摘要(yao)：運用有(you)限元軟(ruan)件ANSYS對電(dian)磁流量(liang)計中存(cun)在非導(dao)電🎯物體(ti)建🌈立的(de)仿真模(mo)型，研究(jiu)了不同(tong)内徑管(guan)道對電(diàn)磁流量(liang)🌐計敏感(gǎn)場響應(ying)💁特性的(de)影響，爲(wei)電磁流(liú)量計測(ce)量兩相(xiàng)流時傳(chuán)感器電(dian)極尺寸(cun)設❗計提(ti)供一定(ding)的參考(kǎo)，也🧡爲電(diàn)磁流量(liang)計在一(yi)定管徑(jìng)下兩相(xiàng)流測量(liàng)的誤差(cha)分析提(tí)供理論(lùn)依據。
0引(yǐn)言
　　電磁(ci)流量計(jì) 是一種(zhǒng)利用電(diàn)磁感應(yīng)原理進(jìn)行測量(liang)的儀表(biǎo)。電磁流(liu)量計㊙️應(yīng)用于多(duo)相流中(zhōng)時具有(yǒu)獨特的(de)優點，如(ru)對流速(su)📱分布不(bú)太敏感(gan)，管道中(zhong)無阻礙(ài)流動的(de)部件等(děng)✍️［１］。近年來(lai)✏️，在一些(xiē)特殊領(lǐng)域中電(dian)磁流量(liàng)計逐步(bù)開始應(ying)用于多(duo)💋相流流(liú)速🛀🏻的測(cè)量。許多(duo)學者對(dui)電磁流(liu)量💰計在(zài)多相流(liu)的測量(liàng)問題上(shàng)開始了(le)研究。張(zhang)小章在(zai)簡化的(de)二維👉模(mo)🈲型下分(fen)别求解(jiě)了單個(gè)氣泡處(chu)于流量(liang)計管軸(zhóu)線和橫(heng)💛截面不(bu)同位置(zhì)時虛電(dian)流的分(fèn)布情況(kuang)［２－３］，并對流(liu)體中含(hán)有一個(ge)氣泡時(shi)電磁流(liu)量計虛(xū)電流的(de)三維特(te)性進行(háng)了研究(jiū)［４］；Jae.Euncha等運用(yòng)２個流量(liàng)計來🔴計(jì)算空隙(xi)率的大(da)小［5］；王月(yuè)明等對(duì)電磁流(liu)量法測(ce)量油氣(qi)水多相(xiang)流進行(hang)了一⛷️系(xi)列的研(yán)究［６－９］。
　　本文(wén)運用有(you)限元軟(ruǎn)件ANSYS對電(diàn)磁流量(liang)計中存(cún)在非導(dao)🥰電🤟物體(tǐ)✂️建立仿(páng)真模型(xíng)，在此模(mó)型下研(yan)究了流(liú)量計傳(chuan)感器的(de)管直✍️徑(jìng)大🔴小與(yǔ)非導電(dian)物質大(da)小變化(hua)對流量(liang)計♊敏感(gan)場影響(xiǎng)。研究結(jié)果✔️可爲(wei)電磁流(liu)量計在(zai)一定管(guan)徑💋下兩(liang)相流測(cè)量誤差(chà)提供一(yī)定的分(fen)析依⛷️據(jù)。
１敏感場(chang)靈敏度(dù)定義
　　當(dāng)導電流(liú)體流過(guò)外加磁(cí)場時，作(zuo)切割磁(cí)力線運(yun)動。根據(ju)🌈法拉第(di)電磁感(gǎn)應定律(lǜ)，通過測(cè)量感應(yīng)電動勢(shì)的值來(lái)求出流(liú)體速度(dù)和流量(liàng)。這就是(shi)電磁流(liú)量計測(ce)量流量(liang)的基本(běn)原理。當(dāng)流體中(zhong)出現🧑🏾‍🤝‍🧑🏼非(fei)導電物(wu)質時，會(huì)使感應(yīng)電動勢(shì)的分布(bù)發生變(biàn)化。電磁(cí)流量計(ji)🤩的基本(běn)方程：

　　式(shì)中：U爲兩(liǎng)極的電(diàn)勢差；A爲(wei)對空間(jiān)積分；W爲(wèi)矢量權(quán)函數，它(tā)是一個(ge)隻由電(dian)磁流量(liàng)計本身(shen)結構決(jue)定的量(liang)，其表達(dá)式爲

　　虛(xū)電流是(shì)電磁流(liu)量計理(li)論中一(yī)個重要(yao)的量。它(ta)決定着(zhe)👨‍❤️‍👨電磁流(liú)🚶‍♀️量計測(ce)量區域(yu)權重函(hán)數分布(bù)情況［４］。也(ye)就決定(ding)着電磁(ci)流量👣計(jì)内部敏(mǐn)感場分(fen)布情況(kuàng)。
　　爲了定(dìng)量地考(kao)查電磁(ci)流量計(ji)内部非(fēi)導電物(wù)質對👄電(diàn)磁流量(liàng)計敏感(gan)場的分(fen)布影響(xiang)，定義ｃ爲(wei)敏感場(chǎng)靈敏度(dù)📐，其定🏃🏻義(yi)如式（3）所(suo)示：

　　爲了(le)清晰地(di)描述電(diàn)磁流量(liàng)計中流(liu)體中存(cun)在非導(dǎo)電☔物💋質(zhi)時，電♊磁(ci)流量計(jì)的響應(ying)特性情(qíng)況，運用(yong)敏感場(chang)靈敏度(du)ｃ來刻畫(hua)這一響(xiang)應結果(guo)。
２仿真模(mo)型及仿(pang)真實驗(yan)
２.１仿真模(mo)型
　　仿真(zhen)實驗是(shi)在ANSYS環境(jing)下進行(hang)的，爲了(le)考查電(dian)磁流量(liàng)計傳感(gan)器中不(bu)同管徑(jing)大小對(duì)流量計(jì)存在非(fei)導電👅物(wu)質流體(ti)❓響應特(te)性影響(xiang)🙇‍♀️情況。仿(páng)真模型(xíng)爲垂直(zhi)上升管(guan)，如💛圖１所(suǒ)示，ＡＮＳＹＳ仿真(zhēn)模型中(zhong)隻對電(diàn)磁流量(liang)計中的(de)流體進(jìn)行🎯建模(mo)，２個電極(ji)中心方(fang)向稱爲(wèi)ｘ軸，２個電(dian)極相距(jù)爲２R，流體(ti)中心軸(zhóu)稱爲ｙ軸(zhou)，ｘ軸與ｙ軸(zhóu)構成直(zhi)角坐标(biāo)系🚶，兩軸(zhóu)交彙點(diǎn)爲坐标(biāo)原點，設(she)定仿真(zhēn)模型高(gāo)度爲１0R（即(jí)✨ｙ軸是從(cóng)－5R到5R），分别(bie)如圖１所(suǒ)示🌈。電極(jí)兩端給(gěi)一定的(de)電壓值(zhi)，一定半(bàn)徑的非(fēi)導♍電物(wù)質由流(liú)體底部(bù)進入，沿(yan)着ｙ軸随(suí)着上♉升(shēng)的流體(tǐ)向🔱上運(yùn)動，仿真(zhēn)實驗對(dui)電磁流(liú)✊量計中(zhong)流體的(de)虛電流(liu)進行考(kǎo)查，從ｙ軸(zhóu)－４.5R到４.5R每隔(gé)0.5R采集１次(cì)仿真數(shù)據‼️。通過(guo)分析，以(yǐ)獲得電(dian)磁流量(liang)計存在(zai)相🔞同半(bàn)💁徑非導(dǎo)電物質(zhì)在不同(tong)半徑管(guǎn)道或不(bu)同電極(jí)大小時(shí)對流量(liang)計響應(yīng)特性影(yǐng)響情況(kuàng)。

２.２仿真實(shi)驗
　　仿真(zhen)實驗中(zhōng)，設定通(tōng)過電磁(ci)流量計(jì)的非導(dao)電物質(zhì)大小不(bu)變，流量(liang)計内壁(bì)管徑的(de)直徑設(she)定爲0.8R，R，1.2R，1.4R，1.6R，流(liu)量計流(liu)體中設(shè)定半徑(jìng)爲⛱️0.1R的非(fēi)導電物(wu)質通過(guo)電磁流(liu)量🔴計的(de)中📱心軸(zhou)，對電磁(ci)流✂️量計(ji)中流體(tǐ)的虛電(dian)流進行(háng)考查，以(yi)獲得流(liú)體中相(xiang)同大小(xiao)🐅非導電(dian)物♌質對(dui)不同♌半(bàn)徑管道(dao)的電磁(cí)流量計(ji)敏感場(chǎng)影響情(qing)況。
　　爲了(le)節省篇(piān)幅，這裏(lǐ)隻顯示(shi)其中一(yi)個實驗(yàn)的部分(fèn)仿真👌圖(tu)🏃，如圖２所(suo)示。從仿(pang)真結果(guǒ)可以發(fā)現不同(tóng)管徑大(da)小對電(dian)磁流量(liàng)計的虛(xu)電流分(fen)布是有(you)一定影(ying)響的，但(dàn)這♉些分(fen)布性的(de)仿真結(jié)果無法(fa)較🙇🏻好地(di)在數值(zhi)上給予(yu)電極大(dà)小與管(guan)徑變化(huà)⭐對流量(liang)計敏感(gǎn)場影⭐響(xiǎng)大小情(qíng)況😘的說(shuō)明。下面(miàn)将在仿(pang)真結果(guǒ)分析中(zhong)通過敏(min)感場靈(líng)敏度ｃ對(dui)仿真數(shu)據分析(xī)。

３仿真結(jié)果分析(xī)
　　爲了詳(xiang)實地考(kao)查管直(zhí)徑變化(huà)下對流(liu)量計敏(min)感場靈(líng)㊙️敏度㊙️影(yǐng)響🌈，運用(yòng)敏感場(chǎng)靈敏度(dù)ｃ分别對(dui)每個仿(pang)真實驗(yan)進行🐕分(fen)析💋并對(dui)比實🌈驗(yàn)結果。
　　圖(tú)３爲不同(tong)大小内(nèi)徑管道(dào)與流量(liang)計敏感(gǎn)場靈敏(min)度關系(xì)圖，橫軸(zhóu)表示非(fēi)導電物(wu)質在電(diàn)磁流量(liàng)計ｙ軸的(de)位置，縱(zong)軸爲敏(mǐn)👨‍❤️‍👨感場靈(líng)敏💁度ｃ，圖(tú)中各條(tiáo)線分别(bie)代表了(le)不同測(cè)量管徑(jing)大小時(shí)非導電(diàn)物質在(zài)不同位(wei)置時敏(mǐn)感場靈(ling)敏度ｃ的(de)變化情(qing)況。
　　對于(yú)半徑一(yī)定的（本(běn)例爲0.1R）非(fei)導電物(wu)質，管道(dao)半徑越(yue)㊙️大，在電(diàn)極（ｙ軸坐(zuò)标原點(diǎn)）附近非(fei)導電物(wù)質對電(diàn)磁流量(liàng)計🈚的敏(mǐn)感場🧑🏽‍🤝‍🧑🏻靈(ling)敏度ｃ的(de)響應特(te)性就越(yuè)小，仿真(zhen)實驗也(ye)可以說(shuō)明，當電(diàn)磁流量(liang)計🈲管道(dao)半徑變(bian)小時，非(fēi)導電物(wu)質對電(diàn)磁流量(liàng)計的敏(min)感場靈(ling)敏🤞度影(ying)響在電(diàn)極（ｙ軸坐(zuò)标原點(dian)）附近變(bian)化是比(bǐ)較快的(de)；流量計(jì)管道半(bàn)徑變大(da)時，非導(dǎo)電物質(zhì)對👣電磁(ci)流量計(jì)的敏感(gan)㊙️場靈敏(mǐn)度影響(xiǎng)在電極(jí)附♍近變(bian)化變得(dé)緩慢。仿(pang)真實驗(yàn)可得出(chu)：在電磁(ci)流量計(ji)電極一(yī)定時，根(gēn)據測量(liang)流⭐體中(zhong)非導電(dian)物質的(de)大小以(yi)及電磁(ci)流量計(jì)管道半(bàn)徑可以(yi)估計出(chū)該🌂電磁(ci)流量計(jì)的兩相(xiang)流💁測量(liàng)精度（敏(min)感場靈(ling)敏⭕度響(xiǎng)應情況(kuàng)），爲測量(liang)兩相流(liu)的電磁(ci)流量計(ji)傳感器(qi)誤差分(fen)析提🌈供(gong)一🚶‍♀️定分(fèn)析依據(jù)。

４結(jié)束語
　　本(ben)文運用(yòng)有限元(yuán)軟件對(duì)流體中(zhōng)含有非(fei)導電物(wu)質💃🏻時對(dui)電磁流(liu)量計敏(min)感場響(xiǎng)應特性(xìng)進行建(jiàn)模仿真(zhēn)，通過模(mo)型分析(xi)了流量(liàng)計管道(dao)内徑大(dà)小與流(liu)量計的(de)敏感場(chǎng)靈敏度(dù)響應‼️特(tè)性的關(guan)系。研究(jiu)結果爲(wèi)一定管(guan)徑下電(diàn)磁流量(liang)計兩相(xiang)流測量(liàng)的誤差(cha)分析提(tí)🚶供一定(ding)的理論(lùn)依據。

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