1引言
　　近(jin)年來,電(dian)磁流量(liang)計 的勵(li)磁結構(gou)況備受(shou)研究人(ren)員的關(guan)注對外(wai)流式的(de)電磁👈流(liu)量計💯的(de)磁場分(fen)布情況(kuang)進行了(le)仿真研(yan)究"在些(xie)特殊的(de)工況☎️領(ling)域下,如(ru)何設計(ji)電磁流(liu)量計直(zhi)是工程(cheng)技🈲術人(ren)員研究(jiu)的熱點(dian)問題”,生(sheng)産測井(jing)中特殊(shu)工況環(huan)境下如(ru)何設📧計(ji)電磁流(liu)量計傳(chuan)感✊器結(jie)構一🏃🏻直(zhi)是石油(you)生産測(ce)井領域(yu)研究的(de)問題,電(dian)磁相關(guan)法流量(liang)測量傳(chuan)🌐感器解(jie)決了生(sheng)産💘測井(jing)中油氣(qi)水三相(xiang)流流量(liang)測量問(wen)題.另一(yi)方🤟面生(sheng)産測井(jing)空間狹(xia)小，需要(yao)構造特(te)殊的電(dian)磁📞流量(liang)計傳感(gan)器,本文(wen)提出了(le)一種勵(li)磁結構(gou)的磁芯(xin)設❌計爲(wei)T型的電(dian)磁流量(liang)計,使得(de)💚有限的(de)空間下(xia)電磁流(liu)量🌐計的(de)勵磁線(xian)圈空間(jian)增大,進(jin)而增強(qiang)測量管(guan)道中(測(ce)量區域(yu))磁場強(qiang)度，使兩(liang)端電極(ji)感應信(xin)号變大(da),有助于(yu)信号的(de)獲取,爲(wei)有限空(kong)間下的(de)井下 小(xiao)管徑集(ji)電磁流(liu)量計 實(shi)現提供(gong)可能.同(tong)時,對電(dian)磁流量(liang)計勵磁(ci)結構中(zhong)T型磁🏃‍♂️芯(xin)參數進(jin)行研究(jiu)，獲得不(bu)同T型磁(ci)芯對測(ce)量管道(dao)中磁場(chang)産🌐生的(de)影響.研(yan)究結果(guo)可爲應(ying)用在一(yi)些特殊(shu)場合🥰中(zhong)具有T型(xing)磁芯的(de)電磁流(liu)量計實(shi)現提供(gong)參考依(yi)據.
1T型磁(ci)芯結構(gou)
　　T型磁芯(xin)是爲較(jiao)小的空(kong)間下實(shi)現盡可(ke)能大的(de)勵磁線(xian)圈而提(ti)出的,如(ru)圖1所示(shi)爲較小(xiao)空間結(jie)構下,設(she)計有T型(xing)磁芯的(de)電磁流(liu)量計傳(chuan)感器截(jie)面圖.在(zai)圖中1表(biao)示線圈(quan)位置;2表(biao)示磁芯(xin)位置;3表(biao)示電極(ji)及其固(gu)定器件(jian)位置;4表(biao)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼示襯裏(li)位置;5表(biao)示内徑(jing)壁位置(zhi);6表示外(wai)徑壁;7表(biao)示測量(liang)🛀🏻管道(測(ce)量區域(yu)).如圖1所(suo)示電磁(ci)流量計(ji)勵磁結(jie)構磁芯(xin)造型近(jin)似爲T型(xing)(因稱爲(wei)T型磁芯(xin)),磁芯🧡在(zai)靠近電(dian)磁流量(liang)☔計内管(guan)道時爲(wei)T型🧑🏾‍🤝‍🧑🏼磁芯(xin)的較長(zhang)端♻️.如圖(tu)中所示(shi),T型磁芯(xin)👣較長端(duan)與x軸夾(jia)角🔞爲a,T型(xing)磁芯較(jiao)🐆短端與(yu)x軸夾角(jiao)爲b,T型磁(ci)芯較長(zhang)📧端寬度(du)爲k1,T型磁(ci)🌏芯較🤞短(duan)端寬度(du)爲k2.
 
2磁場(chang)評價指(zhi)标
　　爲了(le)詳細的(de)獲得電(dian)磁流量(liang)計勵磁(ci)線圈及(ji)T型磁芯(xin)變化對(dui)流量計(ji)測量區(qu)域内部(bu)磁場強(qiang)度分布(bu)的影👌響(xiang)情🤩況，引(yin)入樣本(ben)平均值(zhi)樣本标(biao)準差、變(bian)異系數(shu)磁👉場均(jun)勻度、感(gan)應電勢(shi)值等磁(ci)場評價(jia)指标分(fen)析傳感(gan)器勵磁(ci)線圈不(bu)同軸向(xiang)長度時(shi)測量區(qu)域内部(bu)磁場分(fen)布情況(kuang)，如式(1)所(suo)示.式中(zhong)，Bs爲樣本(ben)平均值(zhi);`B爲樣本(ben)标準差(cha);Bcv爲樣本(ben)磁場均(jun)勻度;Bc爲(wei)樣本變(bian)異系數(shu).在這4個(ge)磁場評(ping)價指标(biao)中,樣本(ben)平均值(zhi)越大越(yue)好，樣本(ben)标準差(cha)越小越(yue)好,磁場(chang)均勻度(du)越大越(yue)好,變異(yi)系數越(yue)小⛱️越好(hao).
 
　　式中，S均(jun)勻爲測(ce)量區域(yu)任意一(yi)點磁感(gan)應強度(du)與`B之比(bi)在🧡均勻(yun)95%至105%的面(mian)積和,S測(ce)量區的(de)總面積(ji)。
　　由Maxwell方程(cheng)及在一(yi)定的假(jia)設條件(jian)下，可得(de)I5]電磁流(liu)量計的(de)感應電(dian)勢的表(biao)達方程(cheng)"],如式(2)所(suo)示:
 
　　式中(zhong)，U2-U1是兩電(dian)極的電(dian)勢差;A表(biao)示對所(suo)有空間(jian)積分;L爲(wei)絕緣管(guan)道筒長(zhang)一半;r爲(wei)流量計(ji)截面管(guan)半徑;矢(shi)量`B是導(dao)電🚶‍♀️流體(ti)⁉️的流速(su);B是磁感(gan)應強度(du);W爲矢量(liang)權重函(han)數,它是(shi)-一個隻(zhi)由電磁(ci)流量計(ji)本身結(jie)構決定(ding)的量.由(you)🛀🏻(2)式可知(zhi)，隻要确(que)定了流(liu)體的流(liu)速V、磁感(gan)應強度(du)B、以及權(quan)重函數(shu)W,以及流(liu)量計管(guan)徑半徑(jing),就可以(yi)求流量(liang)計的感(gan)應電勢(shi)差.
3仿真(zhen)實驗
　　仿(pang)真實驗(yan)中，設定(ding)a分别爲(wei)23°,30°,35°,40°，45°,50°,設定b小(xiao)于等于(yu)a,根據實(shi)際情況(kuang)🏃🏻設定角(jiao)度分别(bie)爲8°,16°,23°,30°,35°,40°,45°,50°.仿真(zhen)實驗中(zhong)設定T型(xing)磁芯較(jiao)長端寬(kuan)度爲h1占(zhan)T型磁♌芯(xin)整💯個寬(kuan)度的1/3,1/2以(yi)及2/3時(即(ji)h1/(h1+k2)爲1/3,1/2以及(ji)2/3時的情(qing)況)分别(bie)考查✨不(bu)同參㊙️數(shu)情況下(xia)T型磁芯(xin)構建的(de)勵磁結(jie)構對電(dian)👉磁流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)産生的(de)🌈磁場影(ying)響情況(kuang).
 
　　如圖2所(suo)示爲不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gou)在電磁(ci)流量計(ji)測量♌區(qu)域産生(sheng)磁場強(qiang)度分布(bu)仿真圖(tu).由于篇(pian)幅原因(yin)，這裏隻(zhi)顯示了(le)k1/(k1+k2)爲1/2,b爲23°的(de)仿真圖(tu).圖2(a),(b),(c),(d)分别(bie)顯示的(de)是a爲23°,
4實(shi)驗數據(ju)分析
　　爲(wei)了考察(cha)不同T型(xing)磁芯結(jie)構對電(dian)磁流量(liang)計測量(liang)區域磁(ci)場🌐強度(du)的分布(bu)情況影(ying)響,仿真(zhen)實驗中(zhong)獲得的(de)數據結(jie)果👅運用(yong)公式😍(1)電(dian)磁流量(liang)計磁場(chang)強度分(fen)布評價(jia)指标進(jin)行分析(xi)，以獲得(de)電磁📞流(liu)量計不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gou)參數♉對(dui)流量計(ji)測量區(qu)域的磁(ci)場強度(du)分布影(ying)☂️響,從而(er)爲電磁(ci)流量計(ji)T型磁芯(xin)結構設(she)💯計給出(chu)指導性(xing)的意見(jian).
 
　　如圖3所(suo)示爲不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gou)下測量(liang)區域産(chan)生磁場(chang)感應強(qiang)度平均(jun)值，圖中(zhong)橫坐标(biao)爲T型磁(ci)芯b的角(jiao)度,縱坐(zuo)标爲測(ce)量區域(yu)的平均(jun)磁場強(qiang)度，圖标(biao)表示的(de)是T型磁(ci)芯的不(bu)同α的角(jiao)👈度以及(ji)磁芯長(zhang)💘端寬度(du)所占的(de)比例其(qi)🈲中以“角(jiao)度-比例(li)”表示😘,例(li)如30-1/2表示(shi)🐕T型磁芯(xin)的較長(zhang)端角度(du)α爲30°,k1/(k1+k2)爲1/2時(shi)的測量(liang)區域中(zhong)平⛹🏻‍♀️均磁(ci)場強度(du)測量結(jie)果圖♉标(biao)Other爲T型磁(ci)芯較長(zhang)👉端的角(jiao)度α與較(jiao)短端的(de)角度b相(xiang)等(即爲(wei)23,30,35,40,45,50)時的流(liu)量計測(ce):量區域(yu)中的平(ping)均磁🌈場(chang)強度.從(cong)仿真結(jie)果可以(yi)看出:T型(xing)磁芯的(de)較長端(duan)❤️的角度(du)α越🈲小，流(liu)量計測(ce)🏃量區域(yu)中平均(jun)磁場強(qiang)度越大(da);在T型磁(ci)芯的較(jiao)🔅長端的(de)角度α一(yi)定時,T型(xing)磁芯的(de)較短端(duan)的角度(du)b越小，流(liu)量計測(ce)㊙️量區域(yu)中平均(jun)磁場強(qiang)度越大(da);在T型磁(ci)芯的較(jiao)長端的(de)角度α與(yu)較短端(duan)的角度(du)b一定時(shi)💃,T型磁芯(xin)的k1/(k1+k2)越小(xiao)，在流量(liang)計測量(liang)🥵區域中(zhong)平均磁(ci)場強度(du)越大.
 
　　如(ru)圖4所示(shi)爲不同(tong)T型磁芯(xin)結構下(xia)測量區(qu)域産生(sheng)磁場🚩感(gan)應強度(du)标準差(cha)，圖中橫(heng)坐标爲(wei)T型磁芯(xin)b的角度(du),縱坐标(biao)爲💋測量(liang)區域磁(ci)場強度(du)的标準(zhun)差，圖标(biao)圖例與(yu)圖3中一(yi)緻從仿(pang)真結果(guo)可以看(kan)出:T型磁(ci)芯的較(jiao)長端的(de)角度α越(yue)小，流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)磁場強(qiang)度标準(zhun)🌈差越大(da);在T型磁(ci)芯的較(jiao)長端的(de)角度α一(yi)定時,T型(xing)磁芯的(de)較短端(duan)的角🐆度(du)b越小，流(liu)量計測(ce)量區域(yu)中磁場(chang)強🌈度标(biao)準差💁越(yue)大;在‼️T型(xing)磁芯的(de)較長端(duan)的角度(du)α與較短(duan)端🙇🏻的角(jiao)度b一定(ding)時,T型磁(ci)芯的k1/(k1+k2)越(yue)小，在流(liu)量計測(ce)量區域(yu)中磁場(chang)強度标(biao)準差越(yue)大。
 
　　标準(zhun)差代表(biao)磁場測(ce)量區域(yu)的磁場(chang)分布波(bo)動性較(jiao)大，因🔅而(er)需引入(ru)變異系(xi)數對測(ce)量區域(yu)中的磁(ci)場分布(bu)情況進(jin)💛一步分(fen)析.如圖(tu)5所示爲(wei)不同T型(xing)磁芯結(jie)構下測(ce)量區域(yu)磁場感(gan)應強度(du)變異系(xi)數⛷️,圖中(zhong)橫坐标(biao)爲T型磁(ci)芯🏃‍♀️b的角(jiao)度，縱坐(zuo)标爲測(ce)量區域(yu)磁場強(qiang)度分布(bu)的變異(yi)系數,圖(tu)标圖例(li)與圖3中(zhong)一緻.從(cong)仿真結(jie)果可以(yi)看出:T型(xing)磁芯的(de)較長端(duan)的角度(du)α越小，流(liu)量計測(ce)，量區域(yu)中磁場(chang)強度變(bian)異♉系數(shu)越大⛷️;在(zai)T型磁芯(xin)的較長(zhang)📱端的角(jiao)度α一定(ding)時,T型磁(ci)芯的較(jiao)短端的(de)角度b越(yue)小，流量(liang)計測🏃‍♂️量(liang)區域中(zhong)磁場強(qiang)度變異(yi)系數越(yue)大;在T型(xing)磁芯的(de)較長端(duan)的角度(du)α與較短(duan)端的角(jiao)度b一定(ding)時，T型🥰磁(ci)芯的k1/(k1+k2)越(yue)小，在流(liu)量計測(ce)量✌️區域(yu)中磁場(chang)強度變(bian)異系數(shu)🌈越大.異(yi)系數越(yue)大說明(ming)磁場⛱️分(fen)布越不(bu)均勻，波(bo)動性越(yue)大👣;異系(xi)數越小(xiao)說明磁(ci)場分布(bu)🏃趨向均(jun)勻.下面(mian)通過計(ji)算測量(liang)區📱域中(zhong)的磁場(chang)均勻區(qu)域來對(dui)這一結(jie)果進一(yi)步的分(fen)析.
 
　　如圖(tu)6所示爲(wei)不同T型(xing)磁芯結(jie)構下測(ce)量區域(yu)磁場感(gan)應♍強度(du)均勻區(qu)域面積(ji)，圖中橫(heng)坐标爲(wei)T型磁芯(xin)b的角度(du),縱坐标(biao)👉爲測量(liang)區域磁(ci)場強度(du)分布的(de)均勻區(qu)域💃面積(ji),圖标圖(tu)例與圖(tu)3中一緻(zhi).從仿真(zhen)結果可(ke)以看出(chu)💃:T型磁芯(xin)的較長(zhang)端的角(jiao)度α爲越(yue)小,流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)磁場強(qiang)度🌈均勻(yun)區域面(mian)積越大(da);在T型磁(ci)芯的較(jiao)長端的(de)角度α一(yi)定時,T型(xing)磁芯的(de)較短端(duan)的角度(du)b越小，流(liu)量計測(ce)量區域(yu)中磁場(chang)強度均(jun)勻區域(yu)面積越(yue)大;在T型(xing)磁芯的(de)較長端(duan)的角度(du)α與較短(duan)端的角(jiao)度b一定(ding)時,T型磁(ci)芯的k1/(h1+k2)越(yue)小，在流(liu)量計測(ce)量區域(yu)中磁場(chang)強度均(jun)🌐勻區域(yu)面積越(yue)大.
 
　　上面對(dui)不同T型(xing)磁芯結(jie)構對流(liu)量計測(ce)量區域(yu)内部磁(ci)場分布(bu)影響進(jin)行了研(yan)究,下面(mian)通過電(dian)極兩端(duan)感應信(xin)🈲号如公(gong)式(2)對電(dian)磁流量(liang)計T型磁(ci)芯結構(gou)對流量(liang)計測量(liang)結果的(de)影響進(jin)行研究(jiu).如圖7所(suo)示爲不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gou)下電磁(ci)流量計(ji)感應信(xin)号.圖中(zhong)橫坐标(biao)爲T型磁(ci)芯b的角(jiao)度,縱坐(zuo)标爲🈲電(dian)磁流量(liang)計獲取(qu)的感應(ying)信号(電(dian)勢差),圖(tu)💞标表示(shi)的是T型(xing)磁芯的(de)不同α的(de)👅角度☀️,仿(pang)真中k1/(k1+k2)爲(wei)1/2.仿真實(shi)驗中虛(xu)線爲仿(pang)真流體(ti)爲湍流(liu)情況下(xia)獲取的(de)感應電(dian)勢差,實(shi)線爲流(liu)體爲層(ceng)流情況(kuang)下獲取(qu)的感應(ying)電勢差(cha)🤩.
　　從仿真(zhen)結果可(ke)以看出(chu):T型磁芯(xin)的較長(zhang)端的角(jiao)度α越小(xiao)✊,流量計(ji)電🔆極兩(liang)端獲得(de)的感應(ying)信号越(yue)大;在T型(xing)磁芯的(de)較長端(duan)的角度(du)α一定時(shi),T型磁芯(xin)的較短(duan)端的角(jiao)度b越小(xiao)✌️，流量計(ji)💞電極兩(liang)✂️端獲得(de)的感應(ying)信号越(yue)大.這主(zhu)要是因(yin)爲電磁(ci)流🚩量計(ji)勵磁線(xian)圈的增(zeng)👣加,使得(de)流量計(ji)測量區(qu)域的磁(ci)場強度(du)增加,同(tong)樣分布(bu)的流速(su)下使得(de)流量計(ji)電極兩(liang)端的感(gan)應信号(hao)增加
　　仿(pang)真實驗(yan)證明在(zai)有限的(de)空間下(xia)，修改T磁(ci)芯的不(bu)同參💜數(shu),可👣以增(zeng)加流量(liang)計測量(liang)區域内(nei)部的磁(ci)場分布(bu)情況，也(ye)可以适(shi)當的調(diao)整流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)的磁場(chang)強度與(yu)均勻度(du),根據生(sheng)産測井(jing)中的實(shi)際工況(kuang)，改✊變電(dian)磁流😍量(liang)計的T磁(ci)芯參數(shu)獲得設(she)計參數(shu).
5結論
　　井(jing)下集流(liu)型電磁(ci)流量計(ji)在油氣(qi)井測量(liang)方面有(you)廣泛的(de)應♋用✂️前(qian)景,針對(dui)生産測(ce)井特殊(shu)工況下(xia)提出具(ju)有T型🌈磁(ci)芯的勵(li)磁結❗構(gou)的集流(liu)式電磁(ci)流量計(ji),利用有(you)限元軟(ruan)件ANSYS建立(li)了該種(zhong)T型磁芯(xin)結構電(dian)磁流量(liang)計🌈的磁(ci)場分布(bu)計算機(ji)仿真模(mo)型,并通(tong)過各種(zhong)性能指(zhi)标的分(fen)析,獲得(de)該T型磁(ci)芯結構(gou)參數設(she)計指标(biao)與流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)磁場分(fen)布關系(xi),爲擁有(you)T型磁芯(xin)結構的(de)勵磁結(jie)構的實(shi)現提供(gong)參考依(yi)據.

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