流量測量的目的和意義 流量與電磁感應法的流量測量 電磁感應法的流量測量 電磁流量計的特點 電磁流量計的測量原理和理論 電磁流量計的組成 法拉電磁感應定律 電磁流量傳感器的工作原理 流體的定義和連續介質的形態 壓縮性與膨脹性對電磁流量計測量的影響 表面張力對流量測量帶來的影響 液體的電性質在電磁流量計測量時的表現 電磁流量計權重函數的物理意義 電磁流量計權重函數的實際應用

電磁流量計權重函數的實際應用

電磁流量計權重函數的實際應用
    權重函數是對電磁流量計信號靜電場分布的數學解析提出來的。它的存在使我們能夠從理論上認識電極間感應的流量信號的本質,通過權重函數能夠把電磁場和流速緊密地聯系起來。因此,研究權重函數不僅僅是為了認識它,更重要的是掌握它,應用它。
    根據前面闡明的結論,任意一點流體微元流經測量管內某一點p(x, y,z)時,產生的感應電勢不僅與該點的流速及該點的磁場成正比,而且與該點的權重函數Wy成正比。對于長筒型磁場均勻的流量傳感器,當流速為軸對稱分布時,因權重函數所起的作用正好等效為1,權重函數W對測量管截面產生的感應電勢不起作用,見圖2一10(a)。

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圖2一10各部分平均權重函數

當流速為非對稱分布時,由于權重函數所起的作用不能等效于1,則會帶來測量誤差。我們把圖2一5的權重函數分成圖2一10(b)那樣的四個扇形,每個扇形的權重函數的平均值列于其中??梢鑰吹?,盡管流量不變,當流體集中在電極附近的扇形截面S1或S3通過時,由于電極附近的W值大.因而產生的感應電勢大.造成+ 30%的誤差;如圖圖2一10各部分平均權重函數2一10(b)所示,當流體集中在電極附近的扇形截面S2或S4通過時,由于電極附近的W小,因而產生的感應電勢小,造成一30%的誤差。如圖2- 10(c)所示,假如扇形面以x軸和Y軸分割,每個扇形面積內的權重函數的平均值均等于I。這就是說,當電極斷面內權重函數W=1,電極上的感應信號符合公式2-2。利用這一點,當在電磁流量傳感器的進口端安裝閘閥、旋塞閥或彎頭時,且流經閥、彎頭后的流速在電極軸線與管中心軸成45°角.直管段長度不足因素帶來的誤差較小(參閱六章)。
    對權重函數研究可看出,在工作磁場的有效區域內,測量管中電位積分產生的兩電極間流量信號受流速分布的影響,并不像其他流速式流量儀表對流速分布那么敏感。這就是電磁流量計比其他如渦輪式、渦街式、超聲式、節流裝置差壓式等流量儀表的優越之處。同時,可以應用權重函數的理論來研究解決電磁流量計流速分布非軸對稱問題。

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圖2一11矩形截面的測量管


    通過簡單的數學分析可以證明,在均勻磁場的條件下,應用如圖2一I 1的矩形截面的測量管,能夠作到側量輸出不受流速分布的影響。圖中,矩形截面的測量管的ab和cd邊襯有電絕緣的襯里.bc和da邊的內壁裝有金屬板制成的電極。從圖中可以看出,測量什內的電力線都平行于電極連線,等勢線都垂直于電極連線。所以,各點的權重函數Wy是一個常數。這樣,對于均勻磁場WyB=常數,代人式((2一33)得dE=BvWydτ=cvdτ,式中c為常數。由此可見,矩形管道板式電極間的感應電勢,與斷面的流速積分值成正比.而與斷面內的速度分布無關。
    同樣,我們可以設想,對圓形管道傳感器磁場能夠按B = Bo/Wy規律分布(B。為電極所處截面中心處的磁感應強度),即權重函數W值大的地方,設計的磁感應強度B弱一些,W'y小的地方,設計的磁感應強度B強一些,使B ·W=常數C。如圖2一12所示,式(2一31)可得 

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圖2一12權重分布磁場


由此可見,在這樣的分布規律磁場的圓管道中,點電極間的感應電勢與斷面的流速積分值成正比,而與斷面內的速度分布無關。也就是說,按權重磁場分布規律的傳感器,在流體速度改變時,感應電勢只與流速積分值成正比,而與速度的分布無關。這就是所謂的“非均勻磁場電磁流計”的設計思想。

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圖2一13權重函數在Y軸上的分布

    所討論的“非均勻磁場”滿足Wy·B=常數的分布規律是在電極截面X" Y軸坐標范圍內。為了獲得這樣磁場的非均勻分布,對z軸的磁場均勻分布要求變得無意義了。圖2一13是“非均勻磁場”條件下管軸Z方向上Wy的分布情況。從圖中可知,Wy隨著離開電極所在截面的距離(z)增大而迅速衰減,當距離z>0.25D(D是管道直徑)時,Wy實際上達到零。這說明在離電極平面較遠處的管內空間,流體產生的感應電勢對電極間的輸出信號基本上沒有什么貢獻。因此,.非均勻磁場”的傳感器長度可以縮短,從而使整個傳感器的尺寸和體積大大縮小,重量也大大減輕。
    前面分析過,權重函數與流體微元的位置有關,與電極形狀、大小有關。我們也可以通過弧形板狀電極來改善權重函數的分布。圖2一14是弧形板狀電極結構形式傳感器的權重函數分布圖,圖2一15是采用四個點電極結構形式傳感器的權重函數分布(由于對稱,圖中只畫處直角坐標的一個象限)。

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圖2一14弧形板狀電極的權重函數分布

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圖2一15 四電極權重函數


    有了權重函數理論,可以指導設計出不受流速分布影響.或者受流速分布影響較小的電磁流量傳感器結構,大限度地發揮電磁流量計對流速分布不敏感這一優點。當然,利用權重函數的理論,也可以開發電磁流量計新的產品和開拓新的使用領域。非滿管電磁流量計的測量原理,就是流體在管道內的不同液面下,圖2一14弧形板狀電極的權重函數分布依據不同的權重函數產生信號的不同來檢測流速和流體截面積,從而測量流量。再臂如,有一種泥水輸送的管路堵塞預先報警測量系統,就是根據圖2一5所示,量系統,就是根據圖2一5所示原理,當泥水輸送的固體沉淀發生在y軸的方向(即與電極垂直的方向)與沉淀發生在:軸的方向(即與電極相平行的方向)安裝的電磁流量計,相同流量下電極間得到的電勢卻不一樣。按此理論,在同一管路中,安裝一臺電極呈水平狀態的電磁流量計管路和一臺電極呈垂直狀態的電磁流量計.它們所測量的流量比,與管路中固體沉淀的高度成比例,由此可以用來判斷輸送管路堵塞與否。


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