摘要(yào):通過有(you)限元軟(ruǎn)件ANSYS對流(liú)量計測(cè)量管内(nei)部的磁(ci)場👅分布(bù)建立了(le)仿真模(mó)型,運用(yong)FLU-ENT對流量(liàng)計的流(liú)體建立(lì)仿真,最(zuì)後結合(hé)權重函(hán)數建立(li)了電磁(cí)流量計(jì) 檢測電(dian)極感應(yīng)信号的(de)數值計(ji)算方法(fa),爲電磁(ci)流量計(ji)幹标定(dìng)的研究(jiu)提供-種(zhong)基礎的(de)計算方(fang)法.
　　電磁(ci)流量計(jì)是工業(ye)生産中(zhong)重要的(de)流量測(ce)量儀表(biǎo)👄,電磁流(liú)量計🈚的(de)标定分(fèn)爲實流(liú)标定和(he)幹标定(dìng)兩種，實(shi)流标定(dìng)由大👣功(gong)率的泵(beng)站、管道(dao)、大型儲(chǔ)液箱等(deng)構成,以(yi)實際流(liú)動的液(yè)體對流(liu)量計進(jin)行标定(dìng),這一标(biāo)定方法(fa)成本較(jiào)高.幹标(biao)定是相(xiang)對實流(liu)标定而(er)言，是一(yi)種不用(yòng)實☀️流标(biao)定流量(liàng)計系數(shu)的方📧法(fǎ).随着工(gōng)業的發(fā)展,電磁(cí)流量計(jì)因口徑(jìng)增大給(gěi)儀表實(shi)流㊙️标定(ding)帶來技(jì)術和資(zi)金😍上的(de)巨大困(kùn)難";電磁(cí)流量計(ji)因其測(cè)量原理(li)可追溯(su)性好,與(yǔ)其它流(liú)量計(超(chao)聲波流(liu)量計 .壓(yā)差流量(liang)計 .渦街(jie)流量計(jì) )相比被(bèi)認爲最(zui)适合幹(gàn)标定的(de)流量計(jì).因此,電(diàn)磁流量(liàng)計的幹(gan)标定方(fang)法是許(xǔ)多研究(jiu)人員以(yi)及電磁(cí)流🏃量計(ji)生産廠(chang)商關注(zhu)的工程(chéng)問題之(zhī)一.張小(xiǎo)章在電(diàn)磁流量(liàng)計理論(lun)模型下(xià)進行對(dui)🈚流量計(ji)✔️幹标定(dìng)研究.本(ben)文通過(guò)Ansys仿真測(cè)量管内(nèi)部磁場(chǎng)分布，應(ying)用FLUENT對測(cè)量❌管内(nèi)部流體(tǐ)進行仿(páng)真,最後(hòu)結合權(quan)重🧑🏽‍🤝‍🧑🏻函數(shu)對電磁(cí)流量計(ji)感應電(dian)勢進行(háng)數值計(jì)♉算,并且(qie)得到電(diàn)磁流量(liang)計感應(yīng)電勢與(yu)流速關(guan)系圖.對(duì)電磁流(liu)量計檢(jian)測電📞極(ji)獲取的(de)感應電(dian)勢進行(háng)二次轉(zhuan)換器标(biao)定,可完(wan)成電磁(ci)流量計(jì)的幹标(biāo)定,從而(ér)😍不用實(shi)流标定(dìng),可對電(diàn)磁流量(liàng)計流量(liang)測量進(jin)行幹标(biao)定.
1流量(liàng)計感應(ying)電勢理(li)論基礎(chǔ)
　　當導電(diàn)流體流(liu)過外加(jiā)磁場時(shí),在作切(qie)割磁力(lì)線運動(dong).根據🌍法(fǎ)拉第電(dian)磁感應(yīng)定律,在(zài)流體中(zhōng)就會産(chan)生👨‍❤️‍👨感應(yīng)電動勢(shì),且通過(guo)測量感(gǎn)應電動(dòng)勢的值(zhí)來獲取(qǔ)流體的(de)🍓速度和(hé)流量,這(zhè)就是電(diàn)📧磁流量(liang)計測量(liàng)流量💃🏻的(de)基本原(yuán)理.在一(yi)定的條(tiao)件下由(you)maxwell方程可(ke)得電磁(cí)流量計(ji)的感應(ying)電勢的(de)表達方(fang)程:
 
　　式中(zhōng):U2-U1是兩電(diàn)極的電(diàn)勢差;A表(biao)示對所(suǒ)有空間(jian)積分;r爲(wèi)流量計(ji)截面管(guan)半徑;矢(shi)量V是導(dǎo)電流體(tǐ)的流速(sù);B是磁感(gan)應強度(dù);W爲矢量(liang)權重函(han)數,它是(shì)-一個隻(zhi)由電磁(ci)流量計(ji)本💞身結(jie)構決定(ding)的量.
　　由(yóu)流量計(jì)的感應(ying)電勢理(li)論基礎(chu)可知，隻(zhī)要确定(ding)了🐆流體(ti)🛀的流💘速(sù)V、磁感應(yīng)強度B、以(yǐ)及權重(zhòng)函數W，流(liú)量計管(guan)徑半徑(jing),就可以(yǐ)求流♻️量(liàng)計的感(gan)應電勢(shì)差,在流(liú)量計感(gǎn)應電勢(shì)計算中(zhong),一般☎️來(lái)說,電磁(ci)流量計(jì)内部磁(cí)場大小(xiao)的獲取(qu)是較難(nán)的問題(ti)，傳📱統幹(gàn)标定法(fa)中需要(yao)進行的(de)複雜的(de)空間三(sān)維磁場(chǎng)的測量(liàng),工作量(liang)大.英🔴國(guo)HEMP提出的(de)渦電場(chǎng)測量法(fǎ)是通過(guò)檢測由(yóu)磁場交(jiao)變産生(shēng)的渦電(dian)場強度(du)獲取磁(ci)場信息(xī)[5],實現電(dian)磁流量(liàng)🏃‍♂️計一-次(cì)傳感器(qi)轉換系(xi)數的測(cè)量,無需(xū)🌈測📐量有(you)效區域(yù)内各點(dian)磁通量(liang)密度與(yu)體權重(zhong)函數,但(dan)它隻能(neng)模拟速(su)度分布(bu)平坦🈲的(de)流場情(qíng)況,無法(fǎ)對非理(lǐ)想流場(chang)🚩情況下(xia)的電磁(cí)流量計(jì)進行标(biao)定;俄羅(luó)斯VELT提出(chu)的面權(quan)重函數(shù)法是按(àn)面權重(zhong)函數等(děng)值線繞(rao)制的感(gan)應線圈(quān)與電磁(ci)流量計(ji)勵磁線(xiàn)圈的互(hu)感效應(yīng)獲取磁(cí)場信息(xi),實現電(dian)📐磁流量(liang)計一次(cì)傳感器(qì)轉換系(xì)數的🏃🏻‍♂️測(ce)量'6],無需(xū)測量有(you)效區域(yù)内各點(diǎn)磁通量(liàng)密度,但(dan)它⭐需要(yào)用幹濕(shi)标定對(dui)比試驗(yan)進行修(xiu)正,對🈲比(bǐ)試驗工(gōng)🌂作量較(jiao)大.本文(wen)方法結(jié)合電磁(cí)流量計(jì)管段☎️以(yǐ)及勵磁(cí)線圈的(de)幾何尺(chǐ)寸運用(yòng)ANSYS電磁場(chǎng)仿真🆚獲(huo)得流量(liàng)計🏃🏻‍♂️測量(liàng)區域磁(cí)感應強(qiáng)度B的分(fèn)🎯布，同時(shí)運用💚MATLAB計(ji)算流量(liang)計的權(quán)重函數(shu)在測量(liang)管中的(de)分布;利(lì)用FLUENT軟件(jiàn)👈對流📐體(tǐ)中不同(tong)流量下(xià)流體在(zài)傳感器(qì)管道内(nèi)的速度(dù)分布進(jin)行仿真(zhen);最後完(wan)成電🌈磁(ci)流量計(jì)感應電(dian)勢響應(ying)計算💘.
2理(lǐ)論仿真(zhēn)模型
2.1磁(cí)場仿真(zhen)
　　根據電(diàn)磁流量(liàng)計傳感(gǎn)器結構(gou)尺寸,以(yi)及通電(diàn)電流大(da)小以及(ji)勵🌐磁線(xiàn)圈匝數(shù)等相關(guan)參數設(she)定流量(liang)計傳感(gan)器勵磁(cí)仿真結(jie)🏃‍♂️構,通🤟過(guò)ANSYS仿真獲(huo)取流量(liàng)計測量(liàng)區域的(de)磁感應(yīng)強度分(fèn)布,并對(duì)其數據(jù)進行記(jì)錄”.磁❌感(gan)應強度(du)在x軸與(yu)y軸的分(fèn)量分🐕别(bié)爲Bx和By,因(yīn)爲磁感(gan)應強度(du)By對電磁(ci)流量計(jì)電極方(fāng)向上的(de)感應電(dian)勢貢獻(xiàn)💛很小且(qie)By比Bx小的(de)多,對流(liu)量計感(gan)應電勢(shì)可以不(bú)考慮♻️Br,隻(zhī)考慮Bx.故(gu)而将公(gōng)式(1)中的(de)B可以近(jìn)似爲Bx.
　　通(tong)過數據(jù)處理獲(huo)得測量(liàng)區域磁(ci)感應強(qiang)度在x軸(zhou)方向的(de)♈分布情(qing)況.如圖(tú)1所示爲(wèi)電磁流(liu)量計測(ce)量區域(yu)磁感應(yīng)強度x方(fang)向分布(bù)圖.圖中(zhōng)x軸與y軸(zhou)分别代(dai)表測量(liang)區域的(de)“電極方(fāng)向”與“磁(ci)場方🏃向(xiang)"(x軸與y軸(zhou)所形成(cheng)的面平(ping)行于測(cè)量管的(de)⛷️檢測電(dian)極徑向(xiàng)截面).從(cong)仿真圖(tu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻上可以(yi)看出流(liú)量計的(de)磁感應(yīng)強度分(fèn)布不是(shì)一個🌍恒(héng)定的值(zhi).
 
2.2流體速(su)度分布(bu)仿真
　　采(cǎi)用FLUENT仿真(zhēn)出傳感(gan)器管道(dao)内不同(tóng)徑向的(de)速度分(fèn)布♊,提取(qǔ)不同🛀徑(jing)🏒向的流(liu)體速度(du),并進行(hang)數值分(fèn)析,建立(li)測量㊙️區(qū)域的速(sù)度分布(bù)圖❌.如圖(tu)2所示爲(wei)某--流量(liàng)下電磁(ci)流量計(ji)内部🛀流(liu)體速度(dù)分布圖(tú),圖中，x軸(zhóu)、y軸方向(xiàng)分别爲(wèi)磁場方(fang)向與電(diàn)極方向(xiang),0軸爲速(sù)度值☀️大(dà)小,方向(xiang)爲z軸.并(bing)保存數(shù)據在計(jì)算流量(liang)計感應(ying)電勢時(shí)運用.
2.3權(quan)重函數(shu)
　　關于權(quán)重函數(shu)問題:由(yóu)中國石(shí)化出版(bǎn)社出版(bǎn)編著的(de)《電磁流(liú)量計》中(zhong)長筒式(shi)電磁流(liu)量計的(de)權重函(hán)數表達(da)式近⚽似(si)爲(2)式.因(yin)爲權重(zhong)函數Wx對(duì)電磁流(liú)量計電(dian)極方向(xiang).上的感(gan)應電勢(shi)貢獻很(hen)小且Wx比(bǐ)Wr小的多(duō),式(1)中對(dui)流量計(jì)感應電(dian)勢計算(suan)的權重(zhòng)函數W可(ke)以近似(sì)爲在y軸(zhóu)方向，上(shàng)🤩的Wy.
 
　　如圖(tú)3所示爲(wei)電磁流(liu)量計測(cè)量管中(zhōng)近似的(de)權重函(han)數分布(bu)圖.由于(yú)權重函(han)數電極(jí)方向的(de)分量與(yu)權重🐇函(hán)數♉近似(si)相等,所(suo)以權重(zhong)函數的(de)分布數(shu)值可以(yǐ)用來計(jì)算🔱截面(miàn)上瞬時(shi)的感應(ying)電勢.
2.4感(gǎn)應電勢(shì)的數值(zhí)計算
　　在(zai)計算電(dian)磁流量(liang)計感應(yīng)信号時(shi),截取電(diàn)磁流量(liang)計傳感(gan)器電極(ji)高度的(de)柱形空(kong)間爲積(ji)分空間(jian)A.在這一(yi)空間下(xià)電磁流(liú)量計♋傳(chuan)感器電(diàn)極高度(du)範圍内(nèi)的測量(liàng)區域中(zhong)任意徑(jing)向截👌面(miàn)上的磁(ci)感應強(qiáng)度分布(bu)基本上(shang)是相同(tóng)的,内部(bu)💃流體中(zhōng)的流體(tǐ)速度分(fèn)布在徑(jìng)🌍向截面(mian)上對應(ying)位置近(jìn)似相同(tóng),測量區(qu)域徑向(xiang)截面相(xiàng)對位置(zhi)的權重(zhong)函數近(jin)似相🔆同(tóng).分别對(dui)流量計(ji)傳感器(qi)電極範(fàn)圍内截(jie)面的磁(cí)感應強(qiang)度分布(bù)以及流(liu)❓量計内(nei)部流體(tǐ)速度分(fen)布進行(háng)仿真,并(bìng)結合權(quan)重函☂️數(shù)根據(1)式(shì)進行對(dui)流量計(jì)傳感🈚器(qì)的感應(ying)信号進(jìn)行⛹🏻‍♀️計算(suàn).進而獲(huo)得電極(jí)範圍内(nei)感應電(diàn)勢值,由(you)于電極(ji)👨‍❤️‍👨範圍内(nei)感應🤩信(xin)号是電(dian)磁流量(liàng)計測量(liàng)值的主(zhǔ)要貢獻(xian)值,這個(ge)計算值(zhi)就近似(si)于電磁(ci)♻️流量計(ji)電極.上(shang)獲得的(de)感應信(xìn)号.
如圖(tu)4所示在(zài)一定的(de)磁場.流(liu)速下流(liu)量計電(diàn)極範圍(wéi)内某-截(jié)面上流(liu)體感應(yīng)電勢貢(gòng)獻分布(bu)圖.圖中(zhōng)x軸爲磁(cí)場方向(xiang),y軸爲電(dian)極方向(xiàng).
 
3仿真實(shi)驗分析(xī)
　　前面介(jiè)紹了電(dian)磁流量(liang)計感應(yīng)電勢數(shù)值計算(suan)方法❗,在(zài)🌈電磁流(liú)量🔴計電(diàn)極範圍(wei)内任意(yì)截面中(zhōng)相對位(wèi)置的磁(cí)場、權✨重(zhòng)函數、流(liu)體速度(du)基本相(xiàng)同,根據(jù)公式(1)即(ji)可獲得(dé)電極兩(liǎng)端感應(ying)信号的(de)近似值(zhi).下面對(dui)仿真實(shí)驗進行(háng)驗證性(xing)分析.
　　仿(pang)真實驗(yàn)中,電磁(ci)流量計(jì)中流體(tǐ)平均流(liu)速分别(bie)設定爲(wei)0.6687m/s.1.6717m/s.2.6747m/s.3.3433m/s,分📐别進(jin)行仿真(zhēn)與數值(zhi)計算電(diàn)磁流量(liang)計感應(yīng)電勢差(cha).如圖5所(suǒ)✌️示爲流(liu)量與電(dian)磁流量(liàng)計感應(ying)電勢差(cha)關系圖(tu),從仿真(zhen)結果可(kě)以看🌈出(chu)流量越(yue)大,感應(yīng)電勢差(chà)也就越(yuè)大,總體(ti)上說,流(liú)量與感(gǎn)應信号(hào)基本上(shang)💃🏻成線性(xing)關系，仿(páng)真結果(guo)符合電(diàn)磁流量(liàng)計的相(xiàng)關理論(lùn).
　　仿真與(yǔ)數值計(jì)算方法(fa)爲電磁(ci)流量計(ji)此感應(ying)電動勢(shi)的計算(suàn)提💰供了(le)-種新的(de)解決方(fang)案,利用(yong)該方法(fa)求出了(le)流量計(jì)的感應(yīng)電勢差(chà),即完成(cheng)電磁流(liu)量計一(yi)-次傳感(gan)系數轉(zhuan)換.流量(liang)計傳感(gan)器獲取(qu)的感應(ying)電勢差(chà)(感應信(xìn)号)一般(ban)需通過(guò)信号預(yù)處理,信(xin)号放大(dà)單元,高(gao)通低通(tōng)濾波,進(jin)行信㊙️号(hao)提升單(dān)元等環(huan)節最後(hòu)🍓輸出流(liu)量測量(liàng)顯示值(zhí).二次儀(yí)表轉換(huàn)是将電(dian)極間的(de)感應電(diàn)勢差轉(zhuǎn)換爲顯(xiǎn)⛷️示的流(liú)量,二次(ci)儀表轉(zhuǎn)化技術(shu)已經基(jī)本成熟(shú)🛀.當然本(ben)文爲仿(páng)真實👈驗(yàn)在工業(yè)實際應(ying)用中需(xu)要運用(yòng)大量的(de)幹濕标(biāo)定對比(bǐ)實驗進(jin)行對流(liu)量計标(biao)定進行(háng)修正,獲(huò)取一定(dìng)的修正(zheng)經驗值(zhí)後,然後(hou)對流量(liàng)計幹标(biāo)定結果(guǒ)進行修(xiū)正,從而(ér)☀️獲得正(zhèng)确有效(xiào)的電極(ji)此🙇🏻感應(yīng)電動勢(shi).
4結論
　　通(tong)過仿真(zhen)的方法(fa)建立了(le)電磁流(liú)量計電(diàn)極磁感(gan)應信号(hào)的數值(zhi)計算模(mo)型,并在(zai)模型下(xia)對電磁(ci)流量計(ji)不同流(liu)量🌐下的(de)感應🔞信(xìn)号♈進行(háng)計算,該(gai)模型爲(wei)電磁☀️流(liú)量計😍的(de)流量的(de)測量❓提(tí)供一次(cì)傳感轉(zhuǎn)換系數(shu),仿真與(yǔ)數值計(ji)算方法(fǎ)爲電磁(cí)流量計(jì)幹标定(dìng)提供了(le)一種新(xin)的解決(jué)思路.當(dang)然本文(wen)隻是從(cóng)理論上(shàng)對電磁(cí)流量計(jì)檢測電(diàn)極感應(yīng)信号的(de)計算方(fāng)法,該☁️方(fāng)法要真(zhen)正的應(ying)用于工(gōng)業生産(chan)中,電磁(cí)流量計(jì)幹标定(dìng)仍需大(da)量的、更(geng)嚴格💰的(de)實驗數(shù)據對該(gāi)方法幹(gan)标定誤(wu)差修正(zheng)值進行(hang)研究.

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