。處,流(liú)過的電(diàn)流爲I,流(liu)體中的(de)磁介質(zhì)常數爲(wei)産。采用(yong)矢量勢(shì)的表示(shi)法有:




其中(zhong)A,如式(9)或(huo)式(10),Z。是螺(luo)線管的(de)長度,rl爲(wei)它的内(nei)半徑,r:爲(wei)外半徑(jìng)。
　　如圖1所(suǒ)示的插(chā)入式電(dian)磁流量(liang)計,當考(kǎo)慮來流(liu)速度✌️爲(wei)X方向🔴,電(dian)極安裝(zhuang)在探頭(tóu)端部沿(yán)y方向,則(ze)對信号(hao)作貢獻(xiàn)的磁✨場(chǎng)主要是(shì)Z方向。爲(wèi)此,我們(men)計算了(le)磁性和(hé)非磁性(xìng)壁面下(xia)工作磁(cí)場BZ分量(liàng)的分布(bù)☂️情況見(jiàn)圖3和圖(tú)4(因對稱(cheng)🌈隻給出(chu)一半空(kong)間）。
三、讨(tǎo)論
　　從圖(tu)3、4可看到(dào),靠近電(dian)磁流量(liàng)計的壁(bi)面分别(bié)爲磁性(xìng)和非磁(cí)性時,工(gōng)作磁場(chang)的分布(bù)差異明(ming)顯。對非(fēi)磁性壁(bi)面,其分(fen)😘布相當(dāng)于探頭(tou)❄️在無限(xian)大均勻(yun)介質當(dāng)中📱;而當(dang)壁面是(shi)磁性時(shi),由于探(tàn)頭内線(xiàn)圈産生(sheng)的磁場(chang)引起壁(bì)面的磁(cí)化,加強(qiáng)了探頭(tou)附近的(de)磁⚽感強(qiáng)度,相🚶‍♀️當(dang)于線圈(quan)與它對(duì)壁面的(de)像共同(tong)産生的(de)磁場。由(you)于這一(yi)變化,使(shǐ)探頭的(de)測量産(chan)生誤差(cha)。文獻「2]指(zhǐ)出,隻有(you)💋當探頭(tóu)的端部(bu)與壁面(mian)的距離(lí)大于4倍(bèi)的插杆(gan)半徑時(shí),壁面對(duì)測量讀(du)數産生(sheng)的誤差(chà)才可能(neng)小于1%。
　　一(yi)種修正(zheng)磁性壁(bì)面引起(qǐ)測量誤(wu)差的方(fang)法是在(zài)探👣頭的(de)适當位(wèi)置裝一(yi)霍爾磁(cí)場傳感(gǎn)器。考慮(lǜ)到線圈(quan)的前面(miàn)緊接電(diàn)極,霍爾(er)元件可(kě)裝在線(xiàn)圈後面(mian)與電極(ji)形成對(dui)稱的位(wei)置上(參(can)見圖1)。此(ci)時,由霍(huò)爾元件(jian)測得的(de)磁場強(qiáng)度一般(bān)不等于(yu)電極處(chù)的值。爲(wèi)此,圖5計(jì)🚶‍♀️算出當(dang)探頭接(jie)近磁性(xing)壁面時(shi),霍爾元(yuán)件上所(suo)測的磁(cí)感強度(dù)與電極(jí)處磁感(gǎn)強度之(zhi)比。利用(yong)單片機(jī)可以進(jin)行修正(zheng)。而對于(yu)非磁性(xìng)壁面,這(zhe)一比值(zhi)恒爲1。圖(tu)中☎️Bl/B:爲霍(huò)爾元件(jian)測得磁(cí)感應與(yǔ)電極處(chu)磁感應(ying)之比,Lla爲(wei)探頭與(yu)💁壁面距(ju)離與💘探(tan)頭半徑(jìng)之比。

四(si)、小結
　　本(běn)文研究(jiu)了插入(ru)式電磁(cí)流量計(jì)工作磁(cí)場的求(qiu)解。給出(chu)了當流(liú)量計探(tan)頭靠近(jìn)磁性和(hé)非磁性(xìng)壁面時(shí)工作磁(ci)場的不(bu)🐇同分布(bù)。進而提(ti)出的修(xiu)正磁性(xìng)壁面⁉️引(yin)起測🍓量(liàng)誤差的(de)方法,可(ke)通過‼️由(yóu)霍爾元(yuán)件測得(dé)磁感強(qiáng)度和計(ji)算的修(xiu)正曲線(xian)對測量(liàng)結果進(jìn)行修正(zhèng)👌。

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