1引言
近(jìn)年來,電(diàn)磁流量(liàng)計
的勵(li)磁結構(gòu)況備受(shou)研究人(ren)員的關(guān)注對外(wài)流式的(de)電磁流(liu)量計的(de)磁場分(fèn)布情況(kuàng)進行了(le)仿真研(yán)究"在些(xie)特殊的(de)🐇工況領(ling)域下,如(rú)😘何設計(ji)電磁流(liu)量計直(zhi)是工程(cheng)技術人(ren)員研究(jiū)的熱點(diǎn)問題”,生(shēng)産🌂測井(jing)中特殊(shu)🌍工況環(huan)境下如(rú)何設‼️計(jì)電磁流(liu)💃🏻量計傳(chuán)感🔴器結(jie)構一直(zhi)是石油(you)生🐆産測(cè)井領域(yu)研究的(de)問題,電(diàn)磁相關(guān)法流量(liang)測量傳(chuan)感器解(jiě)決了生(sheng)産測井(jing)中油氣(qì)水三相(xiang)流流量(liàng)測量問(wèn)題.另一(yī)方面生(shēng)産測井(jǐng)空間狹(xia)小，需要(yao)🧡構造特(tè)殊的電(diàn)磁流量(liàng)計傳感(gan)器,本☀️文(wén)🍓提出了(le)一♋種勵(li)磁結構(gou)的磁芯(xin)設計爲(wèi)T型的電(dian)磁流量(liang)計,使得(de)有限的(de)空間下(xia)電磁流(liu)量計的(de)勵磁線(xian)圈🤩空間(jiān)增大,進(jìn)而增強(qiang)測量管(guǎn)道中(測(ce)量📧區域(yu))磁場強(qiang)度，使兩(liang)端電極(ji)感應信(xìn)号變大(dà),有助于(yu)信号的(de)獲取,爲(wèi)有限空(kōng)間下的(de)井下
小(xiǎo)管徑集(ji)電磁流(liú)量計
實(shi)現提供(gòng)可能.同(tong)時,對電(dian)磁流量(liang)計勵磁(ci)結構中(zhōng)T型磁芯(xin)🤩參🎯數進(jìn)行研究(jiū)，獲得不(bú)同T型磁(cí)芯對測(cè)量管道(dao)💁中磁場(chang)産生的(de)影響.研(yán)究結果(guo)可爲應(ying)用在一(yī)些特殊(shū)場合中(zhong)具有T型(xíng)磁芯🆚的(de)電磁流(liu)量計實(shi)現提供(gòng)參考依(yī)據.
1T型磁(cí)芯結構(gou)
T型磁芯(xīn)是爲較(jiao)小的空(kōng)間下實(shí)現盡可(ke)能大的(de)勵磁線(xiàn)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(xing)磁芯的(de)電磁流(liú)🈲量計傳(chuan)感器截(jie)面圖.在(zài)圖中1表(biǎo)🐉示線圈(quan)位置;2表(biǎo)示磁芯(xin)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(li)位置;5表(biǎo)示内徑(jing)壁位置(zhi);6表示外(wài)徑壁;7表(biao)示測量(liang)🐉管道(測(ce)量區🚶域(yu)).如圖1所(suǒ)示電磁(ci)流量計(jì)👉勵磁結(jié)構磁芯(xin)造型近(jin)似爲T型(xíng)(因稱爲(wèi)T型磁芯(xin)),磁芯在(zai)靠近電(dian)磁流量(liang)計内管(guan)道時爲(wèi)T型磁芯(xīn)的較長(zhang)端.如圖(tu)中所示(shì),T型磁芯(xīn)👄較長端(duan)與x軸夾(jia)角爲a,T型(xíng)磁芯較(jiao)短端與(yǔ)x軸夾角(jiao)爲b,T型磁(ci)芯較長(zhǎng)端寬度(du)爲k1,T型磁(ci)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(diàn)磁流量(liàng)計勵磁(cí)線圈及(jí)T型磁芯(xīn)變🚩化對(duì)流量計(jì)測量區(qu)域内部(bù)磁場強(qiáng)度分布(bù)的影響(xiang)情況，引(yin)入樣本(běn)平均值(zhí)樣本标(biāo)準差、變(bian)異系數(shu)磁場均(jun1)勻度、感(gan)應⚽電勢(shì)值等磁(cí)場評價(jià)指标分(fen)析傳感(gǎn)器勵磁(cí)線圈不(bu)同軸🙇🏻向(xiang)長度時(shí)測量區(qu)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(ben)平均值(zhí);`B爲樣本(ben)标準差(chà);Bcv爲樣本(běn)磁場均(jun1)勻度;Bc爲(wei)樣本變(biàn)異系數(shù).在這4個(ge)磁場評(píng)價指标(biāo)中,樣本(běn)平均值(zhi)越大越(yue)好，樣本(běn)标準差(chà)越小越(yuè)好,磁場(chǎng)均勻度(du)越大越(yue)好,變👣異(yì)系數越(yue)小越好(hao).
式中，S均(jun1)勻爲測(cè)量區域(yù)任意一(yi)點磁感(gǎn)應強度(du)與`B之🧑🏾🤝🧑🏼比(bi)在均勻(yún)95%至105%的面(mian)積和,S測(cè)量區的(de)總面積(jī)。
由Maxwell方程(cheng)及在一(yi)定的假(jiǎ)設條件(jian)下，可得(dé)I5]電磁流(liú)量計的(de)感💞應電(diàn)勢的表(biǎo)達方程(chéng)"],如式(2)所(suǒ)示:
式中(zhōng)，U2-U1是兩電(dian)極的電(dian)勢差;A表(biao)示對所(suo)有空間(jiān)積分;L爲(wèi)絕♍緣管(guan)道筒♻️長(zhǎng)一半;r爲(wèi)流量計(jì)截面管(guan)半徑;矢(shi)量`B是🈚導(dǎo)電👣流體(ti)的流速(su);B是🛀🏻磁感(gǎn)應強度(dù);W爲矢量(liàng)權重函(han)數,它是(shi)-一個隻(zhi)由電磁(cí)流🌂量計(jì)本👨❤️👨身結(jié)構決定(dìng)的量.由(you)(2)式可知(zhi)，隻要确(què)定了流(liú)體的流(liú)速V、磁感(gan)應強度(dù)B、以及權(quán)重函數(shù)W,以及流(liu)量計管(guǎn)👌徑半徑(jing),就可以(yi)求流量(liàng)計的感(gǎn)應電勢(shi)💰差❗.
3仿真(zhen)實驗
仿(pang)真實驗(yan)中，設定(dìng)a分别爲(wei)23°,30°,35°,40°，45°,50°,設定b小(xiǎo)于等于(yú)a,根據實(shí)際情況(kuàng)設定角(jiǎo)度分别(bie)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(kuān)度的1/3,1/2以(yǐ)及2/3時(即(ji)h1/(h1+k2)爲1/3,1/2以及(ji)2/3時的🔅情(qing)況)分别(bie)考查不(bu)同參🥵數(shù)情況下(xià)T型磁芯(xin)構🏃♀️建的(de)勵磁結(jié)構對電(dian)磁流量(liang)計☂️測量(liàng)區域中(zhōng)産生的(de)磁場影(ying)響情♻️況(kuàng).
如圖2所(suǒ)示爲不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gou)在電磁(cí)流量計(ji)測量💰區(qu)域産生(sheng)✉️磁場強(qiang)度分布(bu)仿真圖(tu).由于篇(piān)幅原因(yin)，這👣裏隻(zhi)✔️顯示♻️了(le)k1/(k1+k2)爲1/2,b爲23°的(de)仿真圖(tú).圖2(a),(b),(c),(d)分别(bié)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(jie)構對電(dian)磁流量(liàng)計測量(liang)區域磁(cí)場🛀強度(dù)的分布(bù)情況影(yǐng)響,仿真(zhen)實驗中(zhōng)獲得的(de)數據結(jié)果💋運用(yong)公式🤟(1)電(diàn)磁流量(liang)計磁場(chǎng)強度分(fen)布評價(jià)指标🧡進(jìn)行分析(xī)，以獲🛀🏻得(dé)電磁流(liu)量計👣不(bú)同T型磁(cí)芯🙇♀️結構(gou)參數對(dui)流量計(jì)🛀測量區(qu)域的磁(cí)場強度(dù)分布影(ying)🏒響,從而(er)爲電磁(ci)流量計(ji)T型磁芯(xin)結構設(she)計給出(chū)指導性(xìng)的意見(jian).
如圖3所(suo)示爲不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gou)下測量(liang)區域産(chan)生磁場(chǎng)感應強(qiang)度平均(jun)值，圖中(zhōng)橫坐标(biao)爲T型磁(cí)芯b的角(jiǎo)度,縱坐(zuo)标爲測(cè)量區域(yu)的平均(jun)磁場強(qiang)度，圖标(biao)表示的(de)是T型磁(cí)芯的不(bú)同α的角(jiao)度以及(jí)磁芯長(zhang)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(xin)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(ci)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(jiǎo)度α與較(jiao)短端的(de)角度b相(xiang)等(即爲(wei)23,30,35,40,45,50)時的流(liu)量計測(cè):量區域(yu)中的平(ping)均📞磁場(chang)強度.從(cóng)仿真結(jié)果可以(yǐ)看出:T型(xing)磁芯的(de)較長端(duān)的角度(dù)α越小，流(liu)量計測(ce)💚量區域(yù)中平均(jun1)磁場強(qiang)度越🌈大(dà);在T型磁(ci)芯的較(jiao)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(dù)b越小，流(liu)量計測(ce)🏃🏻量區域(yù)中平均(jun1)磁場強(qiang)✊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(dù)b一定時(shí)☁️,T型磁芯(xīn)的k1/(k1+k2)越小(xiǎo)，在流量(liang)計測💔量(liang)區域中(zhong)平📧均磁(ci)場強度(dù)越大.
如(rú)圖4所示(shì)爲不同(tong)T型磁芯(xīn)結構下(xià)測量區(qū)域産生(sheng)磁🈚場感(gan)應強💯度(dù)标準差(cha)，圖中橫(heng)坐标爲(wèi)T型磁芯(xin)b的角度(dù),縱坐🔞标(biao)爲測量(liang)區域磁(ci)場強度(dù)的标準(zhǔn)差，圖标(biao)圖例與(yǔ)圖3中一(yī)緻從☂️仿(pang)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(qiáng)度标準(zhun)差越大(dà);在T型磁(cí)芯的較(jiao)長端的(de)角度α一(yī)定時,T型(xing)磁芯🈲的(de)較短端(duan)的角度(du)b越小，流(liu)量計🐉測(ce)量區域(yù)中磁場(chǎng)強度标(biao)準差越(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(jiao)度b一定(dìng)時,T型☎️磁(cí)芯的k1/(k1+k2)越(yuè)小，在流(liú)量😄計測(ce)量區域(yù)中磁場(chang)強度标(biāo)準差越(yuè)大。
标準(zhun)差代表(biǎo)磁場測(cè)量區域(yù)的磁場(chǎng)分布波(bō)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(tu)5所示爲(wèi)不同T型(xing)磁芯結(jie)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(zuò)标爲測(ce)🐪量區域(yù)磁☔場強(qiang)度分布(bu)的變異(yi)系數,圖(tú)标圖例(li)與圖3中(zhōng)一緻.從(cóng)仿真結(jié)果🌈可以(yi)看出:T型(xíng)磁✔️芯的(de)較長端(duan)的角度(dù)α越小，流(liú)量💞計測(ce)，量區域(yù)中磁場(chǎng)強度變(biàn)異系數(shu)越大;在(zai)T型磁芯(xin)的較長(zhǎng)端的角(jiao)度α一定(dìng)時,T型磁(cí)芯的較(jiào)短端的(de)角度b越(yuè)小，流量(liàng)計測量(liang)區域中(zhōng)磁場強(qiáng)度變異(yi)系數越(yue)大;在T型(xing)磁芯的(de)較長端(duan)的角度(dù)α與較短(duǎn)端的角(jiao)度b一定(dìng)時，T型磁(ci)芯的k1/(k1+k2)越(yuè)小，在流(liu)量計測(cè)量區域(yu)中磁場(chǎng)強度變(bian)異系數(shù)越大.異(yì)系數越(yue)大說明(míng)磁🏃🏻♂️場分(fen)布越不(bu)均勻，波(bō)動性越(yue)大;異系(xì)數越小(xiao)說明磁(ci)場分布(bu)趨向均(jun1)勻.下面(mian)通過計(ji)算測量(liàng)區域中(zhōng)的磁場(chang)均勻區(qū)域來對(dui)這🌂一結(jié)果進一(yi)步的分(fèn)💘析.
如圖(tu)6所示爲(wei)不同T型(xing)磁芯結(jie)構下測(ce)量區域(yù)磁場感(gǎn)應強度(dù)📐均勻區(qū)域面積(ji)，圖中橫(heng)坐标爲(wei)T型磁芯(xin)b的角度(dù),縱🐇坐标(biāo)爲測量(liàng)區域磁(cí)場強度(dù)分布的(de)均勻區(qu)域面積(jī),圖标圖(tu)例與圖(tu)3中一緻(zhi).從仿真(zhen)結果可(ke)以看出(chū):T型磁芯(xin)的較長(zhǎng)端的角(jiao)度α爲越(yuè)小,流量(liàng)計測量(liàng)區域😄中(zhong)磁場強(qiang)度🆚均勻(yun)區域面(miàn)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(liu)量計測(cè)量區域(yu)中磁場(chǎng)強度均(jun1)勻區域(yu)面積越(yuè)大;在T型(xing)磁芯的(de)較長端(duān)的角度(du)α與較短(duan)端的角(jiao)度b一定(ding)時,T型磁(ci)芯的k1/(h1+k2)越(yue)小，在流(liú)量計測(cè)量區域(yu)中磁場(chang)強度均(jun)🌍勻區域(yù)面積越(yuè)大.
上面對(duì)不同T型(xing)磁芯結(jie)構對流(liú)量計測(cè)量區域(yu)内部磁(cí)場分布(bù)影響進(jìn)行了研(yán)究,下面(mian)通過電(diàn)極兩端(duan)感應信(xìn)号如公(gong)式(2)對電(diàn)磁流量(liang)計T型磁(ci)芯結構(gou)對流量(liang)♊計測量(liang)結果的(de)影響進(jin)🔱行研究(jiū).如圖7所(suo)😄示爲不(bu)同T型磁(cí)芯結構(gou)下電磁(ci)流量計(jì)感應信(xìn)号.圖中(zhōng)橫坐标(biao)爲🌐T型磁(cí)芯b的角(jiǎo)度,縱坐(zuò)标爲電(diàn)磁流量(liang)計👉獲取(qǔ)的感應(yīng)信号(電(diàn)勢差),圖(tú)标表示(shi)的是T型(xíng)😘磁芯的(de)不同α的(de)角度😘,仿(pang)真中k1/(k1+k2)爲(wei)☎️1/2.仿真實(shí)🤩驗中虛(xu)線爲仿(pang)真流體(ti)爲湍流(liú)情況下(xia)獲取的(de)感應電(diàn)🈚勢差,實(shi)線爲流(liu)體爲⛹🏻♀️層(céng)流情況(kuang)下獲取(qǔ)的感應(ying)電勢差(cha)㊙️.
從仿真(zhēn)結果可(ke)以看出(chu):T型磁芯(xin)的較長(zhang)端的角(jiao)度α越小(xiao),流量計(ji)電極兩(liǎng)端獲得(de)的感應(yīng)信号越(yue)大;在T型(xing)磁芯的(de)較長端(duān)的角度(du)α一定時(shi),T型磁芯(xin)的較短(duǎn)端的角(jiao)度b越小(xiǎo)，流量計(ji)電極兩(liang)端獲得(de)🏒的感應(ying)信号越(yuè)大.這主(zhǔ)要是因(yīn)爲電磁(ci)流量計(jì)勵磁線(xiàn)圈的增(zeng)加,使得(dé)流量計(ji)測量區(qu)域的磁(cí)場強度(du)增加,同(tong)樣🙇🏻分布(bu)的流速(su)下使得(dé)流量計(jì)電極兩(liang)端的感(gan)應信号(hào)增加
仿(páng)真實驗(yàn)證明在(zai)有限的(de)空間下(xià)，修改T磁(ci)芯的不(bu)同參♻️數(shù),可✨以增(zeng)加流量(liàng)計測量(liang)區域内(nei)部的磁(ci)場分布(bu)情況，也(yě)可以适(shì)當的調(diào)整流量(liang)計測量(liang)區域中(zhōng)的磁場(chang)強度♻️與(yu)均勻度(du),根據🏃🏻生(shēng)産測井(jǐng)中的實(shi)際工況(kuàng)，改變電(dian)磁流量(liàng)計的T磁(cí)芯參數(shu)獲🐅得設(she)計參數(shù).
5結論
井(jǐng)下集流(liu)型電磁(ci)流量計(jì)在油氣(qì)井測量(liang)方面有(you)廣泛的(de)🐕應用前(qian)景,針對(dui)生産測(ce)井特殊(shū)工況下(xià)提出具(ju)有T型磁(ci)芯的勵(lì)🔞磁結構(gou)的集流(liú)式電磁(cí)流量計(jì),利用有(yǒu)限元軟(ruǎn)件ANSYS建立(li)了該種(zhong)T型磁芯(xin)結構電(dian)磁流量(liang)計的磁(cí)場分布(bù)計算機(ji)仿真模(mo)型,并通(tōng)過各種(zhǒng)性能指(zhǐ)🤞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(shí)現提供(gong)參考依(yi)據.
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