摘要：運(yun)用有限元(yuan)軟件ANSYS對電(dian)磁流量計(ji)中存在非(fei)導電物體(ti)建立🏃‍♀️的仿(pang)真模型，研(yan)究了不同(tong)内徑管道(dao)對電磁流(liu)量計敏感(gan)場響應特(te)性的影響(xiang)，爲電磁流(liu)量計測量(liang)兩相流時(shi)傳感器電(dian)極⭕尺寸設(she)計提供一(yi)定的參考(kao)，也爲電磁(ci)流量計在(zai)一定管徑(jing)下兩相流(liu)測量的誤(wu)差分析提(ti)供理論依(yi)據。
0引言
　　電(dian)磁流量計(ji) 是一種利(li)用電磁感(gan)應原理進(jin)行測量的(de)儀表。電磁(ci)🔞流量計應(ying)用于多相(xiang)流中時具(ju)有獨特的(de)優點，如對(dui)流速分布(bu)不太敏感(gan)🔴，管道中無(wu)阻礙流動(dong)的部件等(deng)［１］。近年來，在(zai)一些特殊(shu)領域中電(dian)磁流量計(ji)逐步開始(shi)應用于多(duo)相流流速(su)的測量。許(xu)多學者對(dui)電磁流量(liang)計在多相(xiang)流的測量(liang)問題上開(kai)始了研究(jiu)。張小章在(zai)簡化的二(er)維模型下(xia)分别求解(jie)了單個氣(qi)泡處于流(liu)量計管軸(zhou)線和橫🐆截(jie)面不🔞同位(wei)置時虛電(dian)流的分布(bu)情況［２－３］，并對(dui)流體中含(han)💛有一個氣(qi)泡時電磁(ci)流量計虛(xu)電流的三(san)維特性進(jin)行了研究(jiu)［４］；Jae.Euncha等運用２個(ge)流量計來(lai)😄計算空隙(xi)率的大小(xiao)［5］；王月明等(deng)對電磁流(liu)量法測量(liang)油氣水多(duo)相🤩流進行(hang)了一系列(lie)的研究［６－９］。
　　本(ben)文運用有(you)限元軟件(jian)ANSYS對電磁流(liu)量計中存(cun)在非導💃電(dian)物🈲體建立(li)仿真模型(xing)，在此模型(xing)下研究了(le)流量計傳(chuan)感器的管(guan)直徑大小(xiao)與非導電(dian)物質大小(xiao)變化對流(liu)量計💜敏感(gan)場🍓影響。研(yan)究結果可(ke)爲電磁流(liu)量計在一(yi)定管徑下(xia)兩相流測(ce)量誤差提(ti)供一定🚶‍♀️的(de)分析依據(ju)。
１敏感場靈(ling)敏度定義(yi)
　　當導電流(liu)體流過外(wai)加磁場時(shi)，作切割磁(ci)力線運動(dong)⭐。根據法🈲拉(la)第電磁感(gan)應定律，通(tong)過測量感(gan)應電動勢(shi)的值來求(qiu)出流體速(su)☔度和流量(liang)。這就是電(dian)磁流量計(ji)測量流量(liang)的基本原(yuan)理。當流體(ti)中出現非(fei)導電物質(zhi)時，會使感(gan)應電動勢(shi)的分布發(fa)生變化。電(dian)磁流量計(ji)👅的基本方(fang)程：

　　式中：U爲(wei)兩極的電(dian)勢差；A爲對(dui)空間積分(fen)；W爲矢量權(quan)函數，它是(shi)一個隻由(you)電磁流量(liang)計本身結(jie)構決定的(de)量⁉️，其表達(da)式爲

　　虛電(dian)流是電磁(ci)流量計理(li)論中一個(ge)重要的量(liang)。它決定着(zhe)電磁流☁️量(liang)計測量區(qu)域權重函(han)數分布情(qing)況［４］。也就決(jue)定着電磁(ci)流量計内(nei)部敏感場(chang)分布情況(kuang)。
　　爲了定量(liang)地考查電(dian)磁流量計(ji)内部非導(dao)電物質對(dui)電磁流量(liang)計敏感場(chang)的分布影(ying)響，定義ｃ爲(wei)敏感場靈(ling)🧡敏度🌈，其定(ding)義如式（3）所(suo)示：

　　爲了清(qing)晰地描述(shu)電磁流量(liang)計中流體(ti)中存在非(fei)導🐉電物質(zhi)時，電磁流(liu)量計的響(xiang)應特性情(qing)況，運用敏(min)感場靈敏(min)度ｃ來刻畫(hua)這一響應(ying)結果。
２仿真(zhen)模型及仿(pang)真實驗
２.１仿(pang)真模型
　　仿(pang)真實驗是(shi)在ANSYS環境下(xia)進行的，爲(wei)了考查電(dian)磁流量計(ji)傳感🛀器中(zhong)不同管徑(jing)大小對流(liu)量計存在(zai)非導電物(wu)質🐪流體響(xiang)應特性影(ying)響情況。仿(pang)真模型爲(wei)垂直上升(sheng)管，如圖１所(suo)示，ＡＮＳＹＳ仿真模(mo)🐅型中隻對(dui)電磁流量(liang)計中的流(liu)體進行建(jian)模，２個電極(ji)中心方向(xiang)稱爲ｘ軸✌️，２個(ge)電極相距(ju)爲２R，流體中(zhong)心軸稱爲(wei)ｙ軸，ｘ軸與ｙ軸(zhou)構成📞直角(jiao)坐标系，兩(liang)軸交彙點(dian)爲🈲坐标原(yuan)點，設定仿(pang)真模型高(gao)度爲１0R（即ｙ軸(zhou)是從－5R到5R），分(fen)别如圖１所(suo)示。電極兩(liang)端給一定(ding)的電壓值(zhi)，一定半徑(jing)的非導電(dian)物質由流(liu)體底部🔴進(jin)入，沿着ｙ軸(zhou)随着上升(sheng)的流體向(xiang)上運動🈲，仿(pang)真實驗對(dui)電磁流🌈量(liang)計中流體(ti)的虛電流(liu)進行考查(cha)，從ｙ軸－４.5R到４.5R每(mei)隔0.5R采集１次(ci)仿真數據(ju)。通過分析(xi)，以獲得電(dian)磁流量計(ji)存在相同(tong)半徑非導(dao)電物質在(zai)不🔞同半徑(jing)管道或不(bu)同電極大(da)小時對流(liu)量計響應(ying)特性影響(xiang)情況。

２.２仿(pang)真實驗
　　仿(pang)真實驗中(zhong)，設定通過(guo)電磁流量(liang)計的非導(dao)電物質大(da)小🌈不變🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，流(liu)量計内壁(bi)管徑的直(zhi)徑設定爲(wei)0.8R，R，1.2R，1.4R，1.6R，流量計流(liu)體中設定(ding)半徑爲0.1R的(de)非導電物(wu)質通過電(dian)磁流量計(ji)的中心軸(zhou)，對電磁流(liu)量計中🔱流(liu)體的虛電(dian)流進行考(kao)查，以獲得(de)流體中相(xiang)同大小非(fei)導電物質(zhi)對不同半(ban)徑管道的(de)電磁流量(liang)計敏感場(chang)影響情況(kuang)。
　　爲了節省(sheng)篇幅，這裏(li)隻顯示其(qi)中一個實(shi)驗的部分(fen)仿真圖✨，如(ru)圖２所示。從(cong)仿真結果(guo)可以發現(xian)不同管徑(jing)大小🔆對電(dian)磁流量計(ji)的虛電流(liu)分布是有(you)一定影響(xiang)🥰的，但這些(xie)分布性的(de)仿真結果(guo)無法較👨‍❤️‍👨好(hao)地在數值(zhi)上給予電(dian)極大小與(yu)管徑變化(hua)對流量計(ji)敏感場影(ying)響大小情(qing)況的說明(ming)。下面将在(zai)仿真結果(guo)分析中通(tong)過敏感場(chang)靈敏度ｃ對(dui)仿真數據(ju)🌈分析。

３仿真結(jie)果分析
　　爲(wei)了詳實地(di)考查管直(zhi)徑變化下(xia)對流量計(ji)敏感場靈(ling)敏⭕度影響(xiang)，運用敏感(gan)場靈敏度(du)ｃ分别對每(mei)個仿真實(shi)驗進行分(fen)析并對比(bi)實驗結果(guo)。
　　圖３爲不同(tong)大小内徑(jing)管道與流(liu)量計敏感(gan)場靈敏度(du)關系圖，橫(heng)軸表示非(fei)導電物質(zhi)在電磁流(liu)量計ｙ軸的(de)位置，縱軸(zhou)👈爲敏感場(chang)靈敏度ｃ，圖(tu)中各條線(xian)分别代表(biao)✊了不同測(ce)量管徑大(da)小時非導(dao)電物質在(zai)不同位置(zhi)時敏感場(chang)靈敏度ｃ的(de)變化情況(kuang)。
　　對于半徑(jing)一定的（本(ben)例爲0.1R）非導(dao)電物質，管(guan)道半徑越(yue)大，在電極(ji)（ｙ軸坐标原(yuan)點）附近非(fei)導電物質(zhi)對電磁流(liu)量計的敏(min)感場靈敏(min)度ｃ的響應(ying)特性就越(yue)小，仿真實(shi)驗也可以(yi)說明，當電(dian)磁流量計(ji)管道半徑(jing)變小時，非(fei)導電物質(zhi)對電磁流(liu)量計的敏(min)感場靈敏(min)度影響在(zai)♈電極（ｙ軸坐(zuo)标原點）附(fu)近變化是(shi)比較快的(de)；流量計管(guan)道半徑變(bian)大☂️時📧，非導(dao)電物質對(dui)電磁流量(liang)計的敏感(gan)場靈敏度(du)影響在電(dian)極附近變(bian)化變得緩(huan)慢。仿真實(shi)驗可得出(chu)：在電磁流(liu)量計電極(ji)一定時☔，根(gen)據測量流(liu)體中非導(dao)電物質的(de)大小以及(ji)💚電磁流量(liang)計管🧡道半(ban)🌏徑可以估(gu)計出該電(dian)磁流量計(ji)的兩相流(liu)測量精度(du)（敏感場靈(ling)敏度響應(ying)情況），爲測(ce)量兩相流(liu)的電磁流(liu)量計傳感(gan)器誤差分(fen)析提供一(yi)定分析依(yi)據。

４結束語(yu)
　　本文運用(yong)有限元軟(ruan)件對流體(ti)中含有非(fei)導電物質(zhi)♻️時對電磁(ci)🥰流量計敏(min)感場響應(ying)特性進行(hang)建模仿真(zhen)，通過模型(xing)分析了流(liu)量計管道(dao)内徑大小(xiao)與流量計(ji)的敏感場(chang)靈敏度響(xiang)應特性的(de)關系。研究(jiu)結果爲一(yi)定管徑下(xia)電磁流量(liang)計兩相流(liu)測量的誤(wu)差分析提(ti)🈲供一定的(de)理論依據(ju)。

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