摘(zhāi)要： 電(diàn)磁流(liú)量計(jì) 測量(liàng)管壁(bì)爲(wèi)絕(jué)緣材(cái)料(liào)或者内壁附(fù)有絕緣層，但該(gāi)結構限(xiàn)制(zhì)了電(diàn)磁流量計應用(yòng)範圍，同時絕緣層破損(sǔn)造成了(le)測量誤差(chà)。因此(cǐ)有一(yī)類電(diàn)磁流(liú)量計去(qù)掉(diào)了絕(jué)緣層，但這種設(shè)計(jì)會導(dǎo)緻(zhì)流量(liàng)計輸出信(xìn)号下降而影(yǐng)響測量(liàng)。針對導體管壁(bì)電磁(cí)流量(liàng)計 輸出信号減弱的(de)特點，提出了信号補(bǔ)償法(fǎ)，利用(yòng)此方(fāng)法(fǎ)對輸出信号衰減程度進行判(pàn)斷，再此(cǐ)基礎(chǔ)上進行信(xìn)号補(bǔ)償。
0引(yǐn)言
　　随(suí)着流(liú)量測量方(fāng)法與技(jì)術(shù)研究工作的不斷發(fā)展與進步，預計未來5年中電磁(cí)流量(liàng)計(jì)的使用規模将再(zài)增加(jiā)30％［1］。由于(yú)儀表使用(yòng)範圍廣，傳統的(de)電磁(cí)流量計一(yī)直以(yǐ)來就(jiù)是研(yán)究的(de)熱點(diǎn)問題(tí)之一。學者(zhě)們針(zhēn)對不同結構(gòu)的(de)電磁流量計給出了研(yán)究成果(guǒ)，并推(tuī)動(dòng)了電磁(cí)流量計(jì)的技術(shù)發展(zhǎn)。kollárl等［2］研(yán)究了(le)一種利用(yòng)多電極磁流量計邊(biān)界周(zhōu)圍的(de)電勢(shì)分布(bù)進行速度(dù)重建(jiàn)析方法。shiy．和(hé)wangm．［3－４］提出(chū)了一種基(jī)随着流(liú)量(liàng)測量方法(fǎ)與技術研(yán)究工(gōng)作的不斷發展與進步，預(yù)計未來(lái)5年中電(diàn)磁流量計的使(shǐ)用規模将(jiāng)再增(zēng)加30％［1］。由(yóu)于儀表使(shǐ)用範(fàn)圍廣，傳統(tǒng)的電磁流(liú)量計一直以(yǐ)來(lái)就是研究的(de)熱點問(wèn)題之(zhī)一。學者們針對不同結構(gòu)的電磁流(liú)量計給出(chū)了研究成(chéng)果，并推動了電(diàn)磁(cí)流(liú)量計(jì)的技(jì)術發展(zhǎn)。kollárl等(děng)［2］研(yán)究了一種(zhǒng)利(lì)用多(duō)電極磁(cí)流(liú)量計邊界周圍的電(diàn)勢分布進行速(sù)度重(zhòng)建析方(fāng)法。shiy．和wangm．［3－４］提出了一種基于感(gǎn)應技術(shù)的圓(yuán)弧形電極測量兩相流中(zhōng)的感應電勢和導電(diàn)相的(de)速度(dù)。
　　leeungculsatien和lucas［5－6］設計了一種用于(yú)在分層流中重建軸向速度分(fèn)布的(de)多電(diàn)極磁流量計。helq．［7－8］提(tí)出一(yī)種用(yòng)于非(fēi)滿管測量的電磁流(liú)量計傳感(gǎn)器，其中由(yóu)并聯(lián)多電(diàn)極構成的(de)平行(háng)陣(zhèn)列(liè)作爲(wèi)測流(liú)量(liàng)計傳感(gǎn)器。reise．等人［９－10］比(bǐ)較了(le)不同幾何結構的電極(jí)特(tè)征，總結出雙環型電(diàn)極是(shì)用于測量(liàng)兩(liǎng)相(xiàng)空氣－水流(liú)體積濃度的最(zuì)佳結構。watralz．［11－12］等(děng)人設計了一種(zhǒng)适用于矩形截面管道的電(diàn)磁流量(liàng)計，用(yòng)以測量明(míng)渠中攜帶(dài)污染物和軸向(xiàng)速度(dù)不對(duì)稱(chēng)的(de)液體(tǐ)。對導(dǎo)體管壁電(diàn)磁流量計的研究文(wén)獻相對較(jiào)少［13－15］，而這(zhè)類傳感器在(zài)核工業等(děng)場合有非(fēi)常重(zhòng)要的應(yīng)用。
1理論(lùn)背景
　　電磁(cí)流量(liàng)計的基(jī)本(běn)原理(lǐ)是法拉第電磁感應定律。導電(diàn)流體切割(gē)磁力線産生感(gǎn)應電(diàn)動勢與流體流(liú)速成(chéng)正比。通過(guò)測量感應電勢(shì)來實現利用電(diàn)磁流量計(jì)對流(liú)體流速的測量(liàng)。目前電磁流量計的測(cè)量管襯(chèn)裏爲絕緣材料，将流(liú)體與測量管隔開(kāi)，且兩個測量(liàng)電(diàn)極(jí)在測(cè)量(liàng)管周向(xiàng)軸對(duì)稱分(fèn)布。由于絕(jué)緣材(cái)料基本爲(wèi)聚四氟乙(yǐ)烯，制(zhì)約了(le)電磁(cí)流量(liàng)計使用範圍（工(gōng)作溫度低于500℃）；電(diàn)磁流量計在流(liú)量測量過程中，絕緣襯裏很容(róng)易(yì)與測量(liàng)管道(dào)内壁脫離(lí)、剝(bāo)落(luò)、拉破(pò)等，從而導緻對流量信号(hào)造成(chéng)幹擾，影響(xiǎng)測量(liàng)精度。去掉(diào)無絕緣襯裏，采用導(dǎo)體材(cái)料作(zuò)爲測量(liàng)管的電磁流量計(jì)可以(yǐ)解決(jué)因傳統内(nèi)襯給測量帶來(lái)的問題。但(dàn)是由(yóu)于測(cè)量管道爲(wèi)非絕(jué)緣材料，而導(dǎo)緻(zhì)傳感器輸(shū)出信号下降。針(zhēn)對以上問題，研(yán)究了一種測量(liàng)單元(yuán)來(lái)動态監(jiān)測由于無絕緣(yuán)襯裏(lǐ)帶來的測(cè)量信号衰弱，同時給予(yǔ)微(wēi)弱真(zhēn)實信(xìn)号補(bǔ)償，來(lái)保證流量計測(cè)量的精(jīng)度(dù)。
　　當傳(chuán)感器(qì)爲傳(chuán)統電(diàn)磁流量傳感器時，即(jí)其(qí)電極爲(wèi)點電(diàn)極，管道爲(wèi)絕緣(yuán)圓(yuán)形直(zhí)管(guǎn)，流體爲滿管對稱流，流量(liàng)計電(diàn)極兩端(duān)輸出的(de)電壓u爲：
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　　式中：b爲(wèi)磁感應強度；ri爲(wèi)管道(dào)内半徑；`n爲(wèi)導電(diàn)流體平均(jun1)流速。
　　對于導體(tǐ)管壁電(diàn)磁(cí)流量(liàng)計，導電(diàn)流體(tǐ)以(yǐ)一定(dìng)速度(dù)流過(guò)測量管道，産生(shēng)的感應電(diàn)勢不會完全由電極(jí)輸出。這是(shì)由于(yú)去掉絕緣襯裏(lǐ)的導電管壁對流體(tǐ)感應電勢(shì)産生短路(lù)效應。
導體管壁電磁(cí)流量計電極輸電壓爲：

　　式中：rｏ爲(wèi)管道(dào)外(wài)半徑；σw爲(wèi)管(guǎn)道電(diàn)導率；σｆ爲(wèi)導電流體電導率；τ爲(wèi)流體與管(guǎn)道的接觸(chù)電阻(zǔ)。對比(bǐ)式（1）與（2）可知(zhī)，導體(tǐ)管壁流量(liàng)計的電極間輸(shū)出信号是(shì)有衰(shuāi)減的(de)，衰(shuāi)減率爲(wèi)ｋ。爲了提高導體(tǐ)管壁流量計測(cè)量的準(zhǔn)确性及(jí)穩定(dìng)性，考(kǎo)慮通(tōng)過系數ｋ對測量(liàng)電極(jí)間輸出信(xìn)号(hào)進(jìn)行補償。
2信(xìn)号系統設計
　　電極結(jié)構(gòu)如圖1所(suǒ)示。ce爲感應(yīng)電流(liú)電極(jí)，Ｆe爲反(fǎn)饋電(diàn)極，ge爲接地電極(jí)，se爲信(xìn)号電極，pe爲(wèi)電壓(yā)電(diàn)極。

　　如圖2所示(shì)，導體(tǐ)管壁(bì)電磁流(liú)量(liàng)計輸出信号由(yóu)伺服放(fàng)大模塊(kuài)對輸出(chū)信号進(jìn)行監控并補償(cháng)，即伺服放大模(mó)塊将(jiāng)傳感器輸(shū)出信号(hào)與反饋信号進行(háng)比較(jiào)并放大，當輸出(chū)信号(hào)與反饋信号平(píng)衡時，伺服放大模塊(kuài)停止(zhǐ)工作。信号經由(yóu)采樣(yàng)保持模塊(kuài)進行模數(shù)轉換。信号(hào)再由差分(fèn)放大器及信号輸出(chū)放大器進(jìn)行放(fàng)大，使得對(duì)傳感(gǎn)器輸出微(wēi)弱信号進(jìn)行更(gèng)精确(què)的放大。

3實(shí)驗驗(yàn)證(zhèng)
　　在實驗室中，利用(yòng)所設計(jì)的補充信号系統，對導體電(diàn)磁流量計(jì)進行實驗。實驗(yàn)中采用恒(héng)幅電(diàn)流和低頻矩形波（50/16hz）産(chǎn)生勵磁。要(yào)保證放大器第(dì)一級的輸(shū)入阻抗必須(xū)足(zú)夠高(gāo)，否則會(huì)産生誤差，補償效果不(bú)理想。被測導電(diàn)液體(tǐ)的電導率(lǜ)爲5～10μs/cm，實驗中采用(yòng)的水電導率爲163μs/cm。測量管道(dào)外徑爲(wèi)30mm，内徑爲(wèi)27mm。電極(jí)之間(jiān)的阻抗約爲在500～1000kΩ。

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