摘要： 電磁(ci)流量計 測(cè)量管壁爲(wei)絕緣材料(liao)或者内壁(bi)附有絕緣(yuan)層，但該結(jié)構限制了(le)電磁流量(liang)計應用範(fàn)圍，同時絕(jue)緣層破損(sǔn)造成了測(cè)量誤差。因(yīn)此😘有一類(lèi)電磁流量(liàng)計去掉了(le)絕緣🐕層，但(dàn)這種設計(ji)會導緻流(liu)量計🏃‍♂️輸出(chū)信号下降(jiang)而影響👅測(ce)量。針對導(dǎo)體管壁電(dian)磁流量計(jì) 輸出信号(hào)減弱的特(tè)點，提出了(le)信号補償(chang)法，利用此(ci)方📐法對輸(shū)出😘信号衰(shuai)減程度進(jin)行判斷，再(zài)此基礎上(shang)進行信号(hào)補償。
0引言(yán)
　　随着流量(liang)測量方法(fa)與技術研(yan)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(liu)量計的使(shǐ)用規模将(jiāng)❤️再增加30％［1］。由(yóu)于儀表使(shǐ)用範圍廣(guang)，傳統的電(dian)磁流量計(jì)一直以來(lai)就是研究(jiu)的熱點問(wen)題之一㊙️。學(xue)者們針對(dui)不同結構(gòu)的電磁流(liu)量計給出(chu)了研究成(chéng)🈲果，并推動(dong)🚶‍♀️了電磁流(liu)量❌計的技(jì)術發展。KOLLáRL等(deng)［2］研究了一(yi)種利用多(duō)🔴電極磁流(liu)量計邊界(jie)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(yu)進步，預㊙️計(jì)未來5年中(zhong)電磁流量(liàng)計的使用(yòng)規📱模将再(zai)增加30％［1］。由于(yu)儀表使用(yòng)範圍廣，傳(chuán)統的電磁(ci)流量計一(yi)直以來就(jiu)✊是研究的(de)✂️熱點問題(tí)之💔一。學者(zhě)們針對不(bú)同結構的(de)電磁流量(liang)計給出了(le)研究成果(guǒ)，并推動了(le)電🐆磁流量(liàng)計的技術(shu)💋發展。KOLLáRL等［2］研(yán)究了一種(zhǒng)利用多電(diàn)極磁流量(liang)計邊界周(zhou)圍的電勢(shi)分布進行(hang)速度重建(jiàn)析方法。SHiY．和(he)WanGM．［3－４］提出了一(yī)種基于感(gǎn)應技術的(de)圓弧形電(diàn)🈚極測量兩(liǎng)相流中的(de)感應電勢(shi)和導電相(xiang)的速😍度。
　　LEEunGcuLSatiEn和(hé)LucaS［5－6］設計了一(yi)種用于在(zài)分層流中(zhong)重建軸向(xiang)速度分🌈布(bù)的多🔆電極(jí)磁流量計(jì)。HELQ．［7－8］提出一種(zhong)用于非滿(mǎn)管測量的(de)電磁流量(liang)計傳感器(qi)，其中由并(bing)聯多電極(ji)構成的平(píng)行陣列作(zuo)爲🐕測流量(liàng)計傳感🐪器(qì)。REiSE．等人［９－10］比較(jiao)了不同幾(jǐ)何結構的(de)電極特征(zhēng)，總結出雙(shuāng)環型電極(jí)是用于測(ce)量兩相空(kōng)氣－水流體(tǐ)積濃度的(de)最佳結構(gou)。WatRaLZ．［11－12］等人設計(ji)了一種适(shi)用💔于矩形(xíng)截面管道(dào)的電磁流(liú)量計，用以(yǐ)測量明♉渠(qu)中攜帶污(wu)染物和軸(zhou)向🐆速度不(bu)對稱的液(yè)體。對導體(tǐ)管壁電磁(ci)流量計的(de)研究文🔅獻(xiàn)相對較少(shao)［13－15］，而這類傳(chuan)感器在核(hé)工業等💔場(chǎng)合有非常(chang)重🥵要的應(ying)用。
1理論背(bèi)景
　　電磁流(liu)量計的基(jī)本原理是(shì)法拉第電(diàn)磁感應定(ding)律。導電流(liú)體切割磁(cí)力線産生(sheng)感應電動(dong)勢與流體(tǐ)流速成正(zheng)比。通過測(cè)量感應電(dian)勢來實現(xian)利用電磁(ci)流📞量計對(duì)流體流速(su)的測量。目(mù)前電磁流(liú)量計的測(ce)量🌈管襯裏(li)爲絕緣材(cái)料，将流體(ti)與測量管(guan)隔開，且兩(liǎng)個㊙️測量電(diàn)極在測量(liàng)管周向軸(zhou)對稱分布(bu)。由于絕緣(yuán)材💋料基本(běn)爲聚四氟(fú)乙烯，制約(yue)了電磁流(liú)量計使⛷️用(yong)範圍（工作(zuo)溫度低于(yú)500℃）；電磁流量(liàng)計在流量(liang)測量過程(chéng)中，絕緣襯(chen)裏很容易(yi)與測量管(guan)道内壁脫(tuō)📧離、剝落、拉(lā)破等，從而(er)導緻對流(liu)量信号造(zao)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(tǒng)内襯給測(cè)量帶來的(de)問🍉題。但是(shi)由于測量(liàng)管道爲非(fēi)絕✉️緣💃🏻材料(liao)，而導緻傳(chuán)感器輸出(chu)信♍号下降(jiang)。針對以上(shang)問題，研究(jiū)了🔱一種測(cè)量單元來(lái)動态監測(ce)由于無絕(jue)緣襯裏帶(dai)來的測量(liàng)🐆信号衰弱(ruo)，同時給予(yǔ)微弱真實(shi)信号補償(chang)，來保證流(liu)量計測量(liàng)的精度。
　　當(dāng)傳感器爲(wei)傳統電磁(cí)流量傳感(gǎn)器時，即其(qí)電極爲點(diǎn)電極🐪，管道(dao)爲絕緣圓(yuán)形直管，流(liú)體爲滿管(guǎn)對稱流，流(liu)量計電極(jí)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(du)；Ri爲管道内(nei)半徑；`n爲導(dao)電流體平(píng)均流速。
　　對(duì)于導體管(guan)壁電磁流(liú)量計，導電(diàn)流體以一(yī)定速度✨流(liú)過測量管(guǎn)道，産生的(de)感應電勢(shi)不會完全(quan)由電極‼️輸(shu)出。這是由(yóu)于去掉絕(jue)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(ji)輸電壓爲(wei)：

　　式中：Rｏ爲管(guǎn)道外半徑(jing)；σW爲管道電(diàn)導率；σｆ爲導(dao)電流體電(dian)🤩導率🔴；τ爲🌈流(liú)體與管道(dao)的接觸電(diàn)阻。對比式(shì)（1）與（2）可知，導(dǎo)體管🐆壁流(liu)量計的電(diàn)極間輸出(chu)信号是有(yǒu)衰減的，衰(shuai)減率爲ｋ。爲(wei)了提高導(dǎo)體管壁流(liú)量計測量(liàng)的準确性(xìng)及穩定性(xìng)，考慮通過(guo)系數ｋ對測(ce)量電極間(jiān)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(wèi)信号電極(ji)，PE爲電壓電(diàn)極。

　　如(ru)圖2所示，導(dao)體管壁電(diàn)磁流量計(ji)輸出信号(hào)由伺服放(fàng)大模塊對(duì)👣輸出信号(hao)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(jìn)行比較并(bing)放大⁉️，當輸(shu)出信号與(yǔ)反饋信号(hào)平衡時，伺(sì)服放大模(mó)塊停止工(gōng)作。信号經(jīng)由采樣保(bao)持模塊進(jin)行模數轉(zhuǎn)換。信号再(zai)由差分放(fàng)大器及信(xin)号輸♋出放(fàng)大器進🥵行(hang)放大，使得(dé)對傳感器(qi)輸出微弱(ruò)信号進行(háng)更精确💋的(de)放大。

3實驗驗證(zheng)
　　在實驗室(shi)中，利用所(suǒ)設計的補(bu)充信号系(xi)統，對導體(ti)電磁流量(liang)計進行實(shí)驗。實驗中(zhōng)采用恒幅(fú)電流和低(dī)🌈頻矩形波(bō)（50/16Hz）産生勵磁(cí)。要保🔆證放(fang)大器第一(yi)級的輸入(rù)阻抗必🛀🏻須(xu)足夠高，否(fǒu)則✉️會産生(shēng)誤差，補償(chang)效果不理(li)想。被測導(dǎo)🌐電液體的(de)電導率爲(wèi)5～10μS/cm，實驗中采(cai)🤩用的水電(dian)💁導率爲163μS/cm。測(ce)量管道外(wài)徑爲30mm，内徑(jing)爲27mm。電極之(zhi)間的阻抗(kàng)約爲在500～1000KΩ。

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