1引言
　　近年來,電(diàn)磁流量計 的勵(lì)磁結構況備受(shou)研究人員的關(guān)注對外流式的(de)電磁💃🏻流量計的(de)磁場分布情況(kuàng)進行了仿真研(yán)究"在些特殊的(de)☂️工況領域下,如(ru)何設計電磁流(liu)量計直是工程(cheng)技術人員研究(jiu)的熱點問題”,生(sheng)産測井中特殊(shū)工況環境下如(rú)何設計電磁流(liú)量計傳感器結(jie)構一直是石油(you)生産測井領域(yu)🆚研究的問題,電(dian)磁相關法⛷️流量(liàng)測量傳感👄器解(jiě)決了生産測井(jing)中油氣水三相(xiang)流流量測🤟量問(wèn)題.另一方面生(shēng)産測井空間狹(xia)小，需要☁️構造特(te)殊的電磁流量(liàng)計傳感器,本文(wén)㊙️提出了一種勵(lì)磁結構的磁芯(xin)設計爲T型的電(dian)磁流量計,使得(dé)有限的空間下(xia)電磁流量💃計的(de)勵磁線圈空間(jiān)增大📐,進而增強(qiáng)測量管道中(測(ce)量區域)磁場強(qiang)度，使兩端🎯電極(jí)感應信号變大(dà),有助于信号的(de)獲取,爲有限空(kōng)間下的井下 小(xiǎo)管徑集電磁流(liu)量計 實現提供(gong)可能.同時,對電(dian)磁流量計勵磁(ci)結構中T型磁芯(xin)參❌數進行研究(jiū)，獲得不同T型磁(cí)芯對測量管道(dao)🐉中磁場産生的(de)影響.研究結果(guǒ)可爲應用在一(yi)些特殊場合中(zhōng)具有T型磁芯的(de)電磁流量計實(shi)現提供參考依(yi)據.
1T型磁芯結構(gou)
　　T型磁芯是爲較(jiao)小的空間下實(shí)現盡可能大的(de)勵磁線👄圈而提(tí)⛷️出的,如圖1所示(shi)爲較小空間結(jie)構下,設計有T型(xíng)🔴磁芯的電磁流(liu)🌂量計傳感器截(jie)面圖.在圖中1表(biao)示線圈位置;2表(biǎo)示磁芯位置;3表(biǎo)示電極及其固(gù)定器件位置;4表(biǎo)示襯裏位置;5表(biǎo)示内徑壁位置(zhi);6表示外徑壁;7表(biǎo)示測量管道(測(ce)量區域).如圖1所(suǒ)示電磁流量計(jì)✍️勵磁結構磁芯(xin)造型近似爲T型(xíng)(因稱爲T型磁芯(xin)🈲),磁芯在靠近電(dian)磁流量計内管(guǎn)道時爲T型磁芯(xin)的較長端😄.如😄圖(tu)中所示,T型磁芯(xīn)較長端與x軸夾(jiá)角爲a,T型磁芯較(jiào)🏃🏻短端與x軸夾角(jiǎo)爲b,T型磁芯較長(zhǎng)端寬度爲k1,T型磁(ci)芯較短端寬度(dù)爲k2.
 
2磁場評價指(zhi)标
　　爲了詳細的(de)獲得電磁流量(liang)計勵磁線圈及(ji)T型磁芯變化對(dui)⭕流量㊙️計測量區(qū)域内部磁場強(qiáng)度分布的影響(xiǎng)情況，引入樣本(ben)平均值樣本标(biāo)準差、變異系數(shù)磁場均勻度、感(gan)應👅電勢值等磁(cí)場評價指标分(fèn)析傳感器勵磁(cí)線圈不同軸向(xiàng)長度時測量區(qu)域☂️内部磁場分(fen)布情況，如式(1)所(suo)示.式中，Bs爲樣本(ben)平均值;`B爲樣本(ben)标準差;Bcv爲樣本(ben)磁場均勻度;Bc爲(wei)樣本變異系數(shu).在這4個磁場評(ping)價指标中,樣本(ben)平均值越大越(yuè)好，樣本标準差(cha)越小越好,磁場(chǎng)均❤️勻度越大越(yue)好,變異系數越(yuè)小越好.
 
　　式中，S均(jun)勻爲測量區域(yù)任意一點磁感(gan)應強度與`B之比(bǐ)在均勻95%至105%的面(miàn)積和,S測量區的(de)總面積。
　　由Maxwell方程(chéng)及在一定的假(jiǎ)設條件下，可得(dé)I5]電磁流量計的(de)感應電勢的表(biǎo)達方程"],如式(2)所(suo)示:
 
　　式中，U2-U1是兩電(diàn)極的電勢差;A表(biao)示對所有空間(jiān)積分;L爲絕緣管(guan)道筒長一半;r爲(wei)流量計截面管(guǎn)半徑;矢量`B是導(dǎo)電🐕流體的流速(sù);B是磁感應強度(du);W爲矢量權重函(hán)數,它是-一個隻(zhī)由電磁流量計(jì)本身結構決定(ding)的量.由(2)式可知(zhī)，隻要确定了💃流(liú)體的流🆚速V、磁感(gǎn)應強度B、以及權(quan)重函數W,以及流(liu)量計管徑半徑(jìng),就可以求流量(liàng)計🤞的感應電勢(shì)差.
3仿真實驗
　　仿(páng)真實驗中，設定(dìng)a分别爲23°,30°,35°,40°，45°,50°,設定b小(xiǎo)于等于a,根據實(shí)際情❄️況設定角(jiao)度分别爲8°,16°,23°,30°,35°,40°,45°,50°.仿真(zhēn)實驗中設定T型(xíng)磁芯較長端寬(kuan)度🈲爲h1占T型磁芯(xīn)整個寬度的1/3,1/2以(yǐ)及2/3時(即h1/(h1+k2)爲1/3,1/2以及(ji)2/3時的情況)分别(bie)考查🆚不同參數(shu)情況下T型磁芯(xin)構建的勵磁結(jié)構對電磁流量(liang)計測量區域中(zhong)産生的🐆磁場影(ying)響情況.
 
　　如圖2所(suǒ)示爲不同T型磁(ci)芯結構在電磁(ci)流量計測量區(qu)域産生♉磁㊙️場強(qiang)度分布仿真圖(tú).由于篇幅原因(yīn)，這裏隻顯示了(le)k1/(k1+k2)爲1/2,b爲23°的仿真圖(tu).圖2(a),(b),(c),(d)分别顯示的(de)是a爲23°,
4實驗數據(jù)分析
　　爲了考察(chá)不同T型磁芯結(jié)構對電磁流量(liang)計測量區域磁(ci)場強度的分布(bu)情況影響,仿真(zhen)實驗中獲得的(de)數據結果運用(yòng)公式㊙️(1)電磁流量(liang)計磁場強度分(fèn)布評價指标進(jìn)行分析，以獲得(de)電磁流量計😘不(bú)同T型磁芯結構(gou)參數對流量計(ji)測量區域的磁(ci)場強度分布影(ying)響,從而爲電磁(cí)流量計T型磁芯(xin)結構設計給出(chu)指導性的意見(jian).
 
　　如圖3所示爲不(bú)同T型磁芯結構(gòu)下測量區域産(chǎn)生磁🐕場感應強(qiáng)度平均值，圖中(zhōng)橫坐标爲T型磁(cí)芯b的角度❌,縱坐(zuò)标爲測量區域(yù)的平均磁場強(qiáng)度，圖标表示的(de)是T型磁芯的不(bu)同α的角度以及(jí)磁芯長端寬度(dù)所占的比例其(qi)㊙️中以“角度🌈-比例(li)”表示,例如30-1/2表示(shi)T型磁芯的較長(zhǎng)端角度α爲30°,k1/(k1+k2)爲1/2時(shi)的測量區域中(zhōng)平均磁場強度(dù)測量結果圖标(biao)Other爲T型磁芯較長(zhǎng)端的角度α與較(jiao)短端的角度b相(xiang)等(即爲23,30,35,40,45,50)時的流(liu)量計測:量區域(yù)中的平均💞磁場(chang)強度.從仿真結(jié)果可以看出:T型(xing)磁芯的較長端(duān)的角度α越小，流(liu)量計測量區域(yu)中平均磁場強(qiáng)度越📞大;在T型磁(ci)芯的較長端的(de)角度α一定時,T型(xíng)磁芯的較🤟短端(duan)的角度♻️b越小，流(liú)量計測🔱量區域(yu)中平均磁場強(qiáng)度越🤩大;在T型磁(cí)芯的較長端的(de)角度α與較短端(duān)的角度b一定時(shí),T型磁芯的k1/(k1+k2)越小(xiǎo)，在流量計測量(liang)🈲區域中平☔均磁(cí)場強度越大.
 
　　如(rú)圖4所示爲不同(tóng)T型磁芯結構下(xià)測量區域産生(sheng)磁場💰感應強度(dù)标準差，圖中橫(heng)坐标爲T型磁芯(xin)b的角度,縱坐♌标(biāo)爲測量區域磁(ci)場強度的标準(zhǔn)差，圖标圖例與(yu)圖3中一緻從仿(páng)真結果可以看(kan)出:T型磁芯的較(jiào)長端的角度α越(yuè)小，流量計測量(liàng)區域中磁場✔️強(qiáng)度标準⭕差越大(dà);在T型磁芯的較(jiao)長🔞端的角度α一(yi)🧡定時,T型磁芯的(de)較短端的角度(dù)b越小，流量計測(ce)量區域中磁場(chǎng)強度标準差越(yuè)大;在T型磁芯的(de)較長端的角度(dù)α與較短端📐的角(jiǎo)度b一定時,T型磁(cí)芯的k1/(k1+k2)越小，在流(liu)量計測量區✍️域(yu)中磁場強度标(biāo)準差越大。
 
　　标準(zhǔn)差代表磁場測(cè)量區域的磁場(chang)分布波動性較(jiao)大，因而✊需引入(ru)變異系數對測(cè)量區域中的磁(cí)場分布情👣況進(jìn)一步分析.如圖(tu)5所示爲不同T型(xíng)磁芯結構下測(ce)量✔️區域磁場感(gan)應強度變異系(xi)數,圖中橫坐标(biao)爲T型磁芯b的角(jiao)度，縱坐标爲測(cè)量區域磁場強(qiáng)度分🌍布的變異(yì)系💞數,圖标圖例(li)與圖3中一緻.從(cóng)仿真結果🐆可以(yǐ)看出:T型🌈磁⛹🏻‍♀️芯的(de)較長端的♻️角度(du)α越小，流量計測(cè)，量區域中磁場(chǎng)強度變異系數(shu)越大;在T型磁芯(xin)的較長端的角(jiǎo)度α一定時,T型磁(cí)芯的較短端的(de)🏃角度b越小，流量(liàng)計測量區域中(zhong)磁場強度變異(yi)系數越大;在T型(xing)磁芯的較長端(duan)的角度α與較短(duǎn)端的角度b一定(dìng)時，T型❗磁芯的k1/(k1+k2)越(yue)小🏃‍♀️，在流量計測(ce)量區域中磁場(chǎng)強度變異系數(shù)越大.異系數越(yue)大說明磁場🔴分(fèn)布越不均勻，波(bo)動性越大;異系(xì)數越小說明磁(cí)場分布趨💞向均(jun)勻.下面通過計(ji)算測量區❤️域中(zhōng)的磁場均勻區(qū)域來對♌這一結(jie)果進一步的分(fèn)析.
 
　　如圖6所示爲(wèi)不同T型磁芯結(jie)構下測量區域(yu)磁場感應強度(dù)均勻區域面積(ji)，圖中橫坐标爲(wèi)T型磁芯b的角度(dù),縱坐标爲測量(liang)區域磁場強度(dù)分布的均勻區(qū)域面積,圖标圖(tú)例🏃🏻與圖3中🔆一緻(zhì).從仿真結果可(kě)以看出:T型磁芯(xīn)的較長端的角(jiao)度α爲越小,流量(liàng)計測量區域🏃‍♂️中(zhōng)磁場強度均勻(yun)區域面🏃🏻積越大(da);在T型磁芯的較(jiào)長端的角度α一(yi)📱定時,T型磁芯的(de)較⚽短端的角度(dù)b越🌐小，流量計測(cè)量區域中👌磁場(chǎng)強度均勻區域(yù)面積越大;在T型(xíng)磁芯的較長端(duan)的角度α與較短(duǎn)端的角度b一定(ding)時,T型磁芯的k1/(h1+k2)越(yuè)小，在流量計測(ce)量區域中磁場(chang)強度均勻區域(yù)面積越大♋.
 
　　上面對(dui)不同T型磁芯結(jie)構對流量計測(ce)量區域内部磁(cí)場分布影響進(jìn)行了研究,下面(miàn)通過電極兩端(duān)感應信号如公(gōng)式(2)對電磁流量(liang)計T型磁芯結構(gou)對流量計測量(liang)結果的影響進(jìn)⛹🏻‍♀️行研究💘.如圖7所(suo)💚示爲不同T型🚩磁(ci)芯結構☁️下電磁(cí)流量計感應信(xin)号.圖中橫坐标(biao)爲T型磁芯b的角(jiao)度,縱坐标爲電(diàn)磁流量計獲取(qǔ)的感應信号(電(dian)勢差),圖标表示(shì)的是T型磁芯的(de)不同α的角度,仿(pang)真中k1/(k1+k2)爲😍1/2.仿真實(shí)驗中虛線爲仿(páng)真流體爲湍流(liú)情況下獲取的(de)感應電勢差,實(shí)線爲流體爲層(ceng)流情況下獲取(qu)的感應電勢差(cha).
　　從仿真結果可(ke)以看出:T型磁芯(xin)的較長端的角(jiǎo)度α越小,流💘量計(jì)電極兩端獲得(de)的感應信号越(yuè)大;在T型磁芯的(de)較長端的角度(dù)α一定🈚時,T型磁芯(xin)的較短端的角(jiao)度b越小✌️，流量計(ji)電極兩端獲得(dé)⭕的感應🌂信号越(yuè)大.這主要是因(yīn)爲電磁流量計(jì)勵磁💁線圈的增(zeng)加,使得流量計(ji)測量區域的磁(cí)場強度增加,同(tong)樣分布的流速(sù)下使得流量計(jì)電極兩端的感(gan)應信号增加
　　仿(páng)真實驗證明在(zai)有限的空間下(xia)，修改T磁芯的不(bú)同參數,可以增(zeng)加流量計測量(liang)區域内部的磁(cí)場分布情況，也(yě)可以适👄當的調(diào)整流量計測量(liàng)區域中的磁場(chǎng)強度與均勻度(dù),根據😍生産測井(jing)中的實際工況(kuàng)，改變電磁流量(liang)計的T磁芯參數(shù)獲得設計參數(shù).
5結論
　　井下集流(liu)型電磁流量計(jì)在油氣井測量(liàng)方面有廣泛的(de)應用前景,針對(dui)生産測井特殊(shu)工況下提出具(jù)有T型♉磁芯🐅的勵(lì)✍️磁結構的🏃‍♀️集流(liu)式電磁流量計(ji),利用有限元軟(ruan)件ANSYS建立了該✉️種(zhong)T型磁芯結構電(diàn)磁流量計的磁(cí)場分布計算機(ji)仿真模型,并通(tōng)過各種性能指(zhǐ)标的分析,獲得(de)該T型磁芯結構(gòu)參數設💰計指标(biāo)與流量計測量(liàng)區域中磁場分(fen)布關系,爲擁有(yǒu)T型磁芯結構的(de)勵磁結構的實(shí)現提供參考依(yi)據.

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