一种基于管内磁场仿真数值计算的电磁流量计干标定方法.pdf

本发明涉及一种基于管内磁场仿真数值计算的电磁流量计干标定方法。该方法采用三维电磁数值计算程序，通过精确建立励磁线圈模型，计算出励磁线圈在电磁流量计传感器管道内部产生的三维磁场，进一步结合管段几何尺寸及数学模型计算出电磁流量计一次传感器的转换系数，结合模拟器法从而实现电磁流量计的高精度干标定；本方法可避免实流标定所带来的高成本及传统干标定法中需要进行的复杂的空间三维磁场的测量，可实现电磁流量计在不同介质及各种流场环境下的评估与标定。

1.  本发明涉及一种基于管内磁场仿真数值计算的电磁流量计干标定方法。其特征在于：所述方法首先获取励磁线圈的几何参数，并据此精确建立励磁线圈模型，导入三维电磁场数值计算程序，计算出励磁线圈在管道内部产生的三维磁场，进一步结合管段几何尺寸、电极尺寸、电极位置和电磁感应定律计算出电磁流量计一次传感器的转换系数，结合模拟器法实现电磁流量计的高精度干标定；该方法可避免实流标定带来的高成本及传统干标定法中复杂的三维磁场的测量，可实现电磁流量计在不同介质及各种流场环境下的评估与标定。

2.  按照权利要求1所述的一种基于管内磁场仿真数值计算的电磁流量计干标定方法，其特征在于所述励磁线圈的几何参数包括励磁线圈形状、尺寸及其安装位置。

3.  按照权利要求1所述的一种基于管内磁场仿真数值计算的电磁流量计干标定方法，其特征在于所述几何模型根据PC机获得的励磁线圈的几何参数建立。

4.  按照权利要求1所述的一种基于管内磁场仿真数值计算的电磁流量计干标定方法，其特征在于所述磁感应强度分布由三维电磁场数值计算程序计算得到；将所述几何模型导入数值仿真计算程序，结合激励电流大小进行传导电流分布和磁感应强度分布的数值计算，获得磁感应强度的三维分布。

5.  按照权利要求1所述的一种基于管内磁场仿真数值计算的电磁流量计干标定方法，其特征在于所述一次传感转换系数，由电磁场仿真计算程序得到管段内空间三维磁场分布信息，再结合预先已知的电极尺寸、电极位置、管段内径及流速分布信息，计算得到，最后结合模拟器法计算出二次转换系数，完成电磁流量计的干标定。

一种基于管内磁场仿真数值计算的电磁流量计干标定方法
技术领域
本发明涉及应用于电磁流量计的标定方法，尤其涉及一种基于管内磁场仿真数值计算的电磁流量计干标定方法。
背景技术
目前，电磁流量计的标定装置分为实流标定装置和干标定装置两种。实流标定装置由大功率泵站、管道及大型储液罐等构成，以实际流动的液体流过电磁流量计实现标定。现阶段，电磁流量计湿标定方法因其标定原理简单、精确度高而被广泛应用；相反，电磁流量计干标定方法相关理论尚欠成熟，不少研究成果还达不到工业应用的要求。不过电磁流量计干标定具有许多湿标定方法无法比拟的优势，拥有广阔的应用前景，因此国际上许多科研工作者和电磁流量计生产厂家都对这项技术尤为关注。
电磁流量计干标定的概念由英国人Shercliff提出，他建立了电磁流量计基本模型并指出：只要能得到管段内空间三维磁场分布信息、电极尺寸、电极位置、管段内径及流速分布信息，便可计算出一次传感转换系数，从而实现无需实际介质情况下的电磁流量计标定，即电磁流量计干标定。然而，在干标定法提出后的一段时间里，人们无法做到准确获取管段内空间三维磁场分布信息，直接测量三维磁场分布信息显然效率很低而且误差很大。有科技工作者提出将纽曼边界条件下获得的圆柱空间内拉普拉斯方程的解析数学模型引入到电磁流量计三维磁场分布的计算中，只需测量电磁流量计管段内壁上的法向磁通密度分布，便可通过该数学模型计算出空间三维磁场。利用这种原理出现了采用逐点扫描方式的电磁流量计干标定装置(专利号：200610052941.5；200610052942.X)。但无论哪种装置，逐点扫描的方式都意味着复杂的逐点扫描过程并采用笨重的机械驱动机构。浙江大学提出了一种便携式电磁流量计干标定装置(专利号：200810121483.5)，用测量贴纸获取管段内法向磁通密度分布，但是贴纸测量结果严重依赖于其定位精度，且易于损坏贴纸上的传感器，重复利用度不高。
发明内容
本发明提供了一种基于管内磁场仿真数值计算的电磁流量计干标定方法。该方法采用三维电磁场数值计算程序，通过精确建立励磁线圈模型，计算出励磁线圈在电磁流量计传感器管道内部产生的三维磁场，进一步结合管段几何尺寸及数学模型计算出电磁流量计一次传感器的转换系数，结合模拟器法从而实现电磁流量计的高精度干标定；本方法可避免实流标定所带来的高成本及传统干标定法中需要进行的复杂的空间三维磁场的测量，可实现电磁流量计在不同介质及各种流场环境下的评估与标定。
其中，所述励磁线圈的几何参数包括励磁线圈形状、尺寸及其安装位置。
其中，所述几何模型根据PC机获得的励磁线圈的几何参数建立。
其中，所述磁感应强度分布由三维电磁场数值计算程序计算得到。将所述几何模型导入数值仿真计算程序，结合激励电流大小进行传导电流分布和磁感应强度分布的数值计算，获得磁感应强度的三维分布。
其中，所述一次传感转换系数，由电磁场仿真计算程序得到管段内空间三维磁场分布信息，再结合预先已知的电极尺寸、电极位置、管段内径及流速分布信息，计算得到。最后结合模拟器法计算出二次转换系数，完成电磁流量计的干标定。
附图说明
图1是基于管内磁场仿真数值计算的电磁流量计干标定方法的流程图；
具体实施方式
获取励磁线圈形状及其安装位置的各项参数，同时考虑管道的材料参数
(磁导率)、几何尺寸、线圈是否有极靴、线圈的固定螺钉等对磁场的影响，
获得数据后在PC机中精确建立线圈几何模型。在PC机建立几何模型后，将几
何模型导入三维电磁数值计算程序中进行传导电流分布和磁感应强度分布的数值计算。
如图1所示，标定过程分为如下步骤：
一、获取励磁线圈参数。方法可有多种：如直接从设计图纸获得励磁线圈的位置分布，线圈几何参数；或者在无法直接从厂家直接获得线圈各项参数时，利用机器视觉系统获取励磁线圈图像，通过图像分析获得励磁线圈各个建模参数。
二、励磁线圈几何建模。在得到线圈参数之后，用几何建模程序进行励磁线圈的模型重建，并将其导入到三维电磁数值计算程序中。
三、三维电磁场数值计算。在三维电磁数值计算程序中进行励磁线圈传导电流分布和磁感应强度分布的数值计算，通过调节模型有限元网格使其达到快速收敛，并取其收敛最佳的迭代次数获取励磁线圈感应磁场的准确计算结果，保证仿真计算的准确性。
四、计算传感器一次转换系数。用电磁场仿真计算的方法得到管段内空间三维磁场分布信息后，再结合预先已知的电极尺寸、电极位置、管段内径及流速分布信息，便可计算出一次传感转换系数。要完成电磁流量计的干标定，还需要实现电磁流量计二次转换器的干标定。目前电磁流量计的二次转换器的干标定普遍采用模拟器法，即以模拟器输出模拟一次传感器的输出。实现二次转换器的标定，模拟器法现已十分成熟，因此本发明沿用此方法。最后实现电磁流量计的干标定，如附图1所示。
综上所述，本发明可用于任意线圈形状，任意管径大小，任意管道形状的电磁流量计的干标定。
以上对本发明及其实施方式的描述，并不局限于此，附图中所示仅是本发明的实施方式之一。在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案类似的结构或实施例，均属本发明保护范围。