摘(zhai)要： 電磁流量計 測(cè)量管壁爲絕緣材(cái)料或者内壁附有(you)絕緣層，但該結構(gòu)限制了電磁流量(liang)計應用範圍，同時(shi)絕緣層破📱損造成(chéng)了測量誤差。因此(ci)有一類電磁流量(liàng)計去掉了絕緣層(ceng)，但這種設計會導(dao)緻流量計輸出信(xìn)号下降而影響測(ce)量。針對導體管壁(bì)電磁流量計 輸出(chū)信号減弱的特點(dian)，提出了信号補償(chang)法，利用此方✌️法💃對(duì)輸出信号衰減程(cheng)度進行判斷，再此(ci)基礎上進行信号(hào)補償。
0引言
　　随着流(liú)量測量方法與技(jì)術研究工作的不(bu)斷發展與進步，預(yu)計未來5年中電磁(cí)流量計的使用規(gui)模将再增加30％［1］。由于(yú)儀🧑🏽‍🤝‍🧑🏻表使用範圍廣(guang)，傳統的電磁流量(liang)計⛱️一直以來就是(shi)🌈研究的熱點問題(tí)之一。學者們針對(dui)不同結構的電磁(ci)流🔆量計給出了研(yan)究成果，并推動😍了(le)電磁流量計的技(ji)術發展。KOLLáRL等［2］研究了(le)一種利用多電極(jí)磁流量計邊界周(zhou)圍的電勢分布進(jìn)行速度重建析方(fang)法🈲。SHiY．和WanGM．［3－４］提出了一種(zhong)基随着流量測量(liàng)方法與技術研究(jiū)工作的不斷發展(zhǎn)與進步，預🈲計未來(lai)5年中電磁流量計(jì)的使用規模将再(zai)❗增加30％［1］。由于儀表使(shǐ)用範圍廣，傳統的(de)電磁流量計一直(zhí)以來就是研究的(de)🐉熱點問題之一。學(xué)者們針🧡對不同結(jie)構的電磁流量計(ji)給出了研究成果(guo)，并推動了電🐅磁流(liú)量計的技術發展(zhǎn)。KOLLáRL等［2］研究了一種利(lì)用多電極磁流量(liàng)計邊界周圍的電(diàn)勢分布🚶進行速度(du)重建析方🔴法。SHiY．和WanGM．［3－４］提(tí)出了一❓種基于感(gan)應技術的圓弧形(xing)電極測量兩相流(liú)中的感應電勢和(he)導電相的速💋度。
　　LEEunGcuLSatiEn和(hé)LucaS［5－6］設計了一種用于(yu)在分層流中重建(jiàn)軸向速度分布的(de)多電🈲極🏃‍♀️磁流量計(jì)。HELQ．［7－8］提出一種用于非(fei)滿管測量的電磁(cí)流🔞量計傳感器，其(qi)中由并聯多電極(jí)構成的🈚平行陣🏃🏻列(liè)作爲☎️測流量計傳(chuán)感㊙️器。REiSE．等人［９－10］比較了(le)不同幾何結構的(de)電極特征，總結出(chū)雙環型電極是用(yong)于🐅測量兩相空氣(qì)－水流體積濃度的(de)最佳結構。WatRaLZ．［11－12］等人設(she)✨計了一種适用☔于(yu)矩形截面管道的(de)電磁流量計，用以(yi)測量明渠中攜帶(dài)污染物和軸向速(su)度不對稱的液體(ti)。對導體管壁電磁(cí)流量計的研究文(wén)獻相對較少［13－15］，而這(zhe)類傳感器在核工(gong)業等♋場合有非常(cháng)重要的應用。
1理論(lun)背景
　　電磁流量計(jì)的基本原理是法(fǎ)拉第電磁感應定(dìng)律。導電流體切割(gē)磁力線産生感應(ying)電動勢與流體流(liu)速成正比。通過測(ce)量😍感應電勢來實(shí)現利用電磁流量(liang)計對流體流速的(de)測量。目前電磁流(liú)量計的測量管襯(chèn)裏爲絕緣材料，将(jiang)流體與測量管隔(gé)開，且兩個測量電(diàn)極在測量管周向(xiàng)軸對稱分布。由于(yu)絕緣材料基本爲(wei)聚四氟乙烯，制約(yue)了電磁流量計使(shǐ)用範圍（工作溫度(dù)低于500℃）；電磁流量計(ji)在流量測量過程(chéng)中👌，絕🈚緣襯裏很容(rong)易與測量管道内(nèi)壁脫離、剝落、拉破(po)等，從而導緻對流(liú)量信号造成幹擾(rǎo)，影響測量精度。去(qù)掉無絕緣襯裏，采(cǎi)用導🍓體材料作爲(wei)測量管的電磁流(liú)量計可✉️以解決因(yīn)傳統🌐内襯給測量(liàng)帶來的問題。但是(shì)由于測量管道爲(wei)非絕緣材料，而導(dao)緻傳感❗器輸出信(xin)☀️号下降。針對以上(shàng)問題，研究了一種(zhǒng)測量單元來動态(tai)監測由于無絕緣(yuán)襯裏帶來的測量(liàng)信号衰弱，同時給(gei)予微弱真實信号(hao)補償，來保證流量(liang)⭐計測量的精度。
　　當(dang)傳感器爲傳統電(diàn)磁流量傳感器時(shí)，即其電極爲點電(dian)極，管道爲絕緣圓(yuán)形直管，流體爲滿(mǎn)管對稱流，流量計(ji)電極兩🚩端輸出的(de)電壓U爲：
U=2R1B`n????????? (1)
　　式中：B爲磁(ci)感應強度；Ri爲管道(dào)内半徑；`n爲導電流(liu)體平均流速。
　　對于(yu)導體管壁電磁流(liú)量計，導電流體以(yǐ)一定速度流♊過測(cè)量管道，産生的感(gan)應電勢不會完全(quan)由電極輸出。這是(shi)由于去掉絕緣襯(chen)裏的導電管壁對(dui)流體感應電勢産(chǎn)生短路效應。
導體(ti)管壁電磁流量計(jì)電極輸電壓爲：

　　式(shi)中：Rｏ爲管道外半徑(jing)；σW爲管道電導率；σｆ爲(wèi)導電流體電導率(lǜ)；τ爲😄流體與管道的(de)接觸電阻。對比式(shì)（1）與（2）可知，導體管壁(bì)流量計的電極間(jiān)輸出信号是有衰(shuai)減的，衰減率爲ｋ。爲(wei)了提高導體管壁(bi)流量計測量的準(zhǔn)确性及穩定性，考(kao)慮通過系數ｋ對測(ce)量電極間輸出信(xìn)号進行補償。
2信号(hào)系統設計
　　電極結(jié)構如圖1所示。CE爲感(gan)應電流電極，ＦE爲反(fan)饋電極，GE爲接地❌電(diàn)極，SE爲信号電極，PE爲(wei)電壓電極。

　　如圖2所(suo)示，導體管壁電磁(cí)流量計輸出信号(hao)由伺服放大模塊(kuài)對🆚輸出信号進行(háng)監控并補償，即伺(sì)服放㊙️大模塊将傳(chuán)感⁉️器輸出信号與(yǔ)反饋信号進行比(bǐ)較并放大❌，當輸出(chu)🌈信号與反饋信💚号(hào)平衡💘時，伺服放大(da)模塊停止工作。信(xìn)号經由采樣保持(chí)模塊進行模數轉(zhuan)換。信号再由差分(fèn)放大器及信号輸(shū)出放大器進行放(fàng)大，使得對傳感器(qi)輸出微弱信号進(jìn)行更精确的放大(dà)。

3實驗驗證
　　在實驗(yàn)室中，利用所設計(ji)的補充信号系統(tong)，對導體❄️電磁流量(liang)計進行實驗。實驗(yan)中采用恒幅電流(liú)和低頻矩👣形波（50/16Hz）産(chan)生勵磁。要保證放(fang)大器第一級的輸(shu)入阻抗必須足夠(gou)高，否則會産生誤(wu)差，補償效果不理(li)想。被測導電液體(tǐ)的電導率爲📧5～10μS/cm，實驗(yan)中采用的水電導(dǎo)率爲163μS/cm。測量管道外(wài)徑爲30mm，内徑爲27mm。電極(jí)之間的阻抗約爲(wèi)在500～1000KΩ。

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