摘要:爲了(le)提高插入式電磁(cí)流量計 的精度和(he)穩定性，簡述了勵(lì)磁線圈的結構、新(xīn)材料和新工藝;讨(tǎo)論了勵磁線圈在(zài)設計、制造及裝配(pei)中對插入式 電磁(ci)流量計 的影響，指(zhǐ)出了插入式電磁(cí)流量計在設計時(shi)的注意事項。
　　插人(ren)式電磁流量計因(yīn)其特殊的結構形(xíng)式，緻使其抗幹擾(rao)能力較弱、精度偏(piān)低以及瞬時流量(liàng)波動過大等不良(liang)現象，但便👈于安裝(zhuāng)、造價低、普遍應用(yòng)于大⛱️管道等㊙️特點(dian)而存在。爲✌️了發揮(huī)其優勢,消除其不(bu)利因素，對其内部(bu)結構及其相關🏃技(jì)術參數進行優化(hua)📞設計，從而使其精(jīng)度能夠✔️達到+1%FS,使抗(kàng)幹擾能力得到極(jí)大地增強。主要通(tong)過優化設計、選擇(zé)材料和試驗🔞，使插(cha)人式電磁流量計(jì)的穩定性和精度(du)大幅度提高，并提(tí)出解決措施⭐，對實(shi)際應用具有參考(kǎo)價值。分💘析與研究(jiu)程序圖如圖1所示(shi)。

1測量原理(lǐ)
　　根據法拉第電磁(cí)感應定律的工作(zuò)原理，也就是液态(tài)導體在磁場中做(zuò)切割磁力線運動(dong)時，對導體内産生(shēng)🤟感應電動勢(Es)的分(fen)布進行分析，研究(jiu)磁場分布的影響(xiǎng)👌規律，在保證高精(jīng)度、高可靠性和抗(kang)幹擾能力強、瞬時(shí)流量波動範圍小(xiǎo)的前提下，尋❌求寬(kuān)範圍流量測量時(shí)插人式電磁流量(liàng)計。
　　插人式電磁流(liú)量計測量液體的(de)流量時，液體爲導(dao)電液體，電導率應(yīng)大于5μs/em，流體流過垂(chuí)直于流動方向的(de)磁場導電液體的(de)流動感應出平均(jun)流速，從而獲得與(yǔ)流體的體🐅積流量(liang)成正比的感應電(dian)動勢(Es),感應電動勢(shi)方程爲:
Es=BDV×10-4
式中：Es---電動(dong)勢，伏特（V）
B----磁感應強(qiáng)度，特斯拉（T）
D----測量管(guǎn)内徑，厘米（cm）
V----被測液(ye)體平均流速，米/秒(miǎo)（m/s）
　　因插入式電磁流(liú)量計與一般的法(fa)蘭管道式電磁流(liu)量計有💰很大的不(bu)同，插入式電磁流(liu)量計的傳感器外(wài)側形㊙️成發射磁場(chang)，測量電極在傳感(gan)器的端部，故此根(gen)🔞據尼庫接磁(NIKURADS)原💞理(lǐ)，測量導電液體流(liu)量時,導電流體流(liú)過垂直于流動方(fāng)向的磁場導電液(yè)體的流動感應出(chū)平均流速，從而獲(huò)得與流體的體積(ji)流量成正比的感(gan)應電動勢，感應電(dian)動勢信号被兩個(gè)與流體相接觸的(de)電極檢測出來,在(zai)轉換器中顯示瞬(shùn)時流量和累計流(liu)量，并通過轉換器(qi)轉換成标準電信(xìn)号輸出到上位機(jī)，即4mA~20mADC,如圖2所示。

　　插入(ru)式電磁流量計的(de)測量探頭測得管(guan)道内部特定位置(zhi)(管🌈道內徑的1/8處)的(de)局部流速，以确定(ding)管道流速，插人式(shi)電磁流量計的傳(chuán)感器是在測量探(tan)頭外側形成外發(fa)射🚶磁場，測量電極(jí)🔴在傳感☎️器的端部(bu)。
　　基于以上目的，爲(wei)了降低外發射磁(ci)場的電磁流速傳(chuán)🔞感器所💁産生的感(gǎn)應信号受信号流(liú)體和磁場的邊界(jiè)層厚度影響,會🎯降(jiang)低測量的線性度(du)，通過一體化的特(te)⛱️殊優化設計，在外(wài)徑爲:φ47mm(因爲需✨要使(shǐ)用2”螺紋球閥，球閥(fa)通孔直徑爲:50mm的緣(yuan)故)，内徑爲:φ40mm，長度爲(wei):77mm的空♈間内進行布(bu)♌置各個相關零、部(bù)件(兩個電極、兩個(gè)電極加長杆，勵磁(ci)線圈部件)，應用法(fa)拉第電磁感應定(dìng)律和尼庫接磁(NIKURADS)原(yuán)理，将磁感應強度(du)充分發揮,達到高(gāo)精度、高可靠性、寬(kuān)範圍的流體測量(liang)，同時采用新材料(liào)、新工藝，該結構還(hai)具有耐高溫，并且(qiě)适用于大口徑管(guǎn)道的流體測量等(deng)特性。
　　通過大量的(de)試驗，對探頭端部(bù)外型結構亦采用(yong)特🌏殊設計，從而消(xiāo)除兩個電極之間(jian)的擾流現象，同時(shí)🛀🏻亦消除因💞通電産(chǎn)生磁場，導緻兩個(ge)電極吸附介質中(zhōng)的鐵🙇🏻屑而影響測(cè)量精度和死區效(xiao)☔應，增強了輸出信(xìn)号的穩定性，從而(ér)提高傳感器精度(du)和抗幹擾🌂性。通過(guò)結構的優化設計(jì)💋，使用壽命更長，插(chā)入式電磁流量計(ji)探頭局部，如圖3所(suo)示。

2實(shi)踐當中遇到的實(shí)際難題
　　在生産實(shí)踐中，發現剛剛纏(chán)繞完畢的勵磁線(xian)圈，由于摩擦💃🏻生熱(re)✏️的原因，直接進行(hang)測量阻值時，阻值(zhi)往💘往大于理論計(ji)算值(10~20)。當勵磁線圈(quān)在自然環境中失(shī)🔴效幾個小時後，勵(lì)磁線圈的阻值恢(huī)複到理論設計值(zhi)。從而推論,含有勵(li)磁線圈的插入式(shì)電磁流量計👄受現(xiàn)場管道介質溫度(dù)的影響非常大，緻(zhì)使插入式電磁流(liú)量計的轉換器内(nei)的技術參數發生(shēng)變化，影💛響其過程(cheng)控制的精度，而且(qiě)瞬時流🔴量波動過(guò)大。
　　其原因是:勵磁(cí)線圈的阻值及匝(za)數是按照常溫狀(zhuàng)态下進行設計的(de)，而含有勵磁線圈(quān)的插入式電磁流(liú)量計經💁常是高于(yu)常溫狀态下進行(hang)安裝、使用(如:高爐(lu)回水、供熱😘管道等(děng))，勵磁線圈的阻🤞值(zhí)随使用環境溫度(dù)的變化而變化,緻(zhì)使插入式電磁流(liú)量計測🔴量時的精(jīng)度大爲降低，性能(néng)的不确定💃性大爲(wei)增加，爲了保證儀(yi)表的高精度和穩(wěn)定性，在不同的季(jì)節(主要是環境溫(wēn)度和介質溫度)，經(jing)過大量模拟現場(chǎng)實際情況的試驗(yàn)，并結合轉換器的(de)技術🌈參數要求,得(de)出一個完善的勵(lì)磁🈲線圈各種技術(shu)參數。
模拟現場試(shi)驗裝置如圖4所示(shi)。

　　試驗(yàn)方法:首先，把插入(ru)式電磁流量計和(hé)溫度傳感器按照(zhào)圖中所示固定在(zai)自動加熱箱體中(zhong);其次，把插人式電(diàn)磁流量計的勵磁(cí)線圈的引線(聚四(si)氟乙烯屏蔽線)與(yǔ)萬✏️用表測量阻值(zhi)端鈕相連接,并把(bǎ)檔位定格在🐕200刻度(dù)線.上;同時把溫度(dù)傳感器(PT100 鉑電阻 )的(de)引線與溫度顯示(shì)器相連接。
　　經檢查(cha)無誤後，經過大約(yuē)10min,記錄此時水箱中(zhong)水的溫度，然後接(jiē)通🌈220VAC電源，自動電加(jia)熱箱體内的水進(jin)行升溫，以水每升(shēng)高5C，記錄一次萬用(yòng)表顯示的阻值，記(ji)錄直至水溫達到(dào)100℃時的阻值。
試驗數(shu)據如下:
　　爲了滿足(zu)現場管道高溫介(jie)質對插入式電磁(ci)流量計測量精度(du)的影響，探頭勵磁(cí)線圈的阻值在環(huán)境💚溫度(T=15℃時)，按照理(li)論計算值😘進行纏(chán)繞，爲60n+0.50，漆包圓繞組(zǔ)線直徑:φ=0.21mm,經過多👉次(ci)升高介質(自來水(shui))溫度進行試驗，勵(lì)磁線圈🐪的電阻值(zhi)👄與溫度的🧡變化數(shu)據表示如下☔:
1）2025年12月(yue)份北方的冬季，室(shì)溫：15°C～20°C内進行第一次(ci)試驗，升溫試驗時(shi)‼️間共75min。
勵磁線圈的(de)電阻值與溫度的(de)變化數據表示如(rú)下：
水溫：15°C時，勵磁線(xiàn)圈阻值：R=60.2Ω
水溫：20°C時，勵(li)磁線圈阻值：R=61.3Ω阻值(zhí)升高1.1Ω
水溫：25°C時，勵磁(ci)線圈阻值：R=62.5Ω阻值升(shēng)高1.2Ω
水溫：30°C時，勵磁線(xian)圈阻值：R=63.8Ω阻值升高(gao)1.3Ω
水溫：35°C時，勵磁線圈(quan)阻值：R=64.9Ω阻值升高1.1Ω
水(shui)溫：40°C時，勵磁線圈阻(zu)值：R=66.4Ω阻值升高1.5Ω
水溫(wen)：45°C時，勵磁線圈阻值(zhí)：R=67.5Ω阻值升高1.1Ω
水溫：50°C時(shí)，勵磁線圈阻值：R=68.8Ω阻(zu)值升高1.3Ω
水溫：55°C時，勵(li)磁線圈阻值：R=70.0Ω阻值(zhí)升高1.2Ω
水溫：60°C時，勵磁(ci)線圈阻值：R=71.1Ω阻值升(shēng)高1.1Ω
水溫：65°C時，勵磁線(xian)圈阻值：R=72.2Ω阻值升高(gāo)1.1Ω
水溫：70°C時，勵磁線圈(quān)阻值：R=73.4Ω阻值升高1.2Ω
水(shui)溫：75°C時，勵磁線圈阻(zu)值：R=74.5Ω阻值升高1.1Ω
水溫(wen)：80°C時，勵磁線圈阻值(zhí)：R=75.4Ω阻值升高0.9Ω
水溫：85°C時(shi)，勵磁線圈阻值：R=76.6Ω阻(zǔ)值升高1.2Ω
水溫：90°C時，勵(li)磁線圈阻值：R=77.9Ω阻值(zhí)升高1.3Ω
水溫：95°C時，勵磁(ci)線圈阻值：R=78.9Ω阻值升(shēng)高1.0Ω
水溫：100°C時，勵磁線(xiàn)圈阻值R=81.4Ω阻值升高(gāo)2.5Ω
第一次試驗結論(lùn)：水溫從15°C升到100°C時，每(mei)升高5°C，勵磁線圈的(de)電阻值平🍉均增大(dà)1.247Ω。
2）勵磁線圈完全處(chù)于室溫：15°C～20°C狀态下，24h後(hou)進行第二次試驗(yàn)，升溫試驗時間共(gong)80min。
勵磁線圈的電阻(zu)值與溫度的變化(hua)數據表示如下：
水(shui)溫：6°C時，勵磁線圈阻(zu)值：R=58.8Ω
水溫：10°C時，勵磁線(xiàn)圈阻值：R=59.8Ω阻值升高(gao)1.0Ω
水溫：15°C時，勵磁線圈(quān)阻值：R=60.2Ω阻值升高0.4Ω
水(shui)溫：20°C時，勵磁線圈阻(zu)值：R=61.5Ω阻值升高1.3Ω
水溫(wēn)：25°C時，勵磁線圈阻值(zhi)：R=62.8Ω阻值升高1.3Ω
水溫：30°C時(shi)，勵磁線圈阻值：R=63.8Ω阻(zu)值升高1.0Ω
水溫：35°C時，勵(li)磁線圈阻值：R=65.0Ω阻值(zhí)升高1.2Ω
水溫：40°C時，勵磁(cí)線圈阻值：R=66.2Ω阻值升(sheng)高1.2Ω
水溫：45°C時，勵磁線(xiàn)圈阻值：R=67.0Ω阻值升高(gao)0.8Ω
水溫：50°C時，勵磁線圈(quān)阻值：R=68.7Ω阻值升高1.7Ω
水(shuǐ)溫：55°C時，勵磁線圈阻(zǔ)值：R=69.9Ω阻值升高1.2Ω
水溫(wen)：60°C時，勵磁線圈阻值(zhí)：R=71.2Ω阻值升高1.3Ω
水溫：65°C時(shi)，勵磁線圈阻值：R=72.3Ω阻(zǔ)值升高1.1Ω
水溫：70°C時，勵(lì)磁線圈阻值：R=73.2Ω阻值(zhi)升高0.9Ω
水溫：75°C時，勵磁(cí)線圈阻值：R=74.7Ω阻值升(shēng)高1.5Ω
水溫：80°C時，勵磁線(xian)圈阻值：R=75.8Ω阻值升高(gao)1.1Ω
水溫：85°C時，勵磁線圈(quān)阻值：R=76.7Ω阻值升高0.9Ω
水(shui)溫：90°C時，勵磁線圈阻(zǔ)值：R=77.9Ω阻值升高1.2Ω
水溫(wēn)：95°C時，勵磁線圈阻值(zhi)：R=79.1Ω阻值升高1.2Ω
水溫：100°C時(shí)，勵磁線圈阻值：R=81.2Ω阻(zǔ)值升高2.1Ω
第二次試(shi)驗結論：水溫從15°C升(shēng)到100°C時，每升高5°C，勵磁(cí)線圈的電阻值平(ping)均增大1.179Ω。後又在本(běn)季節多次進行試(shi)驗，試驗結果大體(ti)相似。
3）2025年12月17日星期(qi)四上午8：15開始試驗(yan)，試驗室溫：25°C～30°C内進行(háng)第三次試驗，升溫(wen)試驗時間共30min。
勵磁(ci)線圈的電阻值與(yu)溫度的變化數據(ju)表示如下💚：
水溫：20°C時(shi)，勵磁線圈阻值：R=61.4Ω
水(shuǐ)溫：25°C時，勵磁線圈阻(zu)值：R=62.5Ω阻值升高1.1Ω
水溫(wen)：30°C時，勵磁線圈阻值(zhí)：R=63.8Ω阻值升高1.3Ω
水溫：35°C時(shí)，勵磁線圈阻值：R=64.9Ω阻(zu)值升高1.1Ω
水溫：40°C時，勵(li)磁線圈阻值：R=66.4Ω阻值(zhí)升高1.5Ω
水溫：45°C時，勵磁(cí)線圈阻值：R=67.5Ω阻值升(shēng)高1.1Ω
水溫：50°C時，勵磁線(xian)圈阻值：R=68.8Ω阻值升高(gao)1.3Ω
水溫：55°C時，勵磁線圈(quan)阻值：R=70.0Ω阻值升高1.2Ω
水(shui)溫：60°C時，勵磁線圈阻(zu)值：R=71.1Ω阻值升高1.1Ω
水溫(wēn)：65°C時，勵磁線圈阻值(zhí)R=72.2Ω阻值升高1.1Ω
水溫：70°C時(shí)，勵磁線圈阻值：R=73.4Ω阻(zu)值升高1.2Ω
水溫：75°C時，勵(lì)磁線圈阻值：R=74.5Ω阻值(zhí)升高1.1Ω
水溫：80°C時，勵磁(ci)線圈阻值：R=75.4Ω阻值升(shēng)高0.9Ω
水溫：85°C時，勵磁線(xiàn)圈阻值：R=76.6Ω阻值升高(gāo)1.2Ω
水溫：90°C時，勵磁線圈(quān)阻值：R=77.9Ω阻值升高1.3Ω
水(shui)溫：95°C時，勵磁線圈阻(zu)值：R=78.9Ω阻值升高1.0Ω
水溫(wēn)：100°C時，勵磁線圈阻值(zhi)：R=80.1Ω阻值升高1.1Ω
水溫：100°C時(shí)，連續進行8小時高(gāo)溫度（100°C）水進行試驗(yàn)，此時的勵磁線👣圈(quān)阻值：R=80.1Ω～81.4Ω範圍内波動(dòng)。
這次夏季試驗結(jie)論：水溫從20°C升到100°C時(shi)，每升高5°C，勵磁線圈(quān)的電阻值平均增(zeng)大1.1625Ω。後又在本季節(jiē)多次進行試驗，試(shi)驗結果大體相似(sì)。
通過北方寒冷的(de)冬季及夏季的數(shù)十次試驗，其試驗(yàn)的結果基本一緻(zhi)。
　　爲了使勵磁線圈(quan)産生的磁力線均(jun1)勻、完整地包裹電(dian)極，勵磁線圈的磁(cí)芯要盡量與電極(jí)端部相接近，使電(dian)🔞極整體充分地切(qiē)割磁力線，同時兼(jian)顧電感值的大小(xiao)，在電感值适中的(de)情況下（後面論述(shù)，經過理論計算和(hé)試驗，電感值：L=390mH爲宜(yi)），從而産生連綿不(bú)斷的、強大、穩定的(de)磁場信号，在💔實踐(jiàn)中起到了大大降(jiàng)低過程控制流量(liàng)的波動性，并且增(zeng)加了流速的穩定(ding)🆚性（最小流速爲0.2m/s時(shí)，可正确、穩定地測(ce)量），同時使插入🚶‍♀️式(shi)電磁流量計在标(biao)⚽校時的标校系數(shù)大爲降低（如轉換(huan)器的标校系數：1～5.9999，則(zé)✌️實際标校過程中(zhong)，标校系數🈚隻爲1.3左(zuo)右），使标校✨過程簡(jiǎn)易化，更容易進行(háng)标校，極🛀🏻大地減輕(qīng)了标校人員的工(gōng)作強度，儀表的精(jīng)度更👨‍❤️‍👨高。勵磁線圈(quan)部件與端部電極(jí)👨‍❤️‍👨的🚶‍♀️相對位置如圖(tu)5所㊙️示。

3插入(ru)式電磁流量計優(you)化設計
　　通過在不(bu)同季節進行的數(shu)十次試驗結果，再(zai)結合轉🔴換🔴器本身(shen)♌的技術參數的要(yào)求，以及在插入式(shi)電磁流⭐量計傳感(gan)器的有限🌈空間内(nèi)，進行技術參數、新(xin)材料和新工藝的(de)優化設計。
1）根據閉(bi)合回路的屬性---電(diàn)感原理及公式：L=μQ×μr×Ae×N2/l式(shi)中：
L—電感，單位：亨（H）μ
Q—自(zi)由空間的導磁率(lǜ)：4д×10-7H/m
μr—磁芯材料相對的(de)導磁率，單位：亨/米(mǐ)（H/m）
Ae—磁芯的截面積，單(dan)位：平方米（m2）
N----勵磁線(xian)圈的匝數
l----勵磁線(xian)圈纏繞長度，單位(wei)：米（m）
2）精選勵磁線圈(quān)磁芯的材質以及(jí)尺寸的選擇
　　根據(ju)尼庫接磁（NIKURADS）原理，設(she)計、制造和特性參(cān)數試驗。爲了增大(da)導磁率，極大地改(gǎi)善封閉性磁力線(xiàn)強度，故此選擇實(shí)心勵磁線圈，使磁(ci)感應強度大幅增(zeng)加。磁芯采用磁性(xing)等🐪級：超級；牌号：電(diàn)工純鐵（型号：DT4C）；矯頑(wán)力：≤32，矯頑力時效增(zēng)值：≤4，最大導磁率：≥0.0151
　　工(gōng)業純鐵質地特别(bié)軟，韌性特别大，電(diàn)磁性能很好。工業(ye)純♻️鐵熔點比鐵高(gao)，在潮濕的空氣中(zhong)比鐵難以生鏽，在(zai)冷的濃硫酸中可(ke)以鈍化；同時電磁(cí)性能好。矯頑力（Hc）低(dī)，導磁率μ高，飽和磁(cí)感（Bs）高，磁性穩定又(you)無磁時效。鋼質純(chún)淨度高👉，電工純鐵(tiě)系列鋼質均爲鎮(zhen)靜鋼，又采用了精(jing)練，所以内部組織(zhi)緻密，均勻，優良，氣(qì)體含量少，成品💋含(han)碳量≤0.004%，冷、熱加❌工性(xing)能好。冷加工如車(chē)、墩、沖、彎、拉等都無(wu)問題，具有良好的(de)加工性能，加💁工表(biao)面質量好。
3）勵磁線(xian)圈的漆包圓繞組(zu)線的選擇
　　根據中(zhōng)華人民共和國國(guo)家标準GB/T6109.1—2008《漆包圓繞(rào)組線第一👄部💃分：一(yī)般規定》[2]和GB/T6109.2—2008《漆包圓(yuan)繞組線第二部分(fen)：155級聚酯漆包銅圓(yuán)線》[3]的相關規定，并(bìng)且結合插入式電(diàn)磁流量計的具體(tǐ)使用情況及使用(yong)範圍⭐的安全裕度(dù)，選擇型号：QZY=XY-2/200，線徑：φ0.21mm。
型(xíng)号：QZY+XY-2/150的含義
系列代(dài)号Q—漆包圓繞組線(xiàn)
漆膜代号Z—聚酯類(lèi)漆
Y—聚酰亞胺類漆(qi)
非自粘性漆包線(xiàn)2—二級漆膜
耐溫溫(wēn)度150—攝氏度：150°C
插入式(shi)電磁流量計勵磁(ci)線圈的結構形式(shi)如圖6所♈示。

根據(ju)以上不同季節的(de)數10次試驗，勵磁線(xiàn)圈得出相🥵應的技(ji)術參數如下：
a）從勵(li)磁線圈的漆包圓(yuán)繞組線的選擇（如(ru)：勵磁線圈的型号(hào)、線🏃‍♂️徑等）如上所述(shù)。
b）關于勵磁線圈的(de)阻值通常情況下(xià)的理論值均在常(cháng)溫下進🧑🏽‍🤝‍🧑🏻行♊計算與(yu)确定，但一定要結(jié)合轉換器的🏒相關(guān)技術參數進行選(xuan)擇。
選擇方法：如插(cha)入式電磁流量計(ji)所選擇的轉換器(qì)💋匹配的阻值爲：（X～Y）Ω時(shi)，則勵磁線圈的阻(zu)值大于或等于1.5X即(ji)可㊙️。這樣既能滿足(zu)流動介質溫度低(dī)于常溫時，勵磁線(xian)圈阻值必然降低(dī)，但不影響轉換器(qì)的正常工作，同時(shí)亦能滿足介🈚質溫(wen)度高于常溫時，勵(lì)磁線圈阻值升高(gāo)，也不影響轉換器(qì)的正常工🔆作。
c）從結(jié)構上講，勵磁線圈(quān)的磁芯必須長于(yu)線圈部件爲好。其(qi)磁芯長出部分應(ying)與采集信号的電(diàn)極基本在一個基(jī)準線上，在現有的(de)磁場強度下增加(jia)磁力線最大程度(du)上包裹電🔞極，使之(zhī)🙇🏻電極采集信号的(de)最大化，由此增加(jia)插入⛷️式電磁流☎️量(liàng)計的精度和穩定(ding)性。
4結論
　　一種基于(yu)插入式電磁型流(liú)量計在實際應用(yong)過程🌐中，勵磁線❗圈(quan)經過優化設計、磁(cí)芯材料的選擇和(hé)探🌂頭結構等方面(miàn)🥰的改進，提高其在(zài)現場運行過程中(zhōng)的穩定性、精度等(deng)級和抗幹擾💛能力(lì)，充分發揮插入🧑🏽‍🤝‍🧑🏻式(shi)電磁流量計自有(yǒu)優勢，對該産品質(zhì)量的提升具📐有實(shí)質性作☎️用。

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