摘要本(běn)文對插(cha)入式電(dian)磁流量(liang)計 靠近(jin)管道壁(bi)面時的(de)工作磁(cí)場分布(bu)情況進(jìn)行了計(ji)♊算。分别(bie)對磁性(xing)壁面和(hé)非磁性(xing)壁面情(qing)況進行(hang)了比較(jiao),說明磁(cí)性管道(dào)壁面對(dui)流量測(cè)量結果(guǒ)的影響(xiǎng)。同✌️時,給(gěi)出🌈了一(yi)種修正(zhèng)的方法(fǎ)和有關(guan)的修正(zhèng)曲線。
一(yī)、引言
　　流(liú)動的電(diàn)磁感應(ying)的工作(zuò)原理是(shì)當導電(diàn)流體(如(rú)水)流經(jīng)由儀表(biǎo)😘傳感器(qi)的工作(zuò)磁場時(shi),由于切(qiē)割磁力(li)線會産(chan)生感應(ying)電動勢(shì)。利用适(shi)當的電(dian)極檢出(chū)這一信(xin)号即可(ke)測得☁️流(liu)體的✏️流(liú)速或流(liú)量。常規(guī)的 電磁(cí)流量計(jì) 是管道(dao)式的。另(lìng)一種形(xing)式是插(cha)入式的(de),它實際(jì)上是㊙️測(ce)量插杆(gan)☀️探頭處(chù)的流速(sù),稱爲電(dian)磁流速(sù)儀或插(cha)入式電(diàn)磁流量(liang)計,該種(zhong)💁儀表除(chú)作爲測(ce)速外;還(hai)可以用(yong)于大管(guǎn)道的流(liu)量測量(liàng)🏃。此時,它(ta)不但可(ke)☀️在線裝(zhuang)拆,而且(qiě)在價格(gé)上也較(jiao)便宜,是(shì)一種很(hěn)有競争(zhēng)力的流(liu)量儀表(biao)。
　　電磁流(liú)速儀自(zi)1917年美國(guo)人申請(qing)專利lj[以(yǐ)來,已受(shou)到人們(men)的🔴廣泛(fàn)注🔴意和(hé)研究,其(qi)中包括(kuo)利用它(ta)測量管(guan)道中流(liú)體的流(liú)量。但考(kǎo)🔴慮了管(guǎn)壁影響(xiǎng)的插入(ru)式電磁(ci)流量計(ji)三維理(lǐ)🏃🏻‍♂️論模型(xíng),卻在近(jin)年才建(jian)立。ZhangX.Z和HempJ.在(zài)建立了(le)理論模(mo)型2j[、3j[之後(hòu),提出了(le)值得注(zhu)意的問(wen)✊題,即當(dāng)探頭靠(kào)近管道(dao)的壁面(mian)時,其測(cè)量結果(guo)将🔴因管(guǎn)壁的電(diàn)或磁性(xìng)質不同(tong)而産生(shēng)誤差。本(ben)文将在(zài)此基礎(chu)上,進一(yi)步研究(jiū)🥰某種設(she)計的插(cha)入式電(dian)磁流量(liàng)計工作(zuò)磁🈲場在(zài)探頭靠(kao)近管壁(bì)時的詳(xiáng)細分布(bù),并提出(chū)一種可(ke)用于修(xiu)正由于(yú)磁場受(shou)幹擾引(yǐn)起測量(liàng)誤差的(de)方法。
二(er)、插人式(shì)電磁流(liú)量計工(gong)作磁場(chǎng)的求解(jiě)
　　圖1中,插(cha)入式電(diàn)磁流量(liàng)計探頭(tóu)的端部(bù)裝有一(yi)對電極(ji),内部裝(zhuang)有一勵(li)磁線圈(quān),在它的(de)周圍産(chan)生工作(zuo)磁場。爲(wei)研究⛱️磁(ci)場🔞的詳(xiáng)細分布(bù)狀況,先(xiān)考慮單(dān)匝線圖(tu)。設其半(bàn)徑爲al,裝(zhuang)在離端(duan)部Z。處,流(liu)過的電(diàn)流爲I,流(liu)體中的(de)磁介質(zhì)常數爲(wei)産。采用(yòng)矢量勢(shi)的表示(shì)法有:




其中(zhōng)A,如式(9)或(huò)式(10),Z。是螺(luó)線管的(de)長度,rl爲(wei)它的内(nei)半徑,r:爲(wèi)外半🔞徑(jìng)。
　　如圖1所(suo)示的插(chā)入式電(diàn)磁流量(liàng)計,當考(kǎo)慮來流(liú)速度爲(wei)X方向,電(dian)👌極安裝(zhuang)在探頭(tóu)端部沿(yan)y方向,則(zé)對信号(hào)作貢獻(xian)🈚的磁場(chang)主要是(shì)Z方向。爲(wei)此,我們(men)計算了(le)磁性和(he)非磁性(xìng)壁面下(xia)工作磁(cí)場BZ分量(liàng)的分布(bu)情況見(jiàn)圖3和圖(tu)4(因對稱(cheng)隻給出(chū)一半空(kōng)間）。
三、讨(tǎo)論
　　從圖(tu)3、4可看到(dao),靠近電(dian)磁流量(liàng)計的壁(bì)面分别(bié)爲磁性(xìng)📧和非磁(ci)🧡性時,工(gōng)作磁場(chang)的分布(bu)差異明(míng)顯。對非(fēi)磁性壁(bì)面,其分(fèn)🌏布相當(dāng)于探頭(tou)♋在無限(xiàn)大均勻(yún)介質當(dang)中;而當(dāng)壁面是(shì)磁性時(shi),由于探(tàn)頭内線(xian)圈産生(shēng)的磁場(chǎng)引起壁(bì)面💃的磁(cí)化,加強(qiang)了探頭(tóu)附近的(de)磁感強(qiáng)度,相當(dang)于線圈(quān)與它對(duì)壁面的(de)像共同(tong)産生的(de)磁場。由(yóu)于這一(yi)變化,使(shǐ)探頭的(de)測量産(chan)生🏃‍♀️誤差(chà)。文獻「2]指(zhi)出,隻有(you)當探頭(tóu)的端部(bù)與壁面(mian)的距離(li)大于4倍(bei)的插杆(gǎn)半徑時(shí),壁面對(dui)測量讀(dú)數🌈産生(sheng)的誤差(chà)才可能(neng)小于1%。
　　一(yi)種修正(zheng)磁性壁(bì)面引起(qi)測量誤(wù)差的方(fāng)法是在(zài)探頭的(de)适當位(wèi)置裝一(yī)霍爾磁(ci)場傳感(gǎn)器。考慮(lǜ)到線圈(quān)的前面(miàn)緊接電(diàn)極,霍爾(ěr)元件可(ke)裝在線(xian)圈後面(mian)與電極(jí)形成對(duì)稱的位(wei)置上(參(can)見圖1)。此(ci)時,由🔱霍(huo)爾元件(jiàn)測得的(de)磁場強(qiang)度一般(bān)不等于(yú)電極處(chu)的值。爲(wei)此,圖5計(jì)算出當(dang)探頭接(jiē)近磁性(xing)壁🌈面時(shí),霍爾元(yuan)件上所(suǒ)測的磁(cí)感強度(dù)與電極(jí)處磁感(gǎn)強度之(zhī)比。利用(yong)單片機(ji)可以進(jin)行修正(zheng)。而對于(yú)非磁性(xìng)壁面,這(zhè)一比值(zhí)恒爲1。圖(tu)中🐇Bl/B:爲霍(huò)爾元件(jiàn)測得磁(ci)感應與(yǔ)電極處(chù)磁🐆感應(yīng)之比,Lla爲(wèi)探頭與(yǔ)壁面距(ju)離與探(tan)頭半徑(jing)之比。

四(si)、小結
　　本(běn)文研究(jiu)了插入(rù)式電磁(ci)流量計(jì)工作磁(cí)場的求(qiú)解。給出(chū)了當流(liu)😍量計探(tan)頭靠近(jìn)磁性和(he)非磁性(xing)壁面時(shi)工作磁(cí)場的不(bú)同分布(bu)。進而提(tí)出的修(xiū)正磁性(xìng)壁面引(yin)起測㊙️量(liang)誤差的(de)方法,可(ke)通過由(yóu)霍爾元(yuán)件測得(dé)磁感強(qiáng)度和計(jì)算的修(xiū)正曲線(xian)對測量(liàng)結果進(jìn)行修正(zheng)。

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