1引言
　　近(jin)年來,電(diàn)磁流量(liàng)計 的勵(lì)磁結構(gou)況備受(shou)研究人(ren)員的關(guan)注對外(wài)流式的(de)♋電磁流(liu)量計🤞的(de)磁場分(fen)布情況(kuàng)進行了(le)仿真研(yan)究"在些(xiē)特殊的(de)工況領(ling)域下,如(ru)🍉何設計(jì)電磁流(liu)量計直(zhí)是工程(chéng)技術人(ren)員研究(jiū)的熱點(dian)問題”,生(shēng)産💞測井(jing)中特殊(shu)🌐工況環(huan)境🐇下如(rú)何設計(ji)電磁流(liú)量計傳(chuan)感🌈器結(jie)構一直(zhí)是石油(you)生産測(ce)井領域(yù)研究的(de)問題,電(diàn)磁相關(guan)法🔞流量(liang)測量傳(chuán)感器解(jiě)決了生(shēng)産測井(jing)中油氣(qi)水三相(xiàng)流流量(liàng)測量問(wen)題.另一(yī)方面生(sheng)産測💃井(jing)空間狹(xia)小，需要(yào)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(xīn)設⛷️計爲(wèi)T型的電(diàn)磁流量(liàng)計,使得(dé)有限的(de)空間下(xià)電磁流(liú)量計的(de)勵磁線(xian)圈空間(jiān)增大☎️,進(jìn)而增強(qiáng)測量管(guǎn)道中(測(cè)量區域(yù))磁場強(qiáng)度，使兩(liǎng)端電極(jí)感應信(xin)号變大(dà),有助于(yú)信号的(de)獲取,爲(wei)有限空(kōng)間下的(de)井下 小(xiǎo)管徑集(ji)電磁流(liú)量計 實(shí)現提供(gòng)可能.同(tóng)時,對電(dian)磁流量(liàng)計勵磁(ci)結構中(zhong)T型🤟磁芯(xīn)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼參數進(jìn)行研究(jiu)，獲得不(bu)同T型磁(cí)芯對測(ce)量管道(dào)中磁場(chǎng)産🙇‍♀️生的(de)影響🏃‍♂️.研(yán)究👌結果(guo)可爲應(yīng)用在一(yi)些特殊(shū)場合中(zhong)具有T型(xing)磁芯的(de)電磁流(liu)量計實(shí)現提供(gòng)參考依(yi)據.
1T型磁(ci)芯結構(gòu)
　　T型磁芯(xin)是爲較(jiào)小的空(kong)間下實(shí)現盡可(ke)能大的(de)勵磁線(xian)圈而提(tí)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(xíng)🌈磁芯😄的(de)電磁流(liú)量計傳(chuán)感器截(jie)面圖.在(zai)圖中1表(biǎo)示線圈(quān)位置;2表(biǎo)示磁芯(xīn)位置;3表(biao)示電極(jí)及其固(gù)定器件(jiàn)位置;4表(biǎo)🛀🏻示襯裏(lǐ)位置;5表(biao)示内徑(jìng)壁位置(zhì);6表示外(wai)徑💚壁;7表(biao)示測量(liang)管道(測(cè)量區域(yu)).如圖1所(suo)示✂️電磁(ci)流量計(jì)勵磁結(jie)構磁🍉芯(xīn)造型近(jìn)似爲T型(xing)(因稱爲(wei)T型磁芯(xīn)),磁芯在(zài)靠近電(dian)🌈磁流量(liang)計内管(guǎn)㊙️道時爲(wei)T型磁芯(xīn)的較長(zhang)端.如圖(tu)中所示(shì),T型磁芯(xin)🥵較長端(duān)與x軸夾(jiá)角爲a,T型(xing)磁芯較(jiao)短端與(yǔ)x軸夾角(jiǎo)爲b,T型磁(ci)芯較長(zhǎng)端寬度(du)爲k1,T型磁(cí)芯較🚶‍♀️短(duan)端寬度(dù)爲k2.
 
2磁場(chǎng)評價指(zhi)标
　　爲了(le)詳細的(de)獲得電(dian)磁流量(liàng)計勵磁(cí)線圈及(jí)T型磁芯(xīn)變化對(dui)流量計(jì)測量區(qu)域内部(bu)磁場強(qiang)度分布(bu)的影👉響(xiǎng)情況，引(yin)入樣本(ben)平均值(zhí)樣本标(biāo)準差、變(bian)異系數(shù)磁場均(jun)勻度、感(gǎn)應電勢(shi)值⭕等磁(ci)場評價(jia)指标分(fen)析傳感(gǎn)器勵磁(cí)線圈不(bú)同軸向(xiàng)長度時(shi)🏃‍♀️測量區(qū)域内部(bù)磁場🐇分(fèn)布情況(kuàng)，如式(1)所(suǒ)示.式中(zhōng)，Bs爲樣本(běn)平均值(zhi);`B爲樣本(ben)标準差(chà);Bcv爲樣本(ben)磁🔴場均(jun)勻度;Bc爲(wei)樣本變(biàn)異系數(shu).在這4個(ge)✌️磁場評(píng)價指标(biao)中,樣本(běn)平☁️均值(zhí)越大越(yue)好，樣本(ben)标準👣差(cha)越小越(yuè)好,磁場(chǎng)均勻度(du)越大越(yuè)好,變異(yì)🏃🏻‍♂️系數越(yue)小越好(hao).
 
　　式中，S均(jun)勻爲測(ce)量區域(yù)任意一(yī)點磁感(gǎn)應強度(dù)與`B之比(bi)在📐均勻(yún)95%至105%的面(miàn)積和,S測(ce)量區的(de)總面積(ji)。
　　由Maxwell方程(chéng)及在一(yī)定的假(jia)設條件(jian)下，可得(dé)I5]電磁流(liú)量計的(de)感應電(diàn)勢的表(biao)達方程(cheng)"],如式(2)所(suǒ)示:
 
　　式中(zhōng)，U2-U1是兩電(diàn)極的電(dian)勢差;A表(biǎo)示對所(suǒ)有空間(jiān)積分;L爲(wei)👄絕緣管(guan)道筒長(zhǎng)一半;r爲(wèi)流量計(ji)截面管(guǎn)半徑;矢(shǐ)量`B是導(dao)電流體(ti)的流速(su);B是磁感(gǎn)應強度(du);W爲矢量(liang)權重函(hán)數,它是(shi)-一🐇個隻(zhī)由電磁(ci)流量計(jì)本✍️身結(jié)構決定(dìng)的量.由(you)(2)式可知(zhī)，隻要确(que)定了✌️流(liu)體的流(liú)速V、磁感(gǎn)應強度(du)B、以及權(quán)重函數(shu)W,以及流(liú)量計管(guan)徑半徑(jìng),就可👅以(yi)求流量(liàng)計的感(gǎn)應電勢(shi)差.
3仿真(zhēn)實驗
　　仿(páng)真實驗(yan)中，設定(dìng)a分别爲(wèi)23°,30°,35°,40°，45°,50°,設定b小(xiǎo)于等于(yu)a,根據實(shí)際情況(kuàng)設✉️定角(jiǎo)度分别(bié)爲8°,16°,23°,30°,35°,40°,45°,50°.仿真(zhēn)實驗中(zhōng)設定T型(xíng)磁芯較(jiào)♈長端寬(kuan)度🈲爲h1占(zhan)T型磁芯(xīn)整個寬(kuan)度的1/3,1/2以(yi)及2/3時(即(jí)h1/(h1+k2)爲1/3,1/2以及(ji)2/3時的🆚情(qing)況)分别(bié)考查🈲不(bu)同參🥵數(shu)情況下(xià)T型磁芯(xin)構建的(de)勵磁結(jié)構對電(diàn)😘磁流量(liàng)計測量(liang)區域中(zhong)産生的(de)磁場影(yǐng)響情💋況(kuàng).
 
　　如圖2所(suo)示爲不(bú)同T型磁(cí)芯結構(gou)在電磁(cí)流量計(jì)測量區(qū)域産生(sheng)磁場強(qiáng)度分布(bù)仿真圖(tú).由于篇(piān)幅原因(yin)，這❓裏隻(zhī)🏃‍♀️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(chá)不同T型(xíng)磁芯結(jié)構對電(dian)磁流量(liang)計測量(liàng)區域磁(cí)場強度(du)的分布(bù)情況影(yǐng)響,仿真(zhēn)實驗中(zhōng)獲得的(de)數據結(jié)果運用(yong)公式(1)電(diàn)磁流量(liàng)計磁場(chǎng)強度分(fen)布評價(jia)指标進(jìn)行分🌍析(xi)，以獲得(dé)電磁流(liu)量計不(bu)同T型磁(cí)芯結構(gou)參數對(duì)流量計(jì)測量區(qū)域的磁(ci)場強度(du)分布影(ying)♈響,從而(ér)爲電磁(ci)流量計(jì)T型㊙️磁芯(xin)結構設(she)🐅計給出(chu)指導性(xìng)的意見(jian).
 
　　如圖3所(suǒ)示爲不(bú)同T型磁(ci)芯結構(gòu)下測量(liàng)區域産(chǎn)生磁場(chang)🔴感應強(qiang)度平均(jun1)值，圖中(zhōng)橫坐标(biao)爲T型磁(cí)芯b的角(jiao)度,縱坐(zuo)标爲測(cè)量✉️區域(yù)的平均(jun)磁場強(qiang)度，圖标(biao)表示的(de)是T型磁(cí)芯的不(bu)同α的角(jiǎo)度以及(ji)磁芯長(zhǎng)端寬度(du)所占的(de)比例其(qi)中以“角(jiǎo)度-比例(li)”表示,例(lì)如30-1/2表示(shi)T型磁芯(xīn)的較長(zhǎng)端角度(du)α爲30°,k1/(k1+k2)爲1/2時(shí)的測量(liang)區域中(zhong)平均磁(cí)場強度(dù)測量結(jié)果圖标(biāo)🤞Other爲T型磁(ci)芯較長(zhǎng)端的角(jiao)度α與較(jiao)💞短端✍️的(de)角度b相(xiang)等(即爲(wèi)🙇‍♀️23,30,35,40,45,50)時的流(liú)量計測(ce):量⁉️區域(yù)中的平(ping)均磁♋場(chang)強度.從(cong)仿真結(jie)‼️果可以(yǐ)看出:T型(xing)磁芯的(de)較長端(duan)的角度(dù)α越🔞小，流(liú)量計測(cè)量區域(yu)中平均(jun1)磁場強(qiáng)度越💞大(dà);在T型磁(ci)芯的較(jiào)長端的(de)角度α一(yī)定時,T型(xíng)磁芯的(de)較短端(duān)的角度(dù)b越小，流(liú)量計測(ce)量區域(yu)中平均(jun1)磁場強(qiáng)度越大(dà);在T型磁(cí)芯的較(jiào)長端的(de)角🔴度α與(yu)較短端(duān)的角度(du)b一定時(shi)🌈,T型磁芯(xīn)的k1/(k1+k2)越小(xiao)，在流量(liang)計測量(liàng)區域中(zhōng)平均磁(cí)場強度(du)越大.
 
　　如(rú)圖4所示(shi)爲不同(tóng)T型磁芯(xin)結構下(xia)測量區(qū)域産生(sheng)磁💁場🛀感(gan)應強度(dù)标準差(chà)，圖中橫(heng)坐标爲(wei)T型磁芯(xīn)b的角度(du),縱坐😄标(biāo)爲⭐測量(liàng)區域磁(cí)場強度(du)的标準(zhun)差，圖标(biao)圖例與(yǔ)圖3中一(yī)緻從仿(páng)真結果(guǒ)可以🔆看(kan)出:T型磁(ci)芯的較(jiao)長端的(de)角度α越(yuè)小，流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)磁場強(qiang)度标準(zhun)差越大(dà);在T型磁(ci)芯的較(jiào)長端的(de)角度α一(yi)定時,T型(xíng)磁芯🌈的(de)較短端(duan)的角度(du)b越小，流(liú)量計測(cè)量區域(yu)中磁場(chang)強度标(biāo)準差越(yuè)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(jiǎo)度b一定(dìng)時,T型磁(cí)芯的k1/(k1+k2)越(yue)小，在流(liu)量計測(cè)量區㊙️域(yu)中磁場(chang)強度标(biao)準差越(yue)大。
 
　　标準(zhǔn)差代表(biao)磁場測(ce)量區域(yu)的磁場(chǎng)分布波(bo)動性較(jiao)大，因而(er)需引入(ru)變異系(xì)數對測(cè)量區域(yù)中的磁(ci)場分布(bù)情♋況進(jin)一步分(fèn)析.如圖(tú)5所示爲(wei)不同T型(xíng)磁芯結(jié)構下測(cè)量🥵區域(yù)磁場感(gǎn)應強度(dù)變異系(xi)數🏃,圖中(zhōng)橫坐标(biāo)爲T型磁(cí)芯🌂b的角(jiǎo)度，縱✔️坐(zuo)标爲測(cè)♊量區域(yu)磁☂️場強(qiáng)度分布(bù)的變異(yi)系數,圖(tu)标圖例(lì)與圖3中(zhōng)一緻🔅.從(cong)仿真結(jie)果♋可以(yǐ)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(cè)，量區域(yù)中磁場(chǎng)強度變(bian)異系數(shù)越大;在(zài)T型磁芯(xīn)的較長(zhǎng)🎯端的角(jiao)度α一定(dìng)時,T型磁(cí)芯的較(jiao)短端的(de)角度b越(yuè)小，流量(liang)計測量(liàng)區域中(zhōng)磁場強(qiáng)度變異(yì)系數越(yue)大🏃;在T型(xíng)磁芯的(de)較長端(duān)的角度(du)α與🚩較短(duǎn)端的角(jiǎo)度b一定(ding)時，T型磁(cí)芯的k1/(k1+k2)越(yuè)小，在流(liú)量計測(cè)量區域(yu)中磁場(chang)強度變(bian)異📞系數(shù)越大.異(yi)系數越(yuè)大說明(míng)磁場分(fen)布越不(bu)均勻，波(bō)動性越(yue)大♊;異系(xi)數越小(xiao)說明磁(cí)場分布(bù)趨向均(jun)勻.下面(mian)通過計(ji)算測量(liàng)區✏️域中(zhong)的磁場(chang)均勻區(qu)域來對(duì)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(cè)量區域(yù)磁場感(gǎn)🏒應強度(du)均勻區(qu)域面積(jī)，圖中橫(heng)坐标爲(wei)T型磁芯(xīn)b的角度(dù),縱坐标(biao)🥵爲測量(liàng)區🐅域磁(ci)🏃‍♀️場強度(du)分布的(de)均勻區(qu)域面積(jī),圖标圖(tu)例與圖(tú)3中一緻(zhì).從仿真(zhen)結果可(kě)以看出(chu):T型磁芯(xīn)的較長(zhǎng)端的角(jiǎo)度α爲越(yue)小,流量(liàng)計測量(liang)區域中(zhōng)磁場強(qiáng)度均勻(yún)區域面(mian)積越大(dà);在T型磁(cí)芯的較(jiao)長端的(de)角度α一(yī)定時,T型(xíng)磁芯的(de)較短端(duan)的角度(du)b越小，流(liú)量計測(cè)量✨區域(yu)中磁場(chǎng)強✂️度均(jun1)勻區域(yù)面積越(yue)大;在T型(xing)磁芯的(de)較長端(duān)的🏃🏻‍♂️角度(du)α與較短(duǎn)端的🤟角(jiao)度b一定(dìng)時⛱️,T型磁(ci)芯的k1/(h1+k2)越(yuè)小，在流(liú)量計測(cè)量區域(yù)中磁場(chang)強度均(jun1)👉勻區域(yù)面積越(yuè)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(yù)内部磁(ci)👣場🚩分😘布(bu)影響進(jin)行了研(yan)究,下面(miàn)通過電(diàn)極兩端(duān)感應信(xin)号如公(gong)式(2)對電(dian)磁流量(liang)計T型磁(cí)芯結構(gou)對流量(liàng)計測量(liàng)結果的(de)影響進(jin)行研究(jiū).如圖7所(suo)示爲不(bú)同T型磁(cí)芯結構(gòu)下電磁(cí)流量計(ji)感應㊙️信(xìn)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(liàng)計獲取(qu)的感應(ying)👨‍❤️‍👨信号(電(diàn)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(páng)真中k1/(k1+k2)爲(wèi)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(xià)獲取的(de)感應電(diàn)勢差,實(shi)線爲流(liú)體爲層(ceng)流情況(kuàng)下獲取(qǔ)的感應(yīng)電勢差(cha).
　　從仿真(zhen)結果可(kě)以看出(chu):T型磁芯(xin)的較長(zhǎng)端的角(jiǎo)度α越小(xiao),流量計(ji)電極兩(liang)端獲得(dé)的感應(ying)信号越(yuè)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(jiǎo)🌈度b越小(xiǎo)，流量計(ji)電極兩(liang)端獲得(dé)的感應(ying)信号越(yue)大.這主(zhu)要是因(yin)💃爲電磁(ci)流☂️量計(jì)勵磁線(xiàn)圈的增(zēng)加,使得(dé)流🍉量計(jì)測量區(qu)域的磁(cí)場強度(dù)增加,同(tóng)樣分布(bu)的流速(sù)下使得(de)流量計(ji)電極兩(liǎng)端的感(gǎn)應信号(hao)增加
　　仿(páng)真實驗(yan)證明在(zai)有限的(de)空間下(xià)，修改T磁(cí)芯的不(bu)同參數(shù),可以增(zēng)加流量(liàng)計測量(liang)區域内(nei)部的磁(cí)場分布(bu)情況，也(yě)可以适(shi)當的調(diào)整流量(liàng)計測量(liàng)區域中(zhōng)的磁場(chang)強度與(yǔ)均勻度(dù),根據生(sheng)産測井(jǐng)中的實(shí)際工況(kuàng)，改變電(diàn)磁流量(liàng)計的T磁(cí)芯參數(shu)獲得設(shè)計參數(shu).
5結論
　　井(jǐng)下集流(liú)型電磁(ci)流量計(ji)在油氣(qì)井測量(liàng)方面有(you)廣泛的(de)㊙️應用前(qian)景,針對(duì)生産測(ce)井特殊(shū)工況下(xia)提出具(ju)有T型磁(ci)芯的勵(lì)磁結構(gou)的集流(liu)式電磁(ci)流量計(jì),利用有(you)限元♌軟(ruan)件ANSYS建立(lì)了該種(zhong)T型磁芯(xīn)結構電(diàn)磁流量(liàng)計的磁(ci)場分布(bu)計算機(jī)仿真模(mó)型,并通(tong)過各種(zhong)性能指(zhi)标的分(fen)析,獲得(dé)該T型磁(cí)芯結構(gou)參數設(she)計指标(biao)與流量(liàng)計測量(liang)區☁️域中(zhōng)磁場分(fèn)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(yī)據.

本文(wen)來源于(yu)網絡,如(ru)有侵權(quán)聯系即(jí)删除！