一种基于旋转磁场的多电极电磁流量测量方法的研究

论文摘要

电磁流量计经过几十年的发展，已经成为一种成熟的流量测量仪表，被广的应用于工程测量及实验研究中。但是，传统的电磁流量计只能测量轴对称流的平均流速，在非轴对称流情况下，将产生较大的测量误差。流型非轴对称性越严重，误差越大。而现代工业过程及实验研究不仅需要测量流体在各种流型下的平均流速，而且希望能够实现在线流速廓形可视化。由此，基于此背景提出了多电极电磁流量计流量测量方法。本文在综述电磁流量计和层析成象技术研究现状及发展趋势的基础上，对多电极电磁流量计进行了较深入的理论分析、数值计算。提出了旋转磁场和多电极相结合的流量测量方法。本文介绍了传统电磁流量计的工作原理，在麦克斯韦方程组的基础上对电磁流量计的测量理论进行了详细的推导，得出了电磁流量计的基本微分方程；针对传统流量计对非对称流型不能够准确测量的缺点，提出了采用旋转磁场和多电极相结合的方法对流量进行测量；通过分析计算多电极电磁流量计的权重函数，定性的证明了多个电极的测量方法可以消除对流型的不敏感性；详细的分析和计算了旋转磁场励磁系统各个电磁参数的计算，以及利用DDS技术产生励磁系统所需要的激励信号，即三相正弦波励磁信号；最后，分析推导了旋转磁场计算过程。通过matlab仿真软件仿真实现了旋转磁场的分布情况，验证了旋转磁场、多电极电磁流量计对流型的不敏感性，本研究为实现非对称流流速测量、流型可视化进行了有益的探索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景、目的及意义
• 1.2 课题国内外研究现状
• 1.2.1 传统电磁流量计发展概况
• 1.2.2 多电极电磁流量计发展概况
• 1.2.3 过程层析成像技术简介
• 1.3 论文研究内容及组织结构
• 1.3.1 本文主要研究内容
• 1.3.2 本文的章节安排
• 2 传统电磁流量计测量原理及理论
• 2.1 传统电磁流量计的工作原理
• 2.1.1 传统电磁流量计的基本组成
• 2.1.2 法拉第电磁感应定律
• 2.1.3 电磁流量计传感器的工作原理
• 2.2 传统电磁流量计测量理论
• 2.2.1 基础理论
• 2.2.2 传统电磁流量计测量的基本微分方程
• 2.2.3 求解感应电动势过程分析
• 2.3 本章小结
• 3 多电极电磁流量计的工作原理
• 3.1 多电极电磁流量计的测量原理
• 3.2 多电极电磁流量计的权重函数
• 3.3 本章小结
• 4 旋转磁场励磁系统的设计
• 4.1 旋转磁场、多电极电磁流量计系统结构
• 4.2 励磁系统
• 4.2.1 励磁方式的选择
• 4.3 励磁信号的产生
• 4.3.1 DDS 的工作原理
• 4.3.2 三相正弦波的产生
• 4.3.3 逻辑时序仿真
• 4.4 励磁系统主要电磁参数的计算
• 4.5 实际励磁系统各电磁参数的计算
• 4.6 旋转磁场的实现
• 4.6.1 圆形旋转磁场的理论推导
• 4.6.2 旋转磁场的仿真
• 4.7 本章小结
• 5 流量测量方法可行性验证
• 5.1 平均流速分布
• 5.2 流速重建
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢