電磁流量計(jì)干標(biāo)定電磁流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)
摘要：介紹電磁流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)的研究現(xiàn)狀及工業(yè)化應(yīng)用前景，闡述電磁流量計(jì)干標(biāo)定原理。指出如何準(zhǔn)確測(cè)量有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)磁場(chǎng)信息是電磁流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，利用電磁流量計(jì)磁場(chǎng)的交變特性，通過(guò)測(cè)量電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的其他物理量間接獲取電磁流量計(jì)有效區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)信息，是解決此關(guān)鍵技術(shù)的有效途徑，并以此為基礎(chǔ)重點(diǎn)分析了渦電場(chǎng)測(cè)量法與面權(quán)重函數(shù)法這兩種新型干標(biāo)定方法的測(cè)量原理、特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)方法。此項(xiàng)技術(shù)為我國(guó)開(kāi)展電磁流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)的研究及工業(yè)應(yīng)用提供技術(shù)參考。
關(guān)鍵詞：電磁流量計(jì)干標(biāo)定渦電場(chǎng)權(quán)重函數(shù)
0 前言
電磁流量計(jì)作為一種高性能液體流量計(jì)量?jī)x表，具有測(cè)量精度高、量程寬、無(wú)壓損和適合于大口徑計(jì)量等*優(yōu)勢(shì)，其測(cè)量不受流體的密度、粘度、溫度、壓力以及一定范圍內(nèi)的電導(dǎo)率變化的影響[1]，測(cè)量介質(zhì)可以是粘性介質(zhì)、漿液、懸浮液甚至多相流。經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，目前電磁流量計(jì)產(chǎn)品的計(jì)量精度已達(dá)到±0.5%甚至更高，口徑范圍由 3 mm到 4 000 mm[2]，其中直徑 1 m以上的大口徑電磁流量計(jì)產(chǎn)品通常是高性能大口徑液體流量計(jì)產(chǎn)品的。在水利工程、市政建設(shè)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域中，這樣的大口徑電磁流量計(jì)具有非常廣泛的應(yīng)用。
目前，電磁流量計(jì)普遍采用實(shí)流標(biāo)定，標(biāo)定精度一般為±0.2%。該標(biāo)定方法的為可通過(guò)調(diào)整儀表內(nèi)部設(shè)定系數(shù)來(lái)修正由于制造一致性差而引入的誤差，從而降低對(duì)產(chǎn)品制造一致性的要求，因此被絕大多數(shù)電磁流量計(jì)廠(chǎng)家采用。但實(shí)流標(biāo)定存在兩個(gè)缺陷：①大口徑流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定裝置制造價(jià)格昂貴，標(biāo)定成本*。如：實(shí)流標(biāo)定 1.2 m口徑的儀表，需要 250 kw的水泵連續(xù)提供約 1.5 t/s的流量，標(biāo)定時(shí)間約 2～4 h，標(biāo)定裝置造價(jià)約 300萬(wàn)英鎊[3]。②實(shí)流標(biāo)定裝置所產(chǎn)生的流場(chǎng)通常為理想流場(chǎng)，而多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜，流量計(jì)上、下游直管段長(zhǎng)度往往難以達(dá)到要求，從而使流量計(jì)的實(shí)際使用誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)流標(biāo)定裝置上所測(cè)出的誤差。正因如此，許多科學(xué)家熱衷于研究權(quán)重磁場(chǎng)分
布的電磁流量計(jì)，以期實(shí)現(xiàn)流速分布對(duì)測(cè)量精度的影響為零。此外，現(xiàn)有實(shí)流標(biāo)定裝置的測(cè)量介質(zhì)大多為水，因此很難利用現(xiàn)有的實(shí)流標(biāo)定裝置對(duì)多相流、漿液、粘性介質(zhì)等非常規(guī)介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定，在這類(lèi)實(shí)流標(biāo)定裝置上進(jìn)行模擬各種現(xiàn)場(chǎng)工況的流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性研究也十分困難。
基于以上原因，流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)作為一種無(wú)需實(shí)際流體便可實(shí)現(xiàn)流量計(jì)標(biāo)定的技術(shù)，一直被業(yè)界所推崇。超聲波流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)因其測(cè)量原理可追溯性好，被認(rèn)為是四種干標(biāo)定的流量計(jì)。但因干標(biāo)定技術(shù)對(duì)相應(yīng)流量計(jì)產(chǎn)品的一致性要求較高，只有少數(shù)發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家開(kāi)展了相應(yīng)研究。目前，日本已成功實(shí)現(xiàn)渦街流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，并建立了相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《渦流流量計(jì) —流量測(cè)定方法》[4]。在電磁流量計(jì)領(lǐng)域，英國(guó)、俄羅斯兩國(guó)的產(chǎn)品一致性較好，因此其干標(biāo)定方法研究也較為，其中俄羅斯已成功實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。我國(guó)在渦街流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)上做過(guò)探索，重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所于 1990年發(fā)布了《渦街流量計(jì)干標(biāo)定研究工作報(bào)告》 [4]，是我國(guó)在此領(lǐng)域取得的寶貴成果。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的電磁流量計(jì)產(chǎn)業(yè)得到了很好的發(fā)展，電磁流量計(jì)廠(chǎng)家已從 20世紀(jì) 80年代的 4家發(fā)展到目前的 30多家[2]，電磁流量計(jì)技術(shù)水平已接近發(fā)達(dá)國(guó)家，制造水平的提高使不少?gòu)S家的產(chǎn)品一致性得到了本質(zhì)性的改善。因此，開(kāi)展電磁流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)推廣與應(yīng)用的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。
本文將通過(guò)分析電磁流量計(jì)的測(cè)量原理，闡明電磁流量計(jì)干標(biāo)定的原理及困擾其實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，分析解決這一關(guān)鍵技術(shù)的有效途徑及基于這一思想的兩種實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)其技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)
行評(píng)述。
電磁流量計(jì)干標(biāo)定原理及關(guān)鍵技術(shù)
1.1 電磁流量計(jì)測(cè)量原理
電磁流量計(jì)測(cè)量原理如圖 1所示，管道內(nèi)流動(dòng)的導(dǎo)電液體切割磁力線(xiàn)，將在兩端電極間產(chǎn)生電勢(shì)差δu，δu與磁通量密度 b、液體流速 v符合弗來(lái)明右手定則 [2]。只要管道內(nèi)部流場(chǎng)理想、磁場(chǎng)穩(wěn)定， δu的大小與管道內(nèi)介質(zhì)平均流速成嚴(yán)格的線(xiàn)性關(guān)系，從而通過(guò)測(cè)量 δu的大小可確定管道內(nèi)介質(zhì)流量。
圖 1 電磁流量計(jì)測(cè)量原理
電磁流量計(jì)由一次傳感器及二次儀表組成，二次儀表為一次傳感器提供勵(lì)磁電流，以通過(guò)一次傳感器內(nèi)的勵(lì)磁線(xiàn)圈建立測(cè)量所需的磁場(chǎng)。一次傳感器將介質(zhì)實(shí)際流量轉(zhuǎn)換為電極間電勢(shì)差，由二次儀表將電極間電勢(shì)差轉(zhuǎn)換為顯示流量。
1.2實(shí)流標(biāo)定技術(shù)
電磁流量計(jì)的實(shí)流標(biāo)定通常分為整機(jī)標(biāo)定與分離標(biāo)定兩種。整機(jī)標(biāo)定即將一次傳感器與二次儀表裝成整機(jī)后在實(shí)流標(biāo)定裝置上進(jìn)行標(biāo)定，獲取整機(jī)轉(zhuǎn)換系數(shù)，修正儀表設(shè)定系數(shù)，完成標(biāo)定；分離標(biāo)定即將一次傳感器與二次儀表分開(kāi)標(biāo)定，相應(yīng)獲取一次傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù) kp1與二次儀表的轉(zhuǎn)換系數(shù) kp2，兩者相乘得到整機(jī)轉(zhuǎn)換系數(shù)，修正儀表設(shè)定系數(shù)，完成標(biāo)定。kp1與 kp2的含義如式(1)、(2)所示
δu
p1k =fq (1) d p2 qk u = δ (2) 式中 kp1——一次傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù) kp2——二次儀表轉(zhuǎn)換系數(shù) δu ——電極間電勢(shì)差 qf ——介質(zhì)實(shí)際流量 qd ——儀表顯示流量
相對(duì)于整機(jī)標(biāo)定，分離標(biāo)定可實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)的互換，因此被許多廠(chǎng)家所采用，但對(duì)產(chǎn)品的一致
性要求也相對(duì)提高。
1.3 干標(biāo)定原理及關(guān)鍵技術(shù)
智能電磁流量計(jì)的干標(biāo)定采用分離標(biāo)定，與實(shí)流分離標(biāo)定不同的是：其一次傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù)的獲取無(wú)需實(shí)際流量通過(guò)，而二次儀表轉(zhuǎn)換系數(shù)的獲取與目前許多國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家分離標(biāo)定中采用的模擬器標(biāo)定方法并無(wú)兩樣。因此，以下主要針對(duì)電磁流量計(jì)一次傳感器的干標(biāo)定技術(shù)展開(kāi)論述。
通常由于被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率不是很高 (例如水和電解質(zhì))，介質(zhì)流動(dòng)產(chǎn)生的二次磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量管道內(nèi)磁場(chǎng)的影響可以忽略，因此有效區(qū)域內(nèi)任意一個(gè)介質(zhì)微元切割磁力線(xiàn)在電極間產(chǎn)生的電勢(shì)差可用式(3)表示
us vbw
. =×. (3)
式中 v——介質(zhì)微元運(yùn)動(dòng)速度
b——介質(zhì)微元所在位置磁通量密度
w——介質(zhì)微元所在位置體權(quán)重函數(shù)，物理含
義為：該介質(zhì)微元切割磁力線(xiàn)所產(chǎn)生的
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)兩電極間的電位差所起
的作用大小，其數(shù)值由幾何位置、管道
結(jié)構(gòu)、電極距離與尺寸決定
δus ——單個(gè)介質(zhì)微元切割磁力線(xiàn)所產(chǎn)生的電極間電勢(shì)差對(duì)δus在電磁流量計(jì)整個(gè)有效測(cè)量區(qū)域 τ內(nèi)積分，便可獲得電極間電勢(shì)差δu，如式(4) δ=u vbw.dτ (4)
∫τ ×
由式(4)可知，若能獲知電磁流量計(jì)有效區(qū)域 τ內(nèi)各點(diǎn)磁通量密度 b與體權(quán)重函數(shù) w，無(wú)需實(shí)際介質(zhì)便可求得各種流速分布下電極間電勢(shì)差的大小，從而實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)一次傳感器的干標(biāo)定。通常，體權(quán)重函數(shù)w表達(dá)式可利用 green函數(shù)g求解電磁流量計(jì)基本微分方程獲得[5]，其數(shù)值只與幾何位置、管道結(jié)構(gòu)、電極距離與尺寸相關(guān)，只需測(cè)量管道結(jié)構(gòu)、電極距離與尺寸便可獲得整個(gè)有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)體權(quán)重函數(shù)的數(shù)值大小，但要準(zhǔn)確獲取有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)磁通量密度 b顯然不那么容易，利用探針逐點(diǎn)測(cè)量有效區(qū)域 τ內(nèi)三維磁場(chǎng)等方式已被證明無(wú)法滿(mǎn)足干標(biāo)定的高精度要求。因此，如何準(zhǔn)確地獲取有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)磁場(chǎng)信息便成為了困擾電磁流量計(jì)干標(biāo)定技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。
2 干標(biāo)定有效途徑及兩種實(shí)現(xiàn)方法
為了準(zhǔn)確地獲取有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)磁場(chǎng)信息，逐點(diǎn)測(cè)量的方式顯然行不通。目前解決此關(guān)鍵技術(shù)的
有效方法為：利用電磁流量計(jì)磁場(chǎng)的交變特性，通過(guò)測(cè)量電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的其他物理量間接獲取電磁流量計(jì)有效區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)信息。這樣，無(wú)需直接測(cè)取電磁流量計(jì)內(nèi)部磁場(chǎng)，甚至無(wú)需求解體權(quán)重函數(shù) w便可實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)的干標(biāo)定。英國(guó) hemp[3, 6]提出的渦電場(chǎng)測(cè)量法與俄羅斯 velt[7-10]提出的面權(quán)重函數(shù)法正是基于這種思想：前者通過(guò)檢測(cè)由磁場(chǎng)交變產(chǎn)生的渦電場(chǎng)強(qiáng)度獲取磁場(chǎng)信息，實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)一次傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù)的測(cè)量，無(wú)需測(cè)量有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)磁通量密度 b與體權(quán)重函數(shù) w；后者利用按面權(quán)重函數(shù)等值線(xiàn)繞制的感應(yīng)線(xiàn)圈與電磁流量計(jì)勵(lì)磁線(xiàn)圈的互感效應(yīng)獲取磁場(chǎng)信息，實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)一次傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù)的測(cè)量，無(wú)需測(cè)量有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)磁通量密度 b。
2.1渦電場(chǎng)測(cè)量法
2.1.1 測(cè)量原理
渦電場(chǎng)法的理論基礎(chǔ)為：智能電磁流量計(jì)測(cè)量過(guò)程中，交變的磁場(chǎng)將伴隨產(chǎn)生渦電場(chǎng)，該電場(chǎng)不受流速分布的影響，通過(guò)測(cè)量電磁流量計(jì)電極所在位置渦電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)取一次傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù)。當(dāng)一次傳感器管段內(nèi)速度分布平坦時(shí)，對(duì)于正弦信號(hào)勵(lì)磁磁場(chǎng)的一次傳感器，有效區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)的速度 v、電勢(shì) u以及渦電場(chǎng)強(qiáng)度在管段軸向方向的分量 e有如式(5)所示關(guān)系，對(duì)于矩形脈沖信號(hào)勵(lì)磁磁場(chǎng)則如式
(6)所示[6] z i eu v ω=. (5) 式中 ω——正弦勵(lì)磁信號(hào)角頻率 1 u v t . .ze=. (6)
由于目前電磁流量計(jì)普遍采用矩形脈沖信號(hào)勵(lì)磁，本文只針對(duì)矩形脈沖信號(hào)勵(lì)磁磁場(chǎng)展開(kāi)討論。
基于以上理論，若將電磁流量計(jì)一次傳感器如圖 2所示豎立放置，管段內(nèi)充滿(mǎn)被測(cè)介質(zhì) (例如水)，磁場(chǎng)交變時(shí)水中也將產(chǎn)生一個(gè)渦電場(chǎng)[3]。
圖 2 渦電場(chǎng)測(cè)量法原理
若在流量計(jì)兩電極處各放入一個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器由絕緣襯底及一對(duì)電極組成，每對(duì)電極間距離為δ，則傳感器電極間將產(chǎn)生電勢(shì)差 e1、e2，如式(7)、(8)所示[3] 1 .u
e1 =ez1 δ = 1 δ (7)
vt
.1 .u
e2 =ez2 δ = 2 δ (8)
v .t 式中 u1, u2 ——傳感器所在位置，即流量計(jì)電極所在位置的電勢(shì) ez1, ez2——傳感器所在位置，即流量計(jì)電極所在位置的渦電場(chǎng)強(qiáng)度
磁通量密度 b、流量計(jì)電極間電勢(shì)差 δu及渦電場(chǎng)傳感器電極間電壓 e1、e2的信號(hào)示意圖如圖 3所示[3]。
圖 3 信號(hào)示意圖
為了去除低頻噪聲信號(hào)的影響，二次儀表常測(cè)取(δu1–δu2)–(δu2–δu3)轉(zhuǎn)換為顯示流量，而非簡(jiǎn)單地測(cè)取(δu1–δu2)或δu1[3]，因此一次傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù) kp1如式(9)所示
( u .δu ) .. u .δu)
. (
12 23
kp1 = (9)π2
dv
4
式中 δu1——正半周期上測(cè)量時(shí)刻為 t1時(shí)，流量計(jì)電極間電勢(shì)差 δu2 ——負(fù)半周期上測(cè)量時(shí)刻為 t2時(shí)，流量計(jì)電極間電勢(shì)差 δu3 ——正半周期上測(cè)量時(shí)刻為 t3時(shí)，流量
計(jì)電極間電勢(shì)差 v——介質(zhì)平坦流速 d——測(cè)量管段內(nèi)徑
聯(lián)立式(7)～(9)便可得到由渦電場(chǎng)傳感器電極間輸出電壓 e1、e2獲得的電磁流量計(jì)一次傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù) kp1的計(jì)算式，如式(10)
41
. .
kp1 = 2 ×∫ 231212()dteet..∫( 1 . 2 )d t
ee
. ttt.
πd δ. .
(10) 從式(10)不難發(fā)現(xiàn)，只要測(cè)取測(cè)量管段內(nèi)徑，并對(duì)傳感器引出的電壓信號(hào)進(jìn)行積分便可得到一次傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)一次傳感器的干標(biāo)定。
2.1.2
技術(shù)特點(diǎn)
渦電場(chǎng)檢測(cè)法可在無(wú)需求解復(fù)雜的體權(quán)重函數(shù)，且無(wú)需逐點(diǎn)檢測(cè)有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)磁通量密度的情況下，實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)一次傳感器的干標(biāo)定。需測(cè)量參數(shù)相對(duì)較少，主要誤差源 [3]為：①由于傳感器電極間距離δ無(wú)法做到無(wú)窮小，而渦電場(chǎng)強(qiáng)度在管段軸方面的分量 ez沿著管段軸方向并非處處相等，因此將引入誤差。②傳感器電極本身的軸向?qū)挾葘⒃黾与姌O間距離δ的不確定性，加大δ所引入的誤差。③傳感器厚度引入的誤差。④傳感器電極及引線(xiàn)等構(gòu)成回路引入噪聲磁通而帶來(lái)的誤差。根據(jù) hemp的理論計(jì)算，對(duì)以上誤差源進(jìn)行理論修正后，此方法的基本誤差可做到小于±0.2%，符合干標(biāo)定的精度要求。
此方法理論模型基于一次傳感器管段內(nèi)速度分布平坦的假設(shè)，而無(wú)法對(duì)非理想流場(chǎng)情況下的一次傳感器精度進(jìn)行檢測(cè)。但在實(shí)流標(biāo)定裝置中，由于有上、下游直管段的保證，一次傳感器管段內(nèi)的流場(chǎng)為*發(fā)展，速度分布趨于平坦，大口徑電磁流量計(jì)在理想狀態(tài)下的速度分布更是如此。因此此方法可避免實(shí)流標(biāo)定裝置的高成本，降低大口徑電磁流量計(jì)的標(biāo)定成本，但無(wú)法克服實(shí)流標(biāo)定的第二個(gè)缺點(diǎn)。此外，在標(biāo)定對(duì)象為小口徑電磁流量計(jì)時(shí)，由于傳感器及其電極尺寸的限制，測(cè)量精度將難以保證，因此此方法只適用于較大口徑電磁流量計(jì)。
2.2面權(quán)重函數(shù)法
2.2.1
測(cè)量原理面權(quán)重函數(shù)法的理論基礎(chǔ)是：按照電磁流量計(jì)一次傳感器有效區(qū)域內(nèi)的某一表面磁場(chǎng)的分布特性來(lái)恢復(fù)整個(gè)有效區(qū)域內(nèi)空間磁場(chǎng)的特性[7]。
因電磁流量計(jì)的測(cè)量通道內(nèi)除勵(lì)磁線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)外沒(méi)有其他外界磁場(chǎng)源，因此磁場(chǎng)可由標(biāo)量磁勢(shì)來(lái)描述，可用通道表面上的標(biāo)量磁位勢(shì)單值地確定整個(gè)有效區(qū)域內(nèi)的標(biāo)量磁位勢(shì)。在半徑為 r的通道內(nèi)定義圓柱坐標(biāo)系如下：一次傳感器通道中心軸為 z坐標(biāo)，半徑方向?yàn)?ρ坐標(biāo)，以電極所在位置為
起點(diǎn)逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)?theta;坐標(biāo)，電極所在位置坐標(biāo)為(z=0; ρ= r; θ= ± π)。相應(yīng)地，電極間電勢(shì)差 δu可用式(11)來(lái)表示[8]
u bwz(, )d
δ=∫θ s (11)
nn
s
式中 wn(z, θ)——面權(quán)重函數(shù) bn——磁通量密度的 s面法向分量 s取通道表面時(shí)，wn(z, θ)的表達(dá)式為[8] 1 bk()
n
(, ) = cos θ
wzθ nn 2π2 n ′()
ki kr
02exp(i)dpkzk+∞=.∞=.σ∫(∞) .1
np
(12) . 1 ..g .g .() =∫ dv.. v. z ik)sin nθ+
bkn ρ vn. n( ρ .ρ. .z .ρ .
..g 1 .g .
′
. θ . v kn( ρ)cos
v ziknθ+
.
..z ρθ .. . 1 .g .g ..
v ik ( ρ)cos nθ kz)
v. ikexp(i
. ρθ. n .
ρ.θ .ρ
. ..
(13) 式中 in ——bessel函數(shù) in ′——bessel函數(shù)導(dǎo)數(shù) g——green函數(shù) vz——流速 v在 z坐標(biāo)方向上的分量 vρ——流速 v在 ρ坐標(biāo)方向上的分量
vθ——流速 v在θ坐標(biāo)方向上的分量
從式(12)不難看出，面權(quán)重函數(shù) wn(z, θ)除了與體權(quán)重函數(shù)一樣由幾何位置、管道結(jié)構(gòu)、電極距離與尺寸決定外，還包含了各點(diǎn)的流速分布信息。我國(guó)從俄羅斯引進(jìn)的“ potok”裝置中， wn(z, θ)被用于按其等值線(xiàn)繞制線(xiàn)圈作為一次傳感器干標(biāo)定所用的 mfc傳感器。按照其操作手冊(cè)，測(cè)量時(shí)以電極所在位置為參考點(diǎn)，將 mfc傳感器對(duì)稱(chēng)地放入通道中，如圖 4所示。
圖 4 面權(quán)重函數(shù)法測(cè)量原理
由于流量計(jì)勵(lì)磁線(xiàn)圈與 mfc傳感器中線(xiàn)圈的互感作用，流量計(jì)磁場(chǎng)交變時(shí)， mfc傳感器將有電壓信號(hào)輸出，如圖 5所示[9]。
圖 5 信號(hào)示意圖
圖 5中 mfc傳感器輸出信號(hào) uout與一次傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù)存在如下關(guān)系
δu ∫
k == k dtu (14)p1outfq
式中 k——修正系數(shù)
式(14)中的積分運(yùn)算由輔助電路完成，修正系數(shù) k可通過(guò)干濕標(biāo)定對(duì)比試驗(yàn)獲得，即以 n(具體數(shù)值由產(chǎn)品一致性決定 )臺(tái)已經(jīng)過(guò)實(shí)流標(biāo)定的一次傳感器為樣本進(jìn)行干標(biāo)定，通過(guò)實(shí)流標(biāo)定數(shù)據(jù)與干標(biāo)定數(shù)據(jù)的對(duì)比，獲取干標(biāo)定所需 k的確切值。經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)修正后的干標(biāo)定裝置可用于對(duì)與樣本同口徑的其他一次傳感器進(jìn)行干標(biāo)定。
2.2.2 技術(shù)特點(diǎn)
面權(quán)重函數(shù)法無(wú)需逐點(diǎn)測(cè)量有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)磁通量密度，但需求解復(fù)雜的面權(quán)重函數(shù) wn(z, θ)。該方法主要測(cè)量參數(shù)為管道結(jié)構(gòu)、電極距離與尺寸，因此其主要誤差源來(lái)自于這些量的測(cè)量以及 mfc傳感器的制造誤差。經(jīng) velt理論計(jì)算，該方法基本誤差可控制在±0.2%以?xún)?nèi)，符合電磁流量計(jì)干標(biāo)定的精度要求。velt以上述理論為依據(jù)，制造了用于工業(yè)應(yīng)用的電磁流量計(jì)及電磁熱量表干標(biāo)定裝置“potok”，在全俄各電磁流量計(jì)企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。“potok”目前已有 8個(gè)系列，測(cè)量口徑從25 mm到4 000 mm，精度達(dá)到 ±0.2%[10]。
由于面權(quán)重函數(shù)法的 mfc傳感器根據(jù)面權(quán)重函數(shù) wn(z, θ)的等值線(xiàn)制得，而 wn(z, θ)包含了流速分布等流場(chǎng)信息，因此可根據(jù)實(shí)際流場(chǎng)制作不同 mfc傳感器，從而完成不同流場(chǎng)情況下的一次傳感器干標(biāo)定。裝置亦可用于漿液、粘性介質(zhì)及流體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性研究，甚至多相流對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量精度影響的研究，彌補(bǔ)了之前指出的實(shí)流標(biāo)定的兩大缺陷，具有較大的學(xué)術(shù)意義與實(shí)用價(jià)值。但裝置使用前需要干濕標(biāo)定對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行修正，從
我國(guó)引進(jìn)的“ potok”裝置來(lái)看，對(duì)比試驗(yàn)工作量較大。
3 結(jié)論
相對(duì)于目前普遍應(yīng)用的實(shí)流標(biāo)定技術(shù)，干標(biāo)定技術(shù)在降低成本、模擬不同流場(chǎng)和介質(zhì)方面具有*的優(yōu)勢(shì)，工業(yè)化應(yīng)用前景廣闊。如何準(zhǔn)確地獲取有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)磁場(chǎng)信息是干標(biāo)定技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵所在。利用電磁流量計(jì)磁場(chǎng)的交變特性，測(cè)量電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的其他物理量間接獲取電磁流量計(jì)有效區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)信息，是實(shí)現(xiàn)干標(biāo)定的有效方法，在此基礎(chǔ)上，分析了基于這一方法的渦電場(chǎng)測(cè)量法與面權(quán)重函數(shù)法的測(cè)量原理、特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)方法。分析表明，渦電場(chǎng)測(cè)量法無(wú)需求解復(fù)雜的體權(quán)重函數(shù)和逐點(diǎn)檢測(cè)有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的磁通量密度，但它只能模擬速度分布平坦的流場(chǎng)情況，無(wú)法對(duì)非理想流場(chǎng)情況下的電磁流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定；面權(quán)重函數(shù)法可避免逐點(diǎn)檢測(cè)有效區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的磁通量密度，能實(shí)現(xiàn)各種流場(chǎng)環(huán)境的模擬，克服了實(shí)流標(biāo)定的兩大缺點(diǎn)，但需要用干濕標(biāo)定對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行修正，對(duì)比試驗(yàn)工作量較大。--擴(kuò)展閱讀：開(kāi)封中儀流量?jī)x表有限公司專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長(zhǎng)徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)的信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)開(kāi)封中儀網(wǎng)站：