摘要(yao)： 電磁流(liu)量計 測(ce)量管壁(bi)爲絕緣(yuan)材料或(huo)者内壁(bi)附有絕(jue)緣層，但(dan)該結❌構(gou)限制了(le)電磁流(liu)量計應(ying)用範圍(wei)，同時絕(jue)緣層破(po)損造🙇‍♀️成(cheng)了測量(liang)誤差。因(yin)此有一(yi)類電磁(ci)流量計(ji)去掉了(le)絕緣層(ceng)，但這👄種(zhong)設計會(hui)導緻流(liu)量計輸(shu)出信号(hao)下降而(er)影響🐪測(ce)量。針對(dui)導體管(guan)壁電磁(ci)流量計(ji) 輸出信(xin)号減弱(ruo)的特點(dian)，提出了(le)信号補(bu)償法，利(li)用此🏃‍♀️方(fang)法🌍對輸(shu)出信号(hao)衰減程(cheng)度進行(hang)判斷，再(zai)此基礎(chu)上進行(hang)信号補(bu)償。
0引言(yan)
　　随着流(liu)量測量(liang)方法與(yu)技術研(yan)究工作(zuo)的不斷(duan)發展與(yu)進步，預(yu)計♻️未來(lai)5年中電(dian)磁流量(liang)計的使(shi)用規模(mo)将再增(zeng)加30％［1］。由于(yu)儀表使(shi)用範圍(wei)廣，傳統(tong)的電磁(ci)流量計(ji)一直以(yi)來就是(shi)研究的(de)熱點問(wen)題之一(yi)。學者們(men)針對不(bu)同結構(gou)的電磁(ci)流量計(ji)給出了(le)研究成(cheng)果，并推(tui)動📱了電(dian)磁流量(liang)計的技(ji)術發展(zhan)。KOLLáRL等［2］研究(jiu)了一種(zhong)利用多(duo)電極磁(ci)流量計(ji)邊界周(zhou)圍的電(dian)🔴勢分布(bu)進行速(su)度重建(jian)析方法(fa)。SHiY．和WanGM．［3－４］提出(chu)了一種(zhong)基随着(zhe)流量測(ce)量方法(fa)與技術(shu)研究工(gong)作的不(bu)🌍斷發展(zhan)與進步(bu)，預計未(wei)來5年中(zhong)電磁流(liu)量計的(de)使用規(gui)模将再(zai)📧增加30％［1］。由(you)于儀表(biao)使用範(fan)圍廣，傳(chuan)統的電(dian)磁流量(liang)計一直(zhi)以來就(jiu)👉是研究(jiu)的熱點(dian)問題之(zhi)一。學者(zhe)們針📱對(dui)不同結(jie)構的電(dian)磁流量(liang)🏃計給出(chu)了研究(jiu)成果，并(bing)推動了(le)電磁流(liu)量計的(de)技術發(fa)展。KOLLáRL等［2］研(yan)究了一(yi)種利用(yong)多電極(ji)磁流量(liang)計邊界(jie)周圍的(de)電勢分(fen)布進行(hang)速度重(zhong)建析方(fang)法。SHiY．和WanGM．［3－４］提(ti)出了一(yi)🐆種基于(yu)感應技(ji)術的圓(yuan)弧形電(dian)極測量(liang)兩相流(liu)中的🐪感(gan)應電勢(shi)和導電(dian)相的速(su)度。
　　LEEunGcuLSatiEn和LucaS［5－6］設(she)計了一(yi)種用于(yu)在分層(ceng)流中重(zhong)建軸向(xiang)速度分(fen)布的多(duo)✌️電👉極磁(ci)流量計(ji)。HELQ．［7－8］提出一(yi)種用于(yu)非滿管(guan)測量的(de)電磁流(liu)量計🈲傳(chuan)感器，其(qi)中由并(bing)聯多電(dian)極構成(cheng)的平行(hang)陣列作(zuo)爲💜測流(liu)量計傳(chuan)感🔞器。REiSE．等(deng)人🥰［９－10］比較(jiao)了不同(tong)幾何結(jie)構的電(dian)極特☁️征(zheng)，總結出(chu)👨‍❤️‍👨雙環型(xing)電極是(shi)用于測(ce)量兩相(xiang)空氣－水(shui)流體積(ji)濃度的(de)最佳結(jie)構。WatRaLZ．［11－12］等人(ren)設🈚計了(le)一種适(shi)用于矩(ju)形截面(mian)管道的(de)電磁流(liu)量計，用(yong)以測量(liang)明渠中(zhong)攜帶污(wu)染物和(he)軸向速(su)度不對(dui)稱的液(ye)體。對導(dao)體管壁(bi)電⚽磁流(liu)量計的(de)研究文(wen)獻相對(dui)較📧少［13－15］，而(er)這類傳(chuan)感器在(zai)核工業(ye)等場合(he)有非常(chang)重要的(de)㊙️應用。
1理(li)論背景(jing)
　　電磁流(liu)量計的(de)基本原(yuan)理是法(fa)拉第電(dian)磁感應(ying)定律👈。導(dao)電🔞流體(ti)切💋割磁(ci)力線産(chan)生感應(ying)電動勢(shi)與流體(ti)流速成(cheng)正比。通(tong)過測量(liang)感應電(dian)勢來實(shi)現利用(yong)電磁流(liu)量計對(dui)流體流(liu)速的測(ce)量。目前(qian)電磁流(liu)量計的(de)測量管(guan)襯裏爲(wei)絕緣材(cai)料，将流(liu)體與測(ce)量管隔(ge)開，且兩(liang)個測量(liang)電極在(zai)測量管(guan)周向軸(zhou)對稱分(fen)布🐇。由于(yu)絕緣材(cai)料基本(ben)爲聚四(si)☎️氟乙烯(xi)，制約了(le)🚶‍♀️電磁流(liu)量計使(shi)用範圍(wei)（工作溫(wen)度低于(yu)500℃）；電磁流(liu)量計在(zai)流量測(ce)量過程(cheng)中，絕🍓緣(yuan)襯裏很(hen)容易與(yu)測量管(guan)道内壁(bi)脫離、剝(bao)落、拉破(po)等，從而(er)導緻對(dui)流量信(xin)号造成(cheng)幹擾，影(ying)響測量(liang)精度。去(qu)掉無絕(jue)緣襯裏(li)，采用導(dao)體材料(liao)作爲測(ce)量管的(de)電磁流(liu)量計可(ke)以解決(jue)因傳統(tong)内襯給(gei)測量帶(dai)來的問(wen)題。但是(shi)由于測(ce)量管道(dao)爲非絕(jue)緣材料(liao)，而導緻(zhi)傳感器(qi)輸出信(xin)㊙️号下降(jiang)。針對以(yi)上問題(ti)，研究了(le)一種測(ce)量🚩單元(yuan)來動态(tai)監測由(you)于無絕(jue)緣襯裏(li)帶來的(de)測量信(xin)⭐号衰弱(ruo)，同時給(gei)予微弱(ruo)真實信(xin)号補償(chang)♌，來保證(zheng)流量計(ji)測量的(de)精度。
　　當(dang)傳感器(qi)爲傳統(tong)電磁流(liu)量傳感(gan)器時，即(ji)其電極(ji)爲點電(dian)極，管道(dao)🧡爲絕緣(yuan)圓形直(zhi)管，流體(ti)爲滿管(guan)對稱流(liu)，流量計(ji)電極兩(liang)端輸出(chu)的電壓(ya)U爲：
U=2R1B`n????????? (1)
　　式中(zhong)：B爲磁感(gan)應強度(du)；Ri爲管道(dao)内半徑(jing)；`n爲導電(dian)流體平(ping)均流速(su)❤️。
　　對于導(dao)體管壁(bi)電磁流(liu)量計，導(dao)電流體(ti)以一定(ding)速度流(liu)過測量(liang)🆚管道，産(chan)生的感(gan)應電勢(shi)不會完(wan)全由電(dian)極輸出(chu)⁉️。這是🚶‍♀️由(you)于去掉(diao)🐪絕緣🐆襯(chen)裏的導(dao)電管壁(bi)對流體(ti)感應電(dian)勢産生(sheng)✨短路效(xiao)應。
導體(ti)管壁電(dian)磁流量(liang)計電極(ji)輸電壓(ya)爲：

　　式中(zhong)：Rｏ爲管道(dao)外半徑(jing)；σW爲管道(dao)電導率(lü)；σｆ爲導電(dian)流體電(dian)導率；τ爲(wei)流體與(yu)管道的(de)接觸電(dian)阻。對比(bi)式（1）與（2）可(ke)知，導體(ti)管壁流(liu)♌量計的(de)電極間(jian)輸出信(xin)号是有(you)衰減的(de)，衰減率(lü)爲ｋ。爲了(le)提高導(dao)體管壁(bi)流量計(ji)測❌量的(de)準确性(xing)⛹🏻‍♀️及穩定(ding)性，考慮(lü)通過系(xi)數ｋ對測(ce)⭕量電極(ji)間輸出(chu)信号進(jin)行補償(chang)。
2信号系(xi)統設計(ji)
　　電極結(jie)構如圖(tu)1所示。CE爲(wei)感應電(dian)流電極(ji)，ＦE爲反饋(kui)電極，GE爲(wei)接💜地電(dian)極，SE爲信(xin)号電極(ji)，PE爲電壓(ya)電極。

　　如圖(tu)2所示，導(dao)體管壁(bi)電磁流(liu)量計輸(shu)出信号(hao)由伺服(fu)🍓放大模(mo)塊對輸(shu)出信号(hao)進行監(jian)控并補(bu)償，即伺(si)服放大(da)模塊将(jiang)傳感♍器(qi)輸㊙️出信(xin)号與反(fan)饋信号(hao)進行比(bi)較并放(fang)大♻️，當輸(shu)出信号(hao)與反饋(kui)信号平(ping)衡時，伺(si)服放大(da)模塊停(ting)止🚶‍♀️工作(zuo)。信号經(jing)由采樣(yang)保持模(mo)塊⛱️進行(hang)模數轉(zhuan)換。信号(hao)再由差(cha)分放大(da)❌器及信(xin)号輸出(chu)放大器(qi)進行放(fang)大，使得(de)對傳感(gan)器輸出(chu)微弱信(xin)号進行(hang)更精确(que)的放大(da)。

3實(shi)驗驗證(zheng)
　　在實驗(yan)室中，利(li)用所設(she)計的補(bu)充信号(hao)系統，對(dui)導體🌂電(dian)磁♉流量(liang)計進行(hang)實驗。實(shi)驗中采(cai)用恒幅(fu)電流和(he)低頻矩(ju)形波（50/16Hz）産(chan)生勵磁(ci)。要保證(zheng)放大器(qi)第一級(ji)的輸入(ru)阻抗必(bi)須足夠(gou)㊙️高，否則(ze)🔅會産生(sheng)✉️誤差，補(bu)償效果(guo)不理想(xiang)。被測導(dao)電液體(ti)的電導(dao)率爲5～10μS/cm，實(shi)驗中采(cai)用的水(shui)電🌈導率(lü)爲163μS/cm。測量(liang)管道外(wai)徑爲30mm，内(nei)徑爲27mm。電(dian)極之間(jian)的阻抗(kang)🌈約爲在(zai)500～1000KΩ。

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