插入式电磁流量计信号作用范围的研究
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第 １ ５卷
第 １ ６期
２ ０ １ ５年 ６月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ ｏ １ ． １ ５ Ｎｏ ． １ ６ Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ５
１ ６ ７ １ — １ ８ １ ５ （ ２ ０ １ ５ ） １ ６ ・ ０ １ ９ １ — ０ ４
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
Ｑ ＝Ａ Ｕ （ ２ ）
越 远 的 区域 ， 其 磁感应强 度越弱 ； 当 远 到 一 定 距 离 时， 该处流体切割磁感线所产生的电动势弱到不会 对 流 体检 测 结 果 产 生 影 响 。所 以 ， 对 于 大 口径 管道 ， 插 入式 电磁 流 量 计 传 感 器探 头 电极 能 检 测 到
信号作用范围是指电极 附近 的某一空间区域 ， 该区 域 内导 电流体 切割 磁感 线 所产 生 的电动 势对 流量 检 测 结 果起 决定 性作 用 。
２ ０ １ ４年 ｌ １ 月１ ７ 日收 到 第一作 者简介 ： 易 丽（ １ ９ ９ Ｏ 一） ， 女， 四川 自贡 人 ， 硕 士 研 究 生 。研
１ 基 本 原 理
１ ． １ 信号 作用 范 围的定 义 根据 插 人 式 电 磁 流量 计 的 工作 原 理 ， 距 离 电极
间中流体单位体积贡献的信号。只要确定出等效半
径 尺， 就 能表 征 出等效 信号 作用 范 围 。 １ ． ３ 等 效半 径 Ｒ 研 究方法 根 据体 积 流量 的计算 公 式可 知 ：
⑥
２ ０ １ ５ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
插 入式 电磁 流量计信号作 用范 围的研 究
易 丽 朱 云 郑建英 周蕾蕾
（ 中国计量学院机电工程学院 ； 浙江省计量科学研究院 ， 杭州 ３ １ ０ ０ １ ８ ）
摘
要
运用计算流体 力学（ Ｃ Ｆ Ｄ ） 方 法， 对插入 式电磁 流量计插 入大 口径管道 的探头进行 三维仿 真实验 ， 研 究两电极在管道
生 变化 ， 故 可知 电极 不 是 在 其 周 围等距 离 的采 集 有
对流场进行仿真研究 ， 而其 中使用最为广泛 的数值 解 法 就是 有 限 体 积 法 ， 本 文采用 的仿真 软件 Ｆ Ｌ Ｕ ． Ｅ Ｎ Ｔ就 是基 于此 Ｊ 。而很 多人 在运 用 Ｃ Ｆ Ｄ方法 进 行 插 入式 电磁 流量 计 流 场 仿 真 时 ， 往 往 无 法 确 定 其 在管 道 中 的计 算 域 ， 导 致 其 信 号 模 拟 难 以 实 现 。针 对 这 种情 况 ， 本 文 通过 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ软件 对 管 道 内流 场 进 行 三维 数值 模 拟 ， 提 出 了 信 号作 用 范 围 的概 念 和
中采集到 的有效信号 的范围。提 出了用于表征真实信 号作用 的等效信 号 范围 的概 念和确 定方 法， 得 出了插入 式 电磁流量 计 采 集到的等效信号 范围是 由 自身硬 件结构决定 而不 随未 流速 度变化 的结论 ， 为通过 Ｃ Ｆ Ｄ定 量分析插 入式 电磁 流量 计管 内流
场 变 化 奠 定 了基 础 。
换 成 电极所 在位 置 处 管道 最 小 横 截 面 （ 简 称最 小 截
的流 量信 号实 际 上是被 测 管道 内传 感器 探头 附 近某 空 间 区域 的 电信 号 ， 而并 非覆 盖 整个管 道 ＿ ５ ｌ ｏ ｊ 。
所以， 本 文 对 信 号 作 用 范 围 做 了一 明 确 定 义 。
确 定 方法 。
效信号 ， 即实 际的信 号作用范 围是 不规则 的区域。 为 了方便研究 ， 用下述方法定义等效信号范围。一
个 在 电极周 围的具 有半径 Ｒ的球 形 区域 ， 使 它与 实 际信 号作 用范 围对 信 号产 生 的贡 献 是 等 效 的 ， 即
满 足式 （ １ ） 。
川 （ ， Ｙ ， ） ｄ Ｖ＝川 （ 流 体在 流 场 中切 割 磁感 线 对 信 号 产 生 贡献 的实 际 总 体 区域 ， 为 以 电极 为球 心 的 区 域， 其 半径 尺定 义 为 等 效 半径 ， （ ， Ｙ ， ｚ ）是 流 动 空
面） 的面 平 均 流 速 ， 从 而 计 算 出流 量 值 。 故 在 仿 真
究方 向 ： 流量模 型 ， 流量检测。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｙ ｉ ｌ ｉ １ ９ ３ ０ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ。
一
式（ ２ ） 中 指 的是 截 面 Ａ的面平 均流 速 。而 在仪 表 测 量 时实 际检测 到 的流速 应该 是信 号作 用 范 围 内的 整 体平 均 流速 ， 通过 标 准 装 置 检 定 得 到仪 表 的转 换 系数 ， 可 以把 信 号 作用 范 围 内 的整 体 平 均 流 速 转
１ ． ２ 等 效半径 Ｒ 的定 义 在 流场 中 ， 信 号越 强则 越容 易 被 电极 接 收到 ， 场 内每点 产生 的信 号 大 小 与 流 过该 点 的流 速 有 关 ， 而
插 入式 电磁 流量 计 由于探 头 的插入 导致 流场 分 布发
于点 测量 ， 但用 插 入 管 道 的探 头 即传 感 器 上 的两 个 电极 采集 信号 ， 探 测到 的是 一定 区域 内流体 的信 息 。 现如 今 ， 绝 大部 分 人 采 用 流 体 力学 方 法 （ Ｃ Ｆ Ｄ）
关键词
插入式 电磁流 量计
计算流体力学
信 号作用 范 围
等效半径
中图法 分类号
Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ ；
文献标 志码
Ａ
随着 流量计 量 行 业 的发 展 ， 插 人 式 电磁 流 量计
以其低 成本 、 安 装 维修 方 便 等优 点 广 泛 应 用 于 大 口 径 管 道流 量 的测量 。尽 管插 入式 电磁流 量计 测量 属
第 １ ６期
２ ０ １ ５年 ６月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ ｏ １ ． １ ５ Ｎｏ ． １ ６ Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ５
１ ６ ７ １ — １ ８ １ ５ （ ２ ０ １ ５ ） １ ６ ・ ０ １ ９ １ — ０ ４
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
Ｑ ＝Ａ Ｕ （ ２ ）
越 远 的 区域 ， 其 磁感应强 度越弱 ； 当 远 到 一 定 距 离 时， 该处流体切割磁感线所产生的电动势弱到不会 对 流 体检 测 结 果 产 生 影 响 。所 以 ， 对 于 大 口径 管道 ， 插 入式 电磁 流 量 计 传 感 器探 头 电极 能 检 测 到
信号作用范围是指电极 附近 的某一空间区域 ， 该区 域 内导 电流体 切割 磁感 线 所产 生 的电动 势对 流量 检 测 结 果起 决定 性作 用 。
２ ０ １ ４年 ｌ １ 月１ ７ 日收 到 第一作 者简介 ： 易 丽（ １ ９ ９ Ｏ 一） ， 女， 四川 自贡 人 ， 硕 士 研 究 生 。研
１ 基 本 原 理
１ ． １ 信号 作用 范 围的定 义 根据 插 人 式 电 磁 流量 计 的 工作 原 理 ， 距 离 电极
间中流体单位体积贡献的信号。只要确定出等效半
径 尺， 就 能表 征 出等效 信号 作用 范 围 。 １ ． ３ 等 效半 径 Ｒ 研 究方法 根 据体 积 流量 的计算 公 式可 知 ：
⑥
２ ０ １ ５ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
插 入式 电磁 流量计信号作 用范 围的研 究
易 丽 朱 云 郑建英 周蕾蕾
（ 中国计量学院机电工程学院 ； 浙江省计量科学研究院 ， 杭州 ３ １ ０ ０ １ ８ ）
摘
要
运用计算流体 力学（ Ｃ Ｆ Ｄ ） 方 法， 对插入 式电磁 流量计插 入大 口径管道 的探头进行 三维仿 真实验 ， 研 究两电极在管道
生 变化 ， 故 可知 电极 不 是 在 其 周 围等距 离 的采 集 有
对流场进行仿真研究 ， 而其 中使用最为广泛 的数值 解 法 就是 有 限 体 积 法 ， 本 文采用 的仿真 软件 Ｆ Ｌ Ｕ ． Ｅ Ｎ Ｔ就 是基 于此 Ｊ 。而很 多人 在运 用 Ｃ Ｆ Ｄ方法 进 行 插 入式 电磁 流量 计 流 场 仿 真 时 ， 往 往 无 法 确 定 其 在管 道 中 的计 算 域 ， 导 致 其 信 号 模 拟 难 以 实 现 。针 对 这 种情 况 ， 本 文 通过 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ软件 对 管 道 内流 场 进 行 三维 数值 模 拟 ， 提 出 了 信 号作 用 范 围 的概 念 和
中采集到 的有效信号 的范围。提 出了用于表征真实信 号作用 的等效信 号 范围 的概 念和确 定方 法， 得 出了插入 式 电磁流量 计 采 集到的等效信号 范围是 由 自身硬 件结构决定 而不 随未 流速 度变化 的结论 ， 为通过 Ｃ Ｆ Ｄ定 量分析插 入式 电磁 流量 计管 内流
场 变 化 奠 定 了基 础 。
换 成 电极所 在位 置 处 管道 最 小 横 截 面 （ 简 称最 小 截
的流 量信 号实 际 上是被 测 管道 内传 感器 探头 附 近某 空 间 区域 的 电信 号 ， 而并 非覆 盖 整个管 道 ＿ ５ ｌ ｏ ｊ 。
所以， 本 文 对 信 号 作 用 范 围 做 了一 明 确 定 义 。
确 定 方法 。
效信号 ， 即实 际的信 号作用范 围是 不规则 的区域。 为 了方便研究 ， 用下述方法定义等效信号范围。一
个 在 电极周 围的具 有半径 Ｒ的球 形 区域 ， 使 它与 实 际信 号作 用范 围对 信 号产 生 的贡 献 是 等 效 的 ， 即
满 足式 （ １ ） 。
川 （ ， Ｙ ， ） ｄ Ｖ＝川 （ 流 体在 流 场 中切 割 磁感 线 对 信 号 产 生 贡献 的实 际 总 体 区域 ， 为 以 电极 为球 心 的 区 域， 其 半径 尺定 义 为 等 效 半径 ， （ ， Ｙ ， ｚ ）是 流 动 空
面） 的面 平 均 流 速 ， 从 而 计 算 出流 量 值 。 故 在 仿 真
究方 向 ： 流量模 型 ， 流量检测。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｙ ｉ ｌ ｉ １ ９ ３ ０ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ。
一
式（ ２ ） 中 指 的是 截 面 Ａ的面平 均流 速 。而 在仪 表 测 量 时实 际检测 到 的流速 应该 是信 号作 用 范 围 内的 整 体平 均 流速 ， 通过 标 准 装 置 检 定 得 到仪 表 的转 换 系数 ， 可 以把 信 号 作用 范 围 内 的整 体 平 均 流 速 转
１ ． ２ 等 效半径 Ｒ 的定 义 在 流场 中 ， 信 号越 强则 越容 易 被 电极 接 收到 ， 场 内每点 产生 的信 号 大 小 与 流 过该 点 的流 速 有 关 ， 而
插 入式 电磁 流量 计 由于探 头 的插入 导致 流场 分 布发
于点 测量 ， 但用 插 入 管 道 的探 头 即传 感 器 上 的两 个 电极 采集 信号 ， 探 测到 的是 一定 区域 内流体 的信 息 。 现如 今 ， 绝 大部 分 人 采 用 流 体 力学 方 法 （ Ｃ Ｆ Ｄ）
关键词
插入式 电磁流 量计
计算流体力学
信 号作用 范 围
等效半径
中图法 分类号
Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ ；
文献标 志码
Ａ
随着 流量计 量 行 业 的发 展 ， 插 人 式 电磁 流 量计
以其低 成本 、 安 装 维修 方 便 等优 点 广 泛 应 用 于 大 口 径 管 道流 量 的测量 。尽 管插 入式 电磁流 量计 测量 属
