摘要(yao)本文(wen)對插(cha)入式(shi)電磁(ci)流量(liang)計 靠(kao)近管(guan)道壁(bi)面時(shi)的工(gong)作磁(ci)場分(fen)布情(qing)況進(jin)行了(le)計算(suan)。分别(bie)對磁(ci)性壁(bi)面和(he)非磁(ci)性壁(bi)面情(qing)況進(jin)行了(le)比較(jiao),說👨‍❤️‍👨明(ming)磁♍性(xing)管道(dao)壁面(mian)對流(liu)量測(ce)量結(jie)果的(de)影響(xiang)。同時(shi),給出(chu)了一(yi)種修(xiu)正的(de)方法(fa)和有(you)關的(de)修正(zheng)曲線(xian)。
一、引(yin)言
　　流(liu)動的(de)電磁(ci)感應(ying)的工(gong)作原(yuan)理是(shi)當導(dao)電流(liu)體(如(ru)水)流(liu)經✉️由(you)儀表(biao)傳感(gan)器的(de)工作(zuo)磁場(chang)時,由(you)于切(qie)割磁(ci)力線(xian)會産(chan)生感(gan)應電(dian)動勢(shi)。利🏃‍♀️用(yong)适當(dang)的電(dian)極檢(jian)出這(zhe)一信(xin)号即(ji)可測(ce)得🍓流(liu)體的(de)流速(su)或流(liu)量。常(chang)規的(de) 電磁(ci)流量(liang)計 是(shi)管道(dao)式的(de)。另一(yi)種形(xing)式是(shi)插入(ru)式的(de),它實(shi)際上(shang)是測(ce)量🙇🏻插(cha)杆探(tan)頭處(chu)的流(liu)速,稱(cheng)爲電(dian)磁流(liu)速儀(yi)或插(cha)入式(shi)電磁(ci)流量(liang)計,該(gai)種儀(yi)表除(chu)作爲(wei)測速(su)外;還(hai)可以(yi)用于(yu)大管(guan)🚩道的(de)流量(liang)測量(liang)。此時(shi),它不(bu)但可(ke)在線(xian)裝拆(chai),而且(qie)在價(jia)格上(shang)也較(jiao)便宜(yi),是一(yi)種㊙️很(hen)有競(jing)争☂️力(li)的流(liu)量儀(yi)表。
　　電(dian)磁流(liu)速儀(yi)自1917年(nian)美國(guo)人申(shen)請專(zhuan)利lj[以(yi)來,已(yi)受到(dao)人們(men)的廣(guang)泛注(zhu)意和(he)研究(jiu),其中(zhong)包括(kuo)利用(yong)它測(ce)量管(guan)道中(zhong)流❓體(ti)的流(liu)量。但(dan)考慮(lü)了✂️管(guan)壁影(ying)響的(de)插入(ru)式電(dian)磁流(liu)量計(ji)三維(wei)理論(lun)模型(xing),卻在(zai)近年(nian)才建(jian)立。ZhangX.Z和(he)HempJ.在建(jian)立了(le)理論(lun)模型(xing)2j[、3j[之後(hou),提出(chu)了值(zhi)得注(zhu)意的(de)問題(ti),即當(dang)探頭(tou)靠近(jin)管道(dao)的壁(bi)面時(shi),其測(ce)量結(jie)果将(jiang)因管(guan)壁的(de)電💘或(huo)磁性(xing)質不(bu)同⚽而(er)産生(sheng)誤差(cha)。本文(wen)将在(zai)此基(ji)礎上(shang),進一(yi)步研(yan)究某(mou)種設(she)計的(de)插入(ru)式電(dian)磁流(liu)量計(ji)工作(zuo)磁場(chang)在探(tan)頭靠(kao)近管(guan)壁時(shi)的詳(xiang)細分(fen)布,并(bing)提👨‍❤️‍👨出(chu)一種(zhong)可用(yong)于修(xiu)正由(you)于磁(ci)場受(shou)幹擾(rao)引起(qi)測量(liang)誤差(cha)的方(fang)法🐇。
二(er)、插人(ren)式電(dian)磁流(liu)量計(ji)工作(zuo)磁場(chang)的求(qiu)解
　　圖(tu)1中,插(cha)入式(shi)電磁(ci)流量(liang)計探(tan)頭的(de)端部(bu)裝有(you)一對(dui)電㊙️極(ji),内部(bu)裝有(you)一勵(li)磁線(xian)圈,在(zai)它的(de)周圍(wei)産生(sheng)工作(zuo)磁場(chang)。爲研(yan)究磁(ci)場的(de)詳細(xi)分布(bu)狀況(kuang),先考(kao)慮單(dan)匝線(xian)圖。設(she)其半(ban)徑爲(wei)al,裝在(zai)離端(duan)部Z。處(chu),流過(guo)的電(dian)流爲(wei)I,流體(ti)中的(de)磁介(jie)質常(chang)數爲(wei)産。采(cai)用矢(shi)量勢(shi)的表(biao)示法(fa)有:




其(qi)中A,如(ru)式(9)或(huo)式(10),Z。是(shi)螺線(xian)管的(de)長度(du),rl爲它(ta)的内(nei)半徑(jing),r:爲外(wai)半徑(jing)。
　　如圖(tu)1所示(shi)的插(cha)入式(shi)電磁(ci)流量(liang)計,當(dang)考慮(lü)來流(liu)速度(du)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻爲X方(fang)向,電(dian)🌍極安(an)裝在(zai)探頭(tou)端部(bu)沿y方(fang)向,則(ze)對信(xin)号作(zuo)💛貢獻(xian)的磁(ci)場主(zhu)要是(shi)😘Z方向(xiang)⭐。爲此(ci),我們(men)計算(suan)了磁(ci)性和(he)非磁(ci)性壁(bi)面下(xia)工作(zuo)磁場(chang)BZ分量(liang)的分(fen)布✔️情(qing)況見(jian)圖3和(he)圖4(因(yin)對稱(cheng)隻給(gei)出一(yi)半空(kong)間）。
三(san)、讨論(lun)
　　從圖(tu)3、4可看(kan)到,靠(kao)近電(dian)磁流(liu)量計(ji)的壁(bi)面分(fen)别爲(wei)磁性(xing)⁉️和非(fei)磁性(xing)☀️時,工(gong)作磁(ci)場的(de)分布(bu)差異(yi)明顯(xian)。對非(fei)磁性(xing)壁面(mian),其分(fen)布相(xiang)🈚當于(yu)探頭(tou)在無(wu)限大(da)均勻(yun)介質(zhi)當中(zhong);而當(dang)壁面(mian)是磁(ci)性時(shi),由于(yu)探頭(tou)内線(xian)圈産(chan)生的(de)磁場(chang)引起(qi)壁面(mian)的磁(ci)化,加(jia)強了(le)探頭(tou)附近(jin)的磁(ci)感強(qiang)度,相(xiang)當于(yu)線圈(quan)與它(ta)對壁(bi)面的(de)像共(gong)同産(chan)生🧡的(de)磁場(chang)。由于(yu)這一(yi)變化(hua),使☔探(tan)頭的(de)測量(liang)産生(sheng)🤞誤差(cha)。文獻(xian)「2]指出(chu)🔞,隻有(you)當探(tan)頭的(de)端部(bu)與壁(bi)面的(de)距離(li)大于(yu)4倍的(de)插杆(gan)半徑(jing)時,壁(bi)面對(dui)測量(liang)讀數(shu)産生(sheng)的誤(wu)差才(cai)可能(neng)小于(yu)1%。
　　一種(zhong)修正(zheng)磁性(xing)壁面(mian)引起(qi)測量(liang)誤差(cha)的方(fang)法是(shi)在探(tan)頭的(de)适當(dang)位置(zhi)裝一(yi)霍爾(er)磁場(chang)傳感(gan)器。考(kao)慮到(dao)線圈(quan)的前(qian)面緊(jin)接電(dian)極,霍(huo)爾元(yuan)件可(ke)裝在(zai)線圈(quan)後面(mian)與電(dian)極形(xing)成💋對(dui)稱的(de)位置(zhi)上(參(can)見圖(tu)1)。此時(shi),由霍(huo)爾元(yuan)件測(ce)得的(de)磁場(chang)🔴強度(du)一般(ban)不等(deng)于電(dian)極處(chu)的值(zhi)。爲此(ci),圖5計(ji)算出(chu)當探(tan)頭接(jie)近磁(ci)性壁(bi)面時(shi),霍爾(er)元件(jian)上所(suo)測的(de)磁感(gan)強度(du)與電(dian)極處(chu)磁感(gan)強度(du)之比(bi)。利用(yong)單片(pian)☀️機可(ke)以進(jin)行修(xiu)♊正。而(er)對于(yu)非磁(ci)性壁(bi)面,這(zhe)一比(bi)值恒(heng)爲1。圖(tu)中Bl/B:爲(wei)霍爾(er)元件(jian)測得(de)磁感(gan)應與(yu)電極(ji)處磁(ci)感應(ying)之比(bi)📞,Lla爲探(tan)頭與(yu)壁面(mian)距離(li)與探(tan)頭半(ban)徑之(zhi)比。

四(si)、小結(jie)
　　本文(wen)研究(jiu)了插(cha)入式(shi)電磁(ci)流量(liang)計工(gong)作磁(ci)場的(de)求解(jie)。給㊙️出(chu)了當(dang)✂️流量(liang)計探(tan)頭靠(kao)近磁(ci)性和(he)非磁(ci)性壁(bi)面時(shi)工作(zuo)✔️磁場(chang)的不(bu)同分(fen)布。進(jin)而提(ti)出的(de)修正(zheng)磁性(xing)壁面(mian)引起(qi)測量(liang)誤差(cha)的方(fang)法,可(ke)通過(guo)由霍(huo)爾元(yuan)件測(ce)得磁(ci)感強(qiang)度和(he)計算(suan)的修(xiu)正曲(qu)線對(dui)測量(liang)結果(guo)進行(hang)修正(zheng)。

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