摘要本(běn)文對(duì)插入式電(diàn)磁流(liú)量(liàng)計 靠近(jìn)管道壁面時的工作(zuò)磁(cí)場分布情況進行(háng)了計(jì)算。分(fèn)别對(duì)磁(cí)性壁面和非(fēi)磁性壁面情(qíng)況(kuàng)進行(háng)了比較,說明磁(cí)性管道壁(bì)面對(duì)流量測量結果的影(yǐng)響。同時,給出了一(yī)種修正(zhèng)的方(fāng)法(fǎ)和有關(guān)的(de)修正曲線。
一(yī)、引言
　　流動(dòng)的電(diàn)磁感應(yīng)的(de)工作(zuò)原理是當導電(diàn)流體(tǐ)(如水)流經由(yóu)儀(yí)表(biǎo)傳感器(qì)的工作磁場(chǎng)時,由于切割(gē)磁力(lì)線會産生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。利(lì)用适當(dāng)的電極(jí)檢出(chū)這一信号即可(kě)測得流體的流速或流量。常規的 電磁流(liú)量計(jì) 是管道式的。另(lìng)一種(zhǒng)形式是插入式(shì)的,它實際(jì)上是測量插杆探頭處(chù)的流速(sù),稱(chēng)爲電磁(cí)流速(sù)儀或插入(rù)式(shì)電(diàn)磁流量計(jì),該種(zhǒng)儀表(biǎo)除(chú)作爲測(cè)速外;還可以用于(yú)大管道的流(liú)量測(cè)量。此(cǐ)時,它(tā)不但可在線裝(zhuāng)拆,而且(qiě)在價格上也(yě)較便宜,是(shì)一種很有(yǒu)競争(zhēng)力的流量(liàng)儀表。
　　電磁流速(sù)儀自1917年美(měi)國人申請(qǐng)專利(lì)lj[以來,已受到人(rén)們的廣泛(fàn)注意和研究(jiū),其(qí)中包(bāo)括利用它(tā)測量管道中流體的(de)流量。但考(kǎo)慮了管壁影響(xiǎng)的插(chā)入式電(diàn)磁(cí)流量計三(sān)維理(lǐ)論模(mó)型(xíng),卻在近(jìn)年才(cái)建立。zhangx.z和hempj.在(zài)建立(lì)了理論模(mó)型2j[、3j[之後(hòu),提出了(le)值得注意(yì)的問(wèn)題,即當(dāng)探(tàn)頭靠近管道的壁面(miàn)時,其(qí)測量結果(guǒ)将因管(guǎn)壁的電(diàn)或磁性質(zhì)不同而産生誤差。本文将在此基礎上,進(jìn)一步研究(jiū)某種設計的(de)插(chā)入式(shì)電(diàn)磁流量計工(gōng)作磁(cí)場在探頭(tóu)靠近管壁(bì)時的詳細分布,并提出一種(zhǒng)可(kě)用于修正(zhèng)由于(yú)磁場(chǎng)受(shòu)幹擾引起測(cè)量誤差的(de)方法。
二(èr)、插人式(shì)電磁(cí)流量(liàng)計工作磁場(chǎng)的求解(jiě)
　　圖1中,插(chā)入式電磁流量(liàng)計(jì)探頭(tóu)的端部裝有一(yī)對電(diàn)極(jí),内部(bù)裝有一勵磁線圈,在它(tā)的周圍産(chǎn)生工(gōng)作磁場。爲(wèi)研究磁場的詳(xiáng)細分布狀況(kuàng),先考慮(lǜ)單匝線圖(tú)。設其半徑(jìng)爲al,裝在離端(duān)部(bù)z。處,流(liú)過的電流爲i,流體中的磁介質常數爲産(chǎn)。采用(yòng)矢量(liàng)勢的(de)表示法有(yǒu):




其中a,如式(shì)(9)或式(10),z。是螺線管(guǎn)的(de)長度,rl爲(wèi)它的内(nèi)半徑,r:爲(wèi)外半徑。
　　如圖1所(suǒ)示的插入式電磁流量(liàng)計(jì),當考(kǎo)慮來(lái)流(liú)速度爲(wèi)x方向,電極(jí)安裝在探頭端部沿(yán)y方向,則對(duì)信号作貢獻的磁場(chǎng)主要(yào)是z方(fāng)向。爲(wèi)此,我們(men)計算了(le)磁性和非磁性壁面(miàn)下工(gōng)作磁(cí)場bz分量(liàng)的(de)分布情況(kuàng)見(jiàn)圖3和圖(tú)4(因對稱隻給出一半(bàn)空間）。
三、讨(tǎo)論
　　從(cóng)圖(tú)3、4可(kě)看到,靠近電磁流量(liàng)計的壁面(miàn)分别(bié)爲磁(cí)性和非磁(cí)性時,工作磁場的分(fèn)布差異明顯。對非磁性壁(bì)面,其(qí)分布(bù)相當(dāng)于探頭(tóu)在(zài)無限大均勻介(jiè)質當(dāng)中;而當壁面是(shì)磁性時,由于探(tàn)頭内線(xiàn)圈(quān)産生(shēng)的磁(cí)場引(yǐn)起壁(bì)面(miàn)的磁化,加強(qiáng)了探頭附近的(de)磁感強度(dù),相當(dāng)于線圈(quān)與(yǔ)它對(duì)壁面(miàn)的像共同(tóng)産生的磁場。由(yóu)于這一變化,使探頭(tóu)的(de)測量産生誤差(chà)。文(wén)獻「2]指出,隻(zhī)有當探頭(tóu)的端部與壁面(miàn)的距(jù)離大(dà)于4倍的插杆(gǎn)半徑時(shí),壁面(miàn)對(duì)測量讀數産(chǎn)生的(de)誤差才可(kě)能小于1%。
　　一(yī)種修正磁(cí)性壁(bì)面引起測(cè)量誤(wù)差的方法(fǎ)是在探頭(tóu)的适(shì)當位置(zhì)裝一(yī)霍爾磁場傳感器。考慮到線圈的(de)前面(miàn)緊接電極,霍爾元件可(kě)裝在線(xiàn)圈後面與電極(jí)形成對稱(chēng)的位置上(參見(jiàn)圖1)。此(cǐ)時,由霍爾元件(jiàn)測得(dé)的磁場強(qiáng)度一般不(bú)等于(yú)電極(jí)處的(de)值。爲(wèi)此,圖5計(jì)算出當探頭(tóu)接近磁性(xìng)壁面時,霍爾元件上(shàng)所(suǒ)測的磁(cí)感強度與(yǔ)電極(jí)處磁感強(qiáng)度之(zhī)比。利用(yòng)單片機可以(yǐ)進行(háng)修正。而(ér)對(duì)于非磁性(xìng)壁面,這(zhè)一(yī)比值(zhí)恒爲(wèi)1。圖(tú)中bl/b:爲霍(huò)爾元(yuán)件測得磁感應(yīng)與電極處(chù)磁感應之(zhī)比,lla爲(wèi)探頭與壁面距離與探頭半徑(jìng)之比。

四、小(xiǎo)結
　　本(běn)文研究了插入(rù)式電磁流量計(jì)工作磁場的求解。給出(chū)了(le)當流(liú)量計探(tàn)頭靠近(jìn)磁性和(hé)非(fēi)磁性(xìng)壁面時(shí)工作磁(cí)場的不同分(fèn)布(bù)。進而提出(chū)的修(xiū)正磁(cí)性(xìng)壁面引起測(cè)量誤差的方(fāng)法,可通過由霍爾(ěr)元件測得磁感(gǎn)強度(dù)和計算的(de)修(xiū)正曲線(xiàn)對測量結(jié)果進(jìn)行(háng)修正。

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