电磁流量计实际运用中管道对其精度的影响

　　摘要：利用有限元软件ANSYS对电磁流量计中非导电物体的存在进行了模拟，研究了不同内径管道对电磁流量计响应特性的影响。设计了测量两相流时电磁流量计传感器电极的尺寸。提供了一定的参考，也为电磁流量计测量一定直径下两相流的误差分析提供了理论依据。

前言

　　电磁流量计是一种利用电磁感应原理进行测量的仪表。当应用于多相流时，电磁流量计具有独特的优点，例如对流速分布不敏感，以及管道中的流动组件畅通无阻[1]。近年来，电磁流量计逐渐开始应用于某些特殊领域的多相流速测量。许多学者已经开始研究电磁流量计在多相流测量中的应用。张小璋在简化的二维模型[2-3]下，当单个气泡处于流量计管轴和截面的不同位置时解决了虚拟电流的分布，以及当电磁流量计的三维虚拟电流时液体含有气泡。研究了这些特征[4];宰。 Euncha等。使用两个流量计来计算空隙率[5];王月明等用电磁流法测量油气的多相流动。一系列研究[6-9]。

　　本文采用有限元软件ANSYS建立电磁流量计中非导电物体的仿真模型。在该模型下，研究了流量计传感器的管径和非导电材料的尺寸对流量计敏感区域的影响。研究结果可为电磁流量计在一定直径下的两相流测量误差提供一定的分析依据。

1、敏感的场灵敏度定义

　　当导电流体流过施加的磁场时，切割磁场移动。根据法拉第电磁感应定律，通过测量感应电动势的值来获得流体速度和流速。这是用于测量流量的电磁流量计的基本原理。当非导电物质出现在流体中时，感应电动势的分布发生变化。电磁流量计的基本方程：

　　其中：U是两极之间的潜在差异; A是空间的整体; W是矢量加权函数，它是仅由电磁流量计本身的结构决定的量，其表达式为

　　虚电流是电磁流量计理论中的重要数量。它决定了电磁流量计测量区域的权重函数的分布[4]。它还决定了电磁流量计内部敏感区域的分布。

　　为了定量检查电磁流量计的内部非导电物质对电磁流量计敏感场分布的影响，c是敏感场灵敏度，其定义如式（3）所示：

　　为了清楚地描述当电磁流量计中的流体中存在非导电物质时电磁流量计的响应特性，灵敏度场灵敏度c用于表征响应结果。

2、仿真模型和仿真实验

2.1、仿真模型

　　模拟实验在ANSYS环境中进行。为了检验电磁流量计传感器中不同管径对流量计中非导电材料的流量响应特性的影响。仿真模型是垂直立管。如图1所示，ANSYS仿真模型仅对电磁流量计中的流体进行建模。两个电极的中心称为x轴，两个电极分开2R，流体中心轴称为y轴，x轴和y轴形成笛卡尔坐标系。两个轴的交点是坐标原点，仿真模型的高度设置为10R（即y轴为-5R到5R），如图1所示。电极的两端给定一定的电压值，一定半径的非导电材料从流体底部进入，并随着上升的流体沿y轴向上移动。模拟实验从y轴测试电磁流量计中流体的虚拟电流。 4.5R到4.5R每0.5R收集一次模拟数据。通过分析，得到了当不同半径管道或不同电极尺寸存在相同半径的非导电材料时，电磁流量计对流量计响应特性的影响。

电磁流量计ANSYS仿真模型

2.2、模拟实验

　　在模拟实验中，通过电磁流量计的非导电材料的尺寸设定为恒定，流量计内径的直径设定为0.8R，R，1.2R，1.4R，1.6R ，流量计流体中的设定半径为0.1R的非导电材料通过电磁流量计的中心轴来检查电磁流量计中流体的虚拟电流，以获得相同尺寸不导电的影响不同半径管道电磁流量计敏感区域内流体中的物质。

　　为了节省空间，这里只显示了其中一个实验的部分仿真，如图2所示。从仿真结果可以看出，不同的管径对电磁的虚拟电流分布有一定的影响。流量计，但这些分布的模拟结果不能在数值上给出电极尺寸和管径变化对流量计敏感区域的影响。描述情况的大小。仿真数据将通过仿真结果分析中的灵敏度场灵敏度c进行分析。

当电磁流量计的直径为R时的敏感场分布图

3、仿真结果分析

　　为了彻底检查管的灵敏度对流量计敏感磁场灵敏度的影响，使用敏感磁场灵敏度c分析每个模拟实验并比较实验结果。

　　图3不是同直径内径管的灵敏度与流量计敏感区域之间的关系，横轴表示非导电物质在电磁流量计的y轴上的位置，纵轴表示敏感的场灵敏度。 C。当图中的线分别代表不同的测量管直径时，不同位置的非导电材料的灵敏度场灵敏度c的变化。

　　对于具有一定半径的非导电材料（在这种情况下为0.1R），管的半径越大，非导电物质对电极附近的电磁流量计的敏感场灵敏度c的响应特性越小。 （y轴坐标原点），模拟实验还可以说，当电磁流量计管道半径变小时，非导电物质对电磁流量计灵敏场灵敏度的影响相对较快靠近电极（y轴坐标原点）;当流量计管道半径变大时，不导电物质对电磁流量计敏感磁场灵敏度的敏感性在电极附近变慢。仿真实验可以得出结论，当电磁流量计电极固定时，电磁流量计的两相流量测量精度（灵敏度场灵敏度响应）可以根据测量流体中非导电物质的大小来估算。电磁流量计管道的半径。为电磁流量计测量两相流的传感器误差分析提供了一定的分析依据。

不同尺寸和内径管道的电磁流量计灵敏度图

4、结论

　　本文采用有限元软件模拟了流体中含有非导电材料时电磁流量计的敏感场响应特性。 通过该模型分析了流量计管道内径与流量计敏感场灵敏度响应之间的关系。 研究结果为电磁流量计在一定直径下的两相流测量误差分析提供了理论依据。