1引言
　　近(jin)年來,電(dian)磁流量(liang)計 的勵(li)磁結構(gou)況備受(shou)研究人(ren)員的關(guan)注對外(wai)流式的(de)電磁流(liu)量💁計的(de)磁場分(fen)布情況(kuang)進行了(le)仿真研(yan)究"在些(xie)特殊的(de)💁工況📱領(ling)域下,如(ru)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻何設計(ji)電磁流(liu)量計直(zhi)是⛷️工程(cheng)技術人(ren)員研究(jiu)的🈲熱點(dian)問❓題”,生(sheng)産測井(jing)中特殊(shu)工況環(huan)境下如(ru)何設計(ji)電磁流(liu)量計傳(chuan)感器結(jie)構一直(zhi)是石油(you)生🐕産測(ce)井領域(yu)研究的(de)問題,電(dian)磁相關(guan)法🈲流量(liang)測量傳(chuan)感🏃器解(jie)決了生(sheng)産測井(jing)中油氣(qi)水三相(xiang)流流量(liang)測量問(wen)題.另一(yi)方面生(sheng)産測井(jing)空間狹(xia)小，需要(yao)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(xin)設計爲(wei)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(jian)增大👌,進(jin)而增強(qiang)測量管(guan)道中(測(ce)量區域(yu))磁場強(qiang)度，使兩(liang)端♊電極(ji)🐇感應信(xin)号變大(da),有助于(yu)信号的(de)獲取,爲(wei)有限空(kong)🏃間下的(de)井下 小(xiao)管徑集(ji)電磁流(liu)量計 實(shi)現提供(gong)可能.同(tong)時,對電(dian)磁流量(liang)計勵磁(ci)結構中(zhong)T型💃🏻磁💯芯(xin)🙇🏻參數💘進(jin)👈行研究(jiu)，獲得不(bu)同T型磁(ci)芯對測(ce)量管道(dao)中磁場(chang)産生的(de)影響🔴.研(yan)究結果(guo)可爲應(ying)用在一(yi)些特殊(shu)場合中(zhong)具有T型(xing)磁芯的(de)電磁流(liu)量計實(shi)現提供(gong)參🚶考依(yi)據.
1T型磁(ci)芯結構(gou)
　　T型磁芯(xin)是爲較(jiao)小的空(kong)間下實(shi)現盡可(ke)能大的(de)勵磁線(xian)圈而🌈提(ti)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(liu)量計傳(chuan)感器截(jie)面圖.在(zai)圖中1表(biao)示線圈(quan)💋位置;2表(biao)⛹🏻‍♀️示磁芯(xin)位置;3表(biao)⛷️示電極(ji)及其固(gu)定器件(jian)位置;4表(biao)示襯裏(li)位置;5表(biao)示内徑(jing)壁位置(zhi);6表示外(wai)徑🙇‍♀️壁;7表(biao)示測量(liang)管道(測(ce)量區域(yu)).如圖1所(suo)示電磁(ci)流量計(ji)勵磁結(jie)構磁芯(xin)造型近(jin)似爲T型(xing)(因稱爲(wei)T型磁芯(xin)),磁芯在(zai)靠近電(dian)磁流量(liang)計内管(guan)道時爲(wei)T型👉磁芯(xin)的較長(zhang)端.如圖(tu)中所示(shi),T型磁芯(xin)較長端(duan)與x軸夾(jia)角爲a,T型(xing)磁芯較(jiao)短端與(yu)x軸夾角(jiao)爲b,T型磁(ci)芯較長(zhang)端寬度(du)爲k1,T型磁(ci)芯較短(duan)端寬度(du)爲k2.
 
2磁場(chang)評價指(zhi)标
　　爲了(le)詳細的(de)獲得電(dian)磁流量(liang)計勵磁(ci)線圈及(ji)T型磁芯(xin)♻️變㊙️化對(dui)流量🍓計(ji)測量區(qu)域内部(bu)磁場強(qiang)度分布(bu)的影❤️響(xiang)情況，引(yin)入樣本(ben)平均值(zhi)樣本标(biao)準差、變(bian)異系數(shu)磁場均(jun)勻度、感(gan)應電勢(shi)值等磁(ci)場評價(jia)指标分(fen)析傳感(gan)器勵磁(ci)線💋圈不(bu)同軸📱向(xiang)長度時(shi)🤟測量區(qu)域内部(bu)磁場分(fen)布情況(kuang)，如式(1)所(suo)示.式中(zhong)，Bs爲樣本(ben)平均值(zhi);`B爲樣本(ben)标準差(cha);Bcv爲樣本(ben)🔱磁場均(jun)勻度;Bc爲(wei)樣本變(bian)異系數(shu).在這4個(ge)磁場評(ping)價指标(biao)中,樣本(ben)平均值(zhi)越大👈越(yue)好，樣本(ben)标準💁差(cha)越小越(yue)好,磁場(chang)均勻度(du)越大越(yue)好,變異(yi)系數越(yue)小越好(hao).
 
　　式中，S均(jun)勻爲測(ce)量區域(yu)任意一(yi)點磁感(gan)應強度(du)與`B之♌比(bi)在均勻(yun)95%至105%的面(mian)積和,S測(ce)量區的(de)總面積(ji)。
　　由Maxwell方程(cheng)及在一(yi)定的假(jia)設條件(jian)下，可得(de)I5]電磁流(liu)量計的(de)感應🔆電(dian)勢的表(biao)達方程(cheng)"],如式(2)所(suo)示:
 
　　式中(zhong)，U2-U1是兩電(dian)極的電(dian)勢差;A表(biao)示對所(suo)有空間(jian)積分;L爲(wei)✌️絕緣管(guan)道筒長(zhang)一半;r爲(wei)流量計(ji)截面管(guan)半徑;矢(shi)量`B是導(dao)電流體(ti)的流速(su);B是磁感(gan)應強度(du);W爲矢量(liang)權重函(han)數✉️,它是(shi)-一個隻(zhi)由電磁(ci)流🌈量計(ji)本身結(jie)構決定(ding)的量.由(you)(2)式可知(zhi)，隻🔴要确(que)定了流(liu)體的流(liu)速V、磁感(gan)應強度(du)B、以及權(quan)重函數(shu)W,以及流(liu)量計管(guan)徑半徑(jing),就可以(yi)求流量(liang)計👨‍❤️‍👨的感(gan)應電勢(shi)差.
3仿真(zhen)實驗
　　仿(pang)真實驗(yan)中，設定(ding)a分别爲(wei)23°,30°,35°,40°，45°,50°,設定b小(xiao)于等于(yu)a,根據實(shi)際情況(kuang)設🙇🏻定❤️角(jiao)度分别(bie)爲8°,16°,23°,30°,35°,40°,45°,50°.仿真(zhen)實驗中(zhong)設定T型(xing)磁芯較(jiao)🌂長端寬(kuan)度爲h1占(zhan)T型磁㊙️芯(xin)整個寬(kuan)度的1/3,1/2以(yi)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(shu)情況下(xia)T型磁芯(xin)構建的(de)勵磁⛷️結(jie)構對電(dian)📞磁流量(liang)計測量(liang)區域🈲中(zhong)産生的(de)磁場影(ying)響情況(kuang).
 
　　如圖2所(suo)示爲不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gou)在電磁(ci)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(pian)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(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(cha)不同T型(xing)磁芯結(jie)構對電(dian)磁流量(liang)計測量(liang)區域磁(ci)場💯強度(du)的分布(bu)情況影(ying)響,仿真(zhen)實驗中(zhong)獲得的(de)💰數據結(jie)果運用(yong)公式(1)電(dian)磁流量(liang)計磁場(chang)強度分(fen)布評價(jia)指标進(jin)行分析(xi)，以獲得(de)電磁流(liu)量計不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gou)參數🥰對(dui)流量計(ji)🔞測量區(qu)域👅的磁(ci)場強度(du)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(chu)指導性(xing)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(chang)感應強(qiang)度🈲平均(jun)值，圖中(zhong)橫坐标(biao)爲T型磁(ci)芯b的角(jiao)度,縱坐(zuo)标爲測(ce)量區域(yu)的平均(jun)磁場強(qiang)度，圖标(biao)表示的(de)是T型磁(ci)芯的不(bu)同α的角(jiao)度以及(ji)磁芯長(zhang)端寬度(du)所占的(de)比例其(qi)中以“角(jiao)度-比例(li)”表示,例(li)如30-1/2表示(shi)T型磁芯(xin)的㊙️較長(zhang)端角度(du)α爲30°,k1/(k1+k2)爲1/2時(shi)的測🐆量(liang)區域中(zhong)平均磁(ci)場強度(du)💁測量結(jie)果圖标(biao)Other爲T型磁(ci)芯較長(zhang)端的角(jiao)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(ce):量區域(yu)中的平(ping)均😘磁場(chang)強度.從(cong)仿真結(jie)果可以(yi)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(ce)量區域(yu)中平均(jun)磁場強(qiang)度越大(da);在T型磁(ci)芯的較(jiao)長端的(de)角度α一(yi)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(yu)中平均(jun)磁場強(qiang)度越大(da);在T型磁(ci)芯的較(jiao)長端的(de)角度α與(yu)較短端(duan)的角度(du)b一定時(shi),T型磁芯(xin)的k1/(k1+k2)越小(xiao)，在流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)平均磁(ci)場強度(du)越✏️大.
 
　　如(ru)圖4所示(shi)爲不同(tong)T型磁芯(xin)結構下(xia)測量區(qu)域産生(sheng)磁場感(gan)應強度(du)标準差(cha)，圖中橫(heng)坐标爲(wei)T型磁芯(xin)b的角度(du)🏃🏻,縱坐🈲标(biao)爲測量(liang)區域🔞磁(ci)場強度(du)的标準(zhun)差，圖标(biao)圖例與(yu)圖3中一(yi)緻從仿(pang)真結果(guo)可以看(kan)出:T型磁(ci)芯的較(jiao)長端的(de)角度α越(yue)小，流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)磁場強(qiang)度标準(zhun)差越大(da);在T型磁(ci)芯的較(jiao)長♉端的(de)角度α一(yi)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(yu)中磁場(chang)強度标(biao)準差越(yue)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(jiao)度b一定(ding)時,T型磁(ci)芯的k1/(k1+k2)越(yue)小，在流(liu)量計測(ce)量區域(yu)中磁場(chang)強度标(biao)準差越(yue)大。
 
　　标準(zhun)差代表(biao)磁場測(ce)量區域(yu)的磁場(chang)分布波(bo)動性較(jiao)大💛，因而(er)需引入(ru)變異系(xi)數對測(ce)量區域(yu)中的磁(ci)場分布(bu)情🤞況進(jin)一步分(fen)析.如圖(tu)5所示爲(wei)不同T型(xing)磁芯結(jie)構下測(ce)量區域(yu)磁🔅場感(gan)應強度(du)變異系(xi)數,圖中(zhong)橫坐标(biao)😄爲T型磁(ci)芯b的角(jiao)度，縱坐(zuo)标爲測(ce)量區域(yu)磁🐅場強(qiang)度分✔️布(bu)的變異(yi)系數,圖(tu)标圖例(li)與圖3中(zhong)一緻.從(cong)仿真結(jie)果可以(yi)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(ce)，量區域(yu)中磁場(chang)強🌂度變(bian)異🧑🏾‍🤝‍🧑🏼系數(shu)越大;在(zai)T型磁芯(xin)的較長(zhang)端的角(jiao)度α一定(ding)時,T型磁(ci)芯的較(jiao)短端的(de)角度b越(yue)小，流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)磁🈲場強(qiang)度變異(yi)系數越(yue)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(jiao)度b一定(ding)時，T型磁(ci)芯的k1/(k1+k2)越(yue)小，在流(liu)量計測(ce)量🔴區域(yu)中磁場(chang)強度變(bian)異🏃‍♀️系數(shu)越大.異(yi)系數越(yue)大說明(ming)磁場分(fen)布越不(bu)均勻，波(bo)動性越(yue)大;異系(xi)數越小(xiao)說明磁(ci)場分布(bu)趨向均(jun)勻.下面(mian)通過計(ji)算測量(liang)區域中(zhong)的磁場(chang)均🍓勻區(qu)域來對(dui)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(ce)量區域(yu)磁場感(gan)應強💘度(du)均勻🈲區(qu)域面積(ji)，圖中橫(heng)坐标爲(wei)T型磁芯(xin)b的角🌐度(du),縱坐标(biao)爲測量(liang)區域磁(ci)⭕場強度(du)分布的(de)均勻區(qu)域面積(ji),圖标圖(tu)例與圖(tu)3中一緻(zhi).從仿真(zhen)結☎️果可(ke)以看出(chu)🌍:T型磁芯(xin)的較長(zhang)端的角(jiao)度α爲越(yue)小,流量(liang)計測量(liang)區域☁️中(zhong)磁場強(qiang)度均勻(yun)區域面(mian)💘積越大(da);在T型磁(ci)芯的較(jiao)長端的(de)角度α一(yi)🐇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(yu)中磁場(chang)強度均(jun)勻區域(yu)面積越(yue)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(jiao)🤞度b一定(ding)時,T型磁(ci)芯的k1/(h1+k2)越(yue)小，在流(liu)量計測(ce)量區域(yu)中磁場(chang)強📐度均(jun)勻區域(yu)面積越(yue)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(yu)内部磁(ci)場分布(bu)影響進(jin)行了研(yan)究,下面(mian)通過電(dian)極兩端(duan)感應信(xin)号如公(gong)式(2)對電(dian)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(jiu).如圖7所(suo)✍️示爲不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gou)下電磁(ci)流量計(ji)感應信(xin)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(liang)計✨獲取(qu)的感應(ying)🍓信号(電(dian)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(pang)真中k1/(k1+k2)爲(wei)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(xia)獲取的(de)感應電(dian)勢差,實(shi)線爲流(liu)體🏃🏻‍♂️爲層(ceng)流情況(kuang)下獲取(qu)的感應(ying)電勢差(cha).
　　從仿真(zhen)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(liang)端獲得(de)的感應(ying)信号越(yue)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(jiao)度b越小(xiao)，流量計(ji)電極兩(liang)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼端獲得(de)🙇🏻的感應(ying)信号越(yue)大.這主(zhu)要是因(yin)爲電磁(ci)流量計(ji)勵磁線(xian)圈的增(zeng)加,使得(de)流量計(ji)測量區(qu)域的磁(ci)場強度(du)增加,同(tong)樣分布(bu)的流速(su)下使得(de)流量計(ji)電極兩(liang)端的感(gan)應信号(hao)增加
　　仿(pang)真實驗(yan)證明在(zai)有限的(de)空間下(xia)，修改T磁(ci)芯的不(bu)同🔞參數(shu),可♋以增(zeng)加流量(liang)計測量(liang)區域内(nei)部的磁(ci)場分布(bu)情況，也(ye)可以适(shi)當的調(diao)整流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)的磁場(chang)強度與(yu)均勻度(du),根據生(sheng)産測井(jing)中的實(shi)際工況(kuang)，改變電(dian)磁流量(liang)計的T磁(ci)芯參數(shu)獲得設(she)計參數(shu).
5結論
　　井(jing)下集流(liu)型電磁(ci)流量計(ji)在油氣(qi)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(shu)工況下(xia)提出具(ju)有T型磁(ci)芯的勵(li)磁結構(gou)的集流(liu)式電磁(ci)流量計(ji),利用✉️有(you)限元軟(ruan)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(ci)場分布(bu)計算機(ji)仿真模(mo)型,并通(tong)過各種(zhong)性能指(zhi)标的分(fen)析,獲得(de)該T型磁(ci)芯結構(gou)參數設(she)計指标(biao)與流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)磁場分(fen)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(yi)據.

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