1引言(yán)
　　近年來,電(dian)磁流量計(jì) 的勵磁結(jié)構況備受(shou)研究人員(yuan)的關注對(duì)外流式的(de)電📐磁🔞流量(liang)🈚計的磁場(chang)分布情況(kuàng)進行了仿(pang)真研究"在(zài)些特✊殊的(de)工況🤟領域(yù)下,如何設(she)計電磁流(liu)量計直是(shì)❗工程技術(shu)人員研究(jiu)的熱點問(wen)✊題”,生産測(cè)井中特殊(shū)工況環境(jìng)下如何設(she)計電磁流(liu)📱量計傳感(gǎn)器結構一(yī)直是石油(you)生産測井(jǐng)領域研究(jiu)的問題🈚,電(diàn)磁相關法(fǎ)❤️流量測量(liàng)傳感器解(jie)決了生産(chǎn)測井中油(yóu)氣水🈚三相(xiang)流流量測(cè)量問題.另(lìng)一方面生(sheng)産測井空(kōng)間狹小，需(xu)要構造特(tè)殊的電磁(cí)💁流量計傳(chuán)感器,本文(wen)提出了一(yī)種勵磁結(jié)構的磁芯(xin)設計爲T型(xíng)的電磁流(liú)量計,使得(dé)有限的空(kōng)間下電🔆磁(cí)流量計的(de)勵磁線圈(quān)空間增大(dà)♌,進而增強(qiang)測量管道(dao)中(測量區(qū)域)磁場強(qiáng)度，使兩端(duan)♊電極感應(ying)信号變大(da),有助于信(xin)号的獲取(qu),爲有限空(kong)間下的井(jing)下 小管徑(jìng)集電磁流(liu)量計 實現(xiàn)提供可能(néng).同時,對電(dian)磁流量計(ji)勵磁結構(gòu)中T型磁芯(xīn)參數進行(hang)研究，獲得(dé)不同T型磁(ci)芯對測量(liàng)管道中磁(ci)場産生的(de)影響💞.研究(jiu)結果可爲(wèi)應用在一(yī)些特❓殊場(chang)合中具有(you)T型磁芯的(de)電磁流量(liàng)計實現提(ti)供參考依(yī)據.
1T型磁芯(xin)結構
　　T型磁(ci)芯是爲較(jiào)小的空間(jiān)下實現盡(jin)可能大的(de)勵磁線圈(quān)而💘提出的(de),如圖1所示(shi)爲較小空(kōng)間結構下(xia),設計有T型(xíng)🏃🏻磁芯的電(diàn)磁流量計(jì)傳感器截(jié)面圖.在圖(tú)中1表示線(xiàn)圈位置;2表(biao)示磁芯位(wèi)置;3表示電(dian)極🎯及其固(gù)定器件位(wèi)置;4表示襯(chèn)裏位置;5表(biao)示内徑壁(bi)位置;6表示(shi)外徑壁;7表(biao)示測量管(guan)道(測量區(qu)⛷️域).如圖1所(suǒ)示電磁流(liú)量計勵磁(ci)結構磁芯(xin)💋造型近似(si)爲T型(因稱(cheng)爲T型磁芯(xīn)🍓),磁芯在靠(kào)近電磁流(liú)量計内管(guan)道時爲T型(xing)磁芯的較(jiao)長端⚽.如圖(tu)中所示,T型(xíng)磁芯較長(zhǎng)端與x軸夾(jia)角爲a,T型磁(ci)芯較短端(duan)與x軸夾角(jiao)爲b,T型磁芯(xīn)較長端寬(kuān)度爲k1,T型磁(cí)⛹🏻‍♀️芯較🏃短端(duan)寬度爲k2.
 
2磁場評(píng)價指标
　　爲(wèi)了詳細的(de)獲得電磁(ci)流量計勵(lì)磁線圈及(ji)T型磁芯🐆變(biàn)化對☎️流量(liàng)計測量區(qū)域内部磁(ci)場強度分(fen)布的影響(xiang)情⛱️況，引入(ru)樣本平均(jun)值✍️樣本标(biāo)準差、變異(yì)系數磁場(chǎng)均勻度、感(gan)應電勢值(zhi)等磁場評(píng)價指标分(fen)析傳感器(qi)勵磁線❗圈(quān)不同軸向(xiang)長度時測(ce)量區域内(nei)部磁場分(fen)布情況，如(rú)式(1)所示.式(shì)中🏃‍♀️，Bs爲樣本(ben)平均值;`B爲(wèi)樣本标準(zhǔn)差;Bcv爲樣本(běn)磁場均勻(yun)度;Bc爲樣👄本(běn)變異系數(shù).在這4個磁(cí)場評價指(zhǐ)标中,樣本(běn)平均值越(yue)大🔴越好，樣(yàng)本标準差(chà)越小越好(hao),磁場均勻(yún)度越大越(yuè)好,變💔異系(xì)數越小越(yuè)好.
 
　　式中，S均(jun)勻爲測量(liang)區域任意(yi)一點磁感(gan)應強度與(yǔ)`B之比在均(jun)勻95%至105%的面(mian)積和,S測量(liang)區的總面(mian)積。
　　由Maxwell方程(chéng)及在一定(ding)的假設條(tiáo)件下，可得(de)I5]電磁流量(liang)計的感應(ying)電勢的表(biǎo)達方程"],如(rú)式(2)所示:
 
　　式(shi)中，U2-U1是兩電(dian)極的電勢(shi)差;A表示對(duì)所有空間(jian)積分;L爲絕(jué)緣管道筒(tong)長一半;r爲(wèi)流量計截(jié)面管半徑(jìng);矢量`B是💃🏻導(dao)電流體的(de)流速;B是磁(ci)感🚩應強度(du);W爲矢量權(quan)重函數⭕,它(ta)是-一個隻(zhi)由電磁流(liú)量計本身(shēn)結構決定(ding)的量.由(2)式(shì)可知，隻要(yao)确定了流(liu)體的流速(su)V、磁感應強(qiáng)度B、以及權(quán)重函數W,以(yi)及流量計(jì)管徑半徑(jing),就可以求(qiu)流量計🈲的(de)感應電勢(shì)差.
3仿真實(shi)驗
　　仿真實(shi)驗中，設定(ding)a分别爲23°,30°,35°,40°，45°,50°,設(shè)定b小于等(děng)于a,根據實(shi)際情況設(shè)定角度分(fèn)别爲8°,16°,23°,30°,35°,40°,45°,50°.仿真(zhēn)實驗中設(she)定T型磁芯(xin)較長端寬(kuan)度爲h1占T型(xing)磁芯整⛱️個(ge)寬度的1/3,1/2以(yi)及2/3時(即h1/(h1+k2)爲(wei)1/3,1/2以及2/3時的(de)情況)分别(bié)考查🌈不同(tong)參數情況(kuang)下T型磁芯(xīn)構建的勵(li)磁結構對(dui)電磁流量(liang)計測量區(qu)域中産生(shēng)的磁場影(yǐng)響情況.
 
　　如(rú)圖2所示爲(wèi)不同T型磁(ci)芯結構在(zai)電磁流量(liàng)計測量區(qu)域産生⁉️磁(cí)場強度分(fen)布仿真圖(tu).由于篇幅(fú)原因，這裏(li)隻顯示了(le)k1/(k1+k2)爲1/2,b爲23°的仿(pang)真圖.圖2(a),(b),(c),(d)分(fen)别顯示的(de)是a爲23°,
4實驗(yàn)數據分析(xī)
　　爲了考察(cha)不同T型磁(ci)芯結構對(duì)電磁流量(liàng)計測量區(qū)域磁場強(qiang)度的分布(bu)情況影響(xiang),仿真實驗(yan)中獲得的(de)🍓數據結果(guǒ)運用公式(shi)(1)電磁流量(liang)計磁場強(qiang)度分布評(ping)價指标🔞進(jìn)行分析，以(yi)獲得電磁(cí)流量計不(bú)同T型磁芯(xīn)結構參數(shu)對流量計(jì)測量區域(yù)的磁場強(qiang)度分布影(yǐng)♉響,從而爲(wèi)電🥵磁流量(liang)計T型🐪磁芯(xīn)結構設計(jì)給出指導(dǎo)性的意見(jiàn).
 
　　如圖3所示(shì)爲不同T型(xíng)磁芯結構(gòu)下測量區(qu)域産生磁(cí)場感應強(qiang)度平均值(zhi)，圖中橫坐(zuo)标爲T型磁(cí)芯b的角度(dù),縱坐标爲(wèi)測量區域(yu)的平均磁(ci)場強度，圖(tu)标表示的(de)🌂是T型磁芯(xīn)的不同α的(de)角❗度以及(jí)磁芯長端(duan)寬度所占(zhan)的比例其(qí)📐中以“角度(dù)-比例”表示(shi),例如30-1/2表示(shi)T型磁芯的(de)⭕較長端角(jiao)度α爲30°,k1/(k1+k2)爲1/2時(shi)的測量區(qu)域中平均(jun1)磁場強度(du)測量結果(guǒ)圖🥵标👄Other爲T型(xíng)磁芯較長(zhang)💃🏻端的角度(du)α與較短端(duan)的角度b相(xiàng)等(即爲23,30,35,40,45,50)時(shí)的流量計(jì)測:量區域(yù)中的平均(jun1)磁場強度(dù).從仿真結(jié)果可以看(kàn)出:T型磁芯(xīn)的較長端(duan)的角度α越(yue)小，流量計(jì)測量區域(yu)中平均磁(cí)場強度越(yue)大;在T型磁(ci)芯的較🈲長(zhǎng)端的角度(dù)α一定時,T型(xíng)🍉磁芯的較(jiao)♍短端的角(jiao)度b越小，流(liu)量計✌️測量(liang)區域中平(píng)均磁場強(qiáng)度越大;在(zai)T型磁芯的(de)較長端的(de)角度α與較(jiào)短端的角(jiǎo)度b一定時(shi),T型磁芯的(de)k1/(k1+k2)越小，在流(liú)量計測量(liàng)區域中平(ping)均磁場強(qiang)度越大.
 
　　如(rú)圖4所示爲(wèi)不同T型磁(cí)芯結構下(xia)測量區域(yù)産生磁場(chang)感🛀應強度(du)标準差，圖(tu)中橫坐标(biāo)爲T型磁芯(xin)b的角度,縱(zòng)坐标爲測(ce)量區域磁(ci)場強度的(de)标準差，圖(tú)标圖例與(yu)圖3中一緻(zhì)從仿真結(jié)果可以看(kan)出:T型磁芯(xīn)的較長端(duan)的角度α越(yue)小，流量計(jì)測量區域(yu)中磁場強(qiang)度标準差(cha)越大;在T型(xíng)磁芯的較(jiào)長🐉端的角(jiao)度α一定時(shí),T型磁芯💃的(de)較短端的(de)角度b越小(xiao)，流量計測(cè)量區域中(zhōng)磁場強度(du)标準差越(yue)大;在T型磁(cí)芯的較長(zhǎng)端的角度(du)α與較短端(duan)的角度b一(yī)定時,T型📞磁(ci)芯的k1/(k1+k2)越小(xiǎo)，在流量計(ji)測量區域(yù)中磁場強(qiang)度标準差(chà)越大。
 
　　标準(zhun)差代表磁(ci)場測量區(qu)域的磁場(chǎng)分布波動(dòng)性較大，因(yīn)⁉️而需引入(ru)變異系數(shù)對測量區(qū)域中的磁(ci)場分布情(qíng)⛱️況進一步(bù)分析.如圖(tú)5所示爲不(bú)同T型磁芯(xin)結構🤩下測(cè)量區域磁(cí)😍場感應強(qiang)度變💯異系(xi)數,圖中橫(héng)坐标❓爲T型(xing)磁芯b的角(jiao)度，縱坐标(biao)爲測量區(qū)域磁場強(qiáng)度分布的(de)變異系🌈數(shu),圖标圖例(lì)與圖3中一(yi)緻.從仿真(zhēn)結果🌈可以(yi)看出:T型磁(cí)🏃🏻‍♂️芯的較長(zhǎng)端的角度(dù)α越小，流量(liang)🙇‍♀️計測，量區(qū)域中磁場(chang)強度變異(yi)系數越大(dà);在T型磁芯(xīn)的較長⭐端(duan)的角度α一(yī)定時🔅,T型磁(ci)芯的較短(duan)端的角度(dù)b越小✉️，流量(liàng)計測🤟量區(qu)域中磁場(chang)強度⭐變異(yì)系數越大(dà)🌈;在T型磁芯(xin)的較長端(duān)的角度α與(yu)較短端的(de)角度b一定(dìng)時，T型磁芯(xīn)的k1/(k1+k2)越小，在(zai)流量計測(cè)量區域中(zhōng)磁場強度(dù)變異系數(shu)越大.異系(xì)數越大說(shuo)明磁場分(fèn)布越不均(jun1)勻，波✔️動性(xìng)越大🏃‍♀️;異系(xi)數越小說(shuo)明磁場分(fèn)布趨向均(jun)勻.下面通(tōng)過計算測(cè)量區域中(zhōng)的磁場均(jun1)勻區域來(lái)對這❌一結(jie)果進一步(bù)的分🔞析.
 
　　如(ru)圖6所示爲(wèi)不同T型磁(ci)芯結構下(xià)測量區域(yu)磁場感應(ying)強度均勻(yún)區域面積(jī)，圖中橫坐(zuo)标爲T型磁(cí)芯b的角度(dù),縱🙇‍♀️坐标🛀🏻爲(wèi)測量區域(yù)磁場強度(du)分布的均(jun1)勻區域面(miàn)積,圖标圖(tu)例與圖3中(zhong)一緻.從仿(pang)真結🙇‍♀️果可(kě)以看出:T型(xíng)磁芯的較(jiào)長端的角(jiao)度α爲越小(xiao),流量計🌈測(cè)量區域中(zhōng)磁場強度(du)均勻區域(yù)面積越大(da);在T型👉磁芯(xīn)的較長端(duān)的角度α一(yi)定🈲時,T型磁(ci)芯的較短(duan)端的角度(dù)b越小，流🔴量(liàng)計測量區(qū)域中磁場(chǎng)強🔴度均勻(yún)區域面積(ji)越大;在T型(xing)磁芯的較(jiào)長端的🐪角(jiao)度α與較短(duan)端的🐕角度(du)b一定時💛,T型(xing)磁芯的k1/(h1+k2)越(yuè)小，在流量(liang)計測量區(qū)域中磁場(chǎng)強度均💛勻(yun)區域面積(ji)越大.
 
　　上(shang)面對不同(tong)T型磁芯結(jié)構對流量(liang)計測量區(qu)域内部磁(cí)場♻️分布🔞影(ying)響進行了(le)研究,下面(mian)通過電極(jí)兩端感應(ying)信号如公(gong)式(2)對電磁(cí)流量計T型(xing)磁芯結構(gòu)對流量計(jì)測量結果(guo)的影響進(jin)行研究.如(ru)圖7所示爲(wei)不同T型磁(cí)芯結構下(xià)電磁流量(liàng)計感應🔱信(xin)号.圖中橫(heng)坐标爲T型(xíng)磁芯b的角(jiǎo)度,縱坐标(biao)爲電磁流(liú)量計🌈獲取(qu)的感應信(xin)号(電勢差(chà)),圖标表示(shì)的是T型磁(cí)芯的不同(tong)α的角度,仿(pang)真中k1/(k1+k2)爲1/2.仿(pang)真實驗中(zhōng)虛線爲仿(páng)真流體爲(wèi)湍流情🔴況(kuang)下獲取的(de)感應電勢(shì)差,實線爲(wei)流體爲層(céng)流情況下(xia)獲取的感(gǎn)應電勢差(chà).
　　從仿真結(jie)果可以看(kan)出:T型磁芯(xin)的較長端(duan)的角度α越(yuè)小㊙️,流量計(ji)電極兩端(duan)獲得的感(gǎn)應信号越(yue)大;在T型磁(ci)🌈芯的較長(zhang)端的角度(dù)🌈α一定時,T型(xíng)磁芯的較(jiào)短端的角(jiao)度b越小，流(liú)量計電極(ji)兩⭐端獲得(dé)的感應信(xin)号越大.這(zhe)主要是因(yīn)爲電磁流(liu)量計勵磁(ci)✨線圈的增(zēng)加,使得流(liu)量計測量(liang)區域的磁(cí)場強度增(zēng)加,同樣❓分(fèn)布的流速(sù)下使得流(liú)量🍓計電極(jí)兩端的感(gan)應信号增(zēng)加
　　仿真實(shí)驗證明在(zai)有限的空(kong)間下，修改(gǎi)T磁芯的不(bú)同🈲參數⛹🏻‍♀️,可(kě)以☀️增加流(liú)量計測量(liàng)區域内部(bu)的磁場分(fen)布情況💋，也(yě)可以适當(dāng)的調整流(liú)量計測量(liang)區域中的(de)磁場強度(du)與均勻度(du),根據🙇‍♀️生産(chan)測井中的(de)實際工況(kuang)，改變電磁(cí)流量計的(de)T磁💃芯參數(shù)獲得設計(jì)參數.
5結論(lùn)
　　井下集流(liú)型電磁流(liu)量計在油(you)氣井測量(liàng)方面有廣(guǎng)泛的應用(yòng)前景,針對(dui)生産測井(jing)特殊工況(kuàng)下提出具(jù)💋有T型磁芯(xin)的勵磁結(jie)構的集流(liú)式電磁流(liu)量計,利用(yong)有限元📞軟(ruǎn)件ANSYS建立了(le)該種T型磁(cí)芯結構電(dian)磁流量計(ji)的磁場分(fen)布計算機(jī)仿真模型(xíng),并通過各(gè)種性能指(zhi)🏃‍♂️标的分析(xi),獲⛹🏻‍♀️得該T型(xing)磁芯結構(gou)參數設計(jì)指标與流(liu)量計測量(liàng)區域🔞中磁(ci)場分布關(guān)系,爲擁有(you)T型磁芯結(jie)構的勵磁(ci)🌏結構的實(shí)現提🔴供參(cān)考依據.

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