摘要： 電磁(cí)流量計 測(cè)量管壁爲(wèi)絕緣材料(liào)或者内壁(bi)附有絕緣(yuan)層，但該結(jie)☂️構限制了(le)電磁流量(liang)計應用範(fàn)圍，同時絕(jué)緣層破損(sǔn)造成了測(ce)量誤差。因(yin)此有一類(lèi)電磁流量(liàng)計去掉了(le)絕緣層，但(dàn)這⛱️種設計(jì)會導緻流(liú)量計輸出(chū)信号下🌍降(jiang)而影響測(cè)量。針對導(dao)體管壁電(diàn)磁流量計(ji) 輸出信号(hào)減弱的特(te)點，提出了(le)信号補償(chang)法，利用此(ci)方法對輸(shu)出🍓信号衰(shuai)減程度進(jin)行判斷，再(zai)此基礎上(shàng)進行信号(hào)補償。
0引言(yán)
　　随着流量(liàng)測量方法(fa)與技術研(yán)究工作的(de)不斷發展(zhan)與進🈲步👅，預(yu)計未來5年(nian)中電磁流(liú)量計的使(shi)用規模将(jiāng)再增加30％［1］。由(you)于儀表使(shǐ)用範圍廣(guǎng)，傳統的電(diàn)磁流量計(ji)一直以來(lái)就是研究(jiū)的⭐熱點問(wen)題之一。學(xue)者們針對(duì)♻️不同結構(gou)的電磁流(liú)量計給出(chū)了研究成(cheng)👣果，并推動(dong)了電磁流(liu)量計的技(ji)術發展。KOLLáRL等(děng)［2］研究了一(yi)種利用多(duō)♍電極磁流(liú)量計邊界(jiè)周圍的電(diàn)🌈勢分布進(jìn)行速🔞度重(zhòng)建析方法(fǎ)。SHiY．和WanGM．［3－４］提出了(le)一種基随(sui)着流量測(ce)量方法與(yǔ)技術研究(jiu)工作的不(bú)斷發展與(yǔ)進步，預計(ji)📧未來5年中(zhong)電磁流量(liàng)計的使用(yòng)規模将再(zài)增加30％［1］。由于(yú)儀表使用(yong)範圍廣，傳(chuán)統的電磁(ci)流量計一(yī)直以來就(jiù)是研究的(de)熱點問題(ti)之🚶‍♀️一。學者(zhe)們針對不(bú)同結構的(de)電磁流量(liang)🐕計給出了(le)研究成果(guo)，并推動了(le)電磁流量(liàng)計的技術(shù)發展。KOLLáRL等［2］研(yán)😍究了一種(zhǒng)利用多電(dian)極磁流量(liang)計邊界周(zhōu)圍的電勢(shi)分布進行(háng)速度重建(jiàn)析方法。SHiY．和(he)WanGM．［3－４］提出了一(yī)種基于感(gan)應技術的(de)圓弧形電(diàn)極測量📐兩(liǎng)相流中的(de)感應電勢(shì)和導電相(xiàng)的速度。
　　LEEunGcuLSatiEn和(he)LucaS［5－6］設計了一(yī)種用于在(zai)分層流中(zhōng)重建軸向(xiàng)速度分布(bù)的多電極(ji)磁流量計(jì)。HELQ．［7－8］提出一種(zhǒng)用于非滿(man)管測量的(de)電磁流量(liàng)計傳感💞器(qi)，其🙇‍♀️中由并(bing)聯多電極(ji)構成的平(ping)行陣列作(zuo)爲👨‍❤️‍👨測流量(liàng)計傳感器(qi)。REiSE．等人☁️［９－10］比較(jiào)了不同幾(ji)何結構的(de)電極特征(zhēng)，總結出雙(shuāng)環型電極(jí)是用于測(cè)量兩相空(kong)氣－水流體(ti)積濃度的(de)最佳結構(gòu)。WatRaLZ．［11－12］等人設計(ji)了一種适(shì)用于矩形(xing)截面管道(dào)的電磁流(liu)量🥰計，用⚽以(yǐ)測量明渠(qú)中攜帶污(wu)染🚶‍♀️物和軸(zhou)向速度不(bu)對稱的液(yè)體。對導體(ti)管壁電磁(ci)流量計的(de)研究文🔞獻(xian)相對較少(shǎo)［13－15］，而這類傳(chuán)感器在核(he)工業等場(chǎng)合有非常(chang)重要的💋應(yīng)用。
1理論背(bèi)景
　　電磁流(liú)量計的基(ji)本原理是(shi)法拉第電(dian)磁感應定(dìng)律🤟。導🌂電流(liu)♻️體🤟切🚶割磁(cí)力線産生(shēng)感應電動(dòng)勢與流體(tǐ)流速成✔️正(zhèng)比。通過測(ce)量✊感應電(dian)勢來實現(xiàn)利用電磁(ci)流🌈量計對(dui)👌流體流速(sù)的測量。目(mu)前電磁流(liú)量計的測(ce)量管襯裏(lǐ)爲絕緣材(cái)料，将流體(ti)與測量管(guǎn)隔開，且兩(liǎng)個測量電(diàn)極在☁️測量(liang)管周向軸(zhou)對稱分布(bù)。由于絕緣(yuán)材料基本(ben)爲聚🈲四氟(fu)乙烯，制約(yue)了電磁流(liu)量計使🎯用(yong)範🎯圍（工作(zuo)溫度低于(yu)500℃）；電磁流量(liàng)計在流量(liàng)測量過程(chéng)中，絕緣襯(chen)裏很容易(yì)與測量管(guan)道内壁脫(tuo)👅離、剝落、拉(la)破等，從而(er)導緻對流(liu)量信号造(zào)成幹擾，影(yǐng)響測量精(jing)度。去掉無(wu)絕緣襯裏(lǐ)，采用導體(ti)材料作爲(wei)測量管的(de)電🔞磁流量(liang)計可以解(jiě)決因傳統(tong)内襯給測(cè)量帶來的(de)問題。但是(shì)由于測量(liang)管道爲非(fei)絕🍉緣材料(liao)，而導緻傳(chuán)感器輸出(chu)信号下降(jiàng)。針對以上(shàng)問題，研究(jiū)了一種測(cè)量單元來(lai)動态監測(ce)由于無絕(jue)緣襯裏帶(dai)來的測量(liang)信✊号衰弱(ruò)，同時給予(yu)微弱真實(shi)信号補償(chang)，來保證流(liu)量計測量(liang)的精度。
　　當(dāng)傳感器爲(wèi)傳統電磁(ci)流量傳感(gǎn)器時，即其(qi)電極爲點(diǎn)電極，管道(dào)爲絕緣圓(yuan)形直管，流(liú)體爲滿管(guan)對稱流，流(liu)量計電極(ji)兩端輸出(chu)的電壓U爲(wèi)：
U=2R1B`n????????? (1)
　　式中：B爲磁(ci)感應強度(dù)；Ri爲管道内(nei)半徑；`n爲導(dao)電流體平(ping)均流速。
　　對(duì)于導體管(guǎn)壁電磁流(liu)量計，導電(diàn)流體以一(yi)定速度流(liu)過測量管(guan)道，産生的(de)感應電勢(shi)不會完全(quán)由電極❓輸(shū)出🔞。這是由(yóu)于去掉絕(jué)緣襯裏的(de)導電管壁(bi)對流體感(gan)應電勢産(chan)生短路效(xiao)應。
導體管(guan)壁電磁流(liu)量計電極(jí)輸電壓爲(wèi)：

　　式中：Rｏ爲管(guǎn)道外半徑(jìng)；σW爲管道電(diàn)導率；σｆ爲導(dǎo)電流體電(dian)導率💃🏻；τ爲📐流(liú)體與管道(dào)的接觸電(dian)阻。對比式(shi)（1）與（2）可知，導(dǎo)體管壁流(liú)量計的電(diàn)極間輸出(chū)信号是有(yǒu)衰減的，衰(shuāi)減率爲ｋ。爲(wèi)了提高導(dao)體管壁流(liu)🌏量計測量(liàng)的準确性(xing)❤️及穩定性(xing)，考慮通過(guo)系數ｋ對測(cè)量電極間(jian)輸出信号(hào)進行補償(chang)。
2信号系統(tǒng)設計
　　電極(jí)結構如圖(tú)1所示。CE爲感(gǎn)應電流電(dian)極，ＦE爲反饋(kuì)電極，GE爲接(jie)地電極，SE爲(wei)信号電極(ji)，PE爲電壓電(dian)極。

　　如(ru)圖2所示，導(dao)體管壁電(diàn)磁流量計(jì)輸出信号(hao)由伺服放(fàng)大模塊♻️對(duì)🔞輸出信号(hào)進行監控(kòng)并補償，即(ji)伺服放大(da)模塊将傳(chuán)感器輸出(chū)信💰号與反(fan)饋信号進(jin)行比較并(bing)放大🔴，當輸(shu)出信号與(yu)反饋信号(hao)平衡時，伺(sì)服放大模(mo)塊停止工(gong)作。信号經(jing)由采樣保(bao)持模塊進(jìn)行模數轉(zhuǎn)換。信号再(zài)由差分放(fang)大器及信(xìn)号輸出放(fang)大器進行(háng)放大，使得(de)對傳感器(qì)輸出微弱(ruo)信号進行(hang)更精确的(de)放大。

3實驗驗證(zhèng)
　　在實驗室(shì)中，利用所(suǒ)設計的補(bu)充信号系(xì)統，對導體(ti)電磁流量(liang)計🏃進行實(shí)驗。實驗中(zhong)采用恒幅(fú)電流和低(dī)頻矩形波(bo)😘（50/16Hz）産生勵磁(ci)🥵。要保👉證放(fang)大器第一(yi)級的輸入(ru)✨阻抗必須(xū)足夠高，否(fǒu)則🔆會産生(sheng)誤差，補償(chang)效果不理(lǐ)想。被測導(dǎo)電液體的(de)♻️電導率爲(wei)🔴5～10μS/cm，實驗中采(cai)用的水電(dian)♉導率爲163μS/cm。測(cè)量管道外(wai)徑爲30mm，内徑(jing)爲27mm。電極✏️之(zhī)間的阻抗(kàng)⛹🏻‍♀️約爲在500～1000KΩ。

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