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电磁流量计磁场仿真研究 流量计技术指标

时间:2020-07-30    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
摘 要: 一种集流型电磁流量计广泛的应用于井下流量测量等特殊场合,运用有限元软件ansys对这种集流型电磁流量计建立的磁场仿真模型,并建立了这种集流型电磁流量计中流体中含有导磁率高的颗粒状物体时的磁场仿真模型。
关键字: ansys 集流型 电磁流量计 仿真

近年来,电磁流量计的内部的磁场分部情况备受研究人员的关注。金宁德[1-2]等人对外流式的电磁流量计的磁场分布情况进行仿真研究,赵琛、李斌等人对电磁流量传感器鞍状励磁线圈磁场分布的计算方法[3],王经卓对电磁流量计权函数的数值进行仿真与验证[4],邬惠峰等人运用ANSYS对电磁流量计进行建模研究[5]。一种集流型电磁流量计由于其构造的特殊性,被广泛用于石油井下测量以及其它特殊场合。由于集流型电磁流量计构造的特殊性,其内部磁场分部情况比普通结构的电磁流量计的更为复杂,对其内部磁场的分布情况的研究对流量计的设计具有重要的意义。本文运用ansys有限元软件对这种电磁流量计内部磁场敏感场进行建模仿真,并在这种模型下,研究了在电磁流量计中增加部分磁导率不同的颗粒状物质时,电磁流量计内部磁场分布情况。

1 流量计结构与磁场分布仿真

集流型电磁流量计是广泛用于石油井下测量,其在流量计外壳内镶嵌有两个发射磁极和两个接收电极。由于在电磁传感器底部安装有伞式集流器,当流量计位于指定测点后,使集流器张开,以封堵套管和测井仪器之间流体的流动通道,迫使流体全部或绝大部分流经电磁传感器的测量区域,并经上出液口重新流回井筒,井下集流式流量计截面结构如图1中(a)所示。


图1 电磁流量计结构示意图

集流型电磁流量计ANSYS仿真模型如图1中(b)所示。图中,电磁流量计内部水平方向有两个磁极,垂直方向有两个电极;磁极由磁芯和线圈两部分组成,即在每个磁极磁芯的外侧均包裹一层线圈,用来产生交变磁场。仿真时,传感器磁极磁芯的长度为8mm、宽度为4mm,材料为导磁性铁芯;磁芯外层包裹线圈的厚度为1mm,材料为铜丝;电极的长度和宽度均为4mm,材料为不锈钢。螺线管线圈电流加载后,左边磁极外侧为S极,内侧为N极;右边磁极外侧为N极,内侧为S极。

采用magsolv命令对上述外流式电磁流量计磁场分布问题进行静态求解,得到磁感应强度B分布和2D磁通线分布,分别如图2中的(a)和(b)所示。可以看出,在传感器管道内磁场分布较均匀,在靠近磁极表面区域磁力线密集,表示该部分测量灵敏度较高。为了更清晰的了解流量计内部磁感应场的分布情况,建立电磁流量计测量区域的磁感应强度分布场,如图3所示,从仿真磁感应分布图中可以清楚的获得各部分的磁感应强度大小。

2 管道内含磁性物质时电磁流量计磁场分布仿真

为了考察流体中含有的磁性物质时,对电磁流量计磁场分布的影响,ANSYS仿真模型如图4所示的模型。图中,在传感器管道测量区域内设置直径磁性球体,并设定磁性球体的相对磁导率为:μ=10。

对线圈施加载激励电流,并采用esize命令对ANSYS模型进行网格剖分,采用magsolv命令对该含磁性物质时电磁流量计磁场分布问题进行静态求解,得到了磁感应强度B分布和2D磁通线分布,如图5中(a)和(b)所示。

从图5可以看出,磁性物质流经传感器管道测量区域时,磁性物质附近的磁场发生了变化,进而影响测量磁场的整体分布特性。也就是说,流体中的磁性物质同样会对集流型电磁流量计的测量造成影响。将仿真结果数值化显示其分布图如图6所示,从仿真结果可以看出,流体中含有磁物质时,这部分磁感应强度是增大的,是影响整个空间的磁感应强度分布的。

3 结束语

集流型电磁流量计以一种特殊结构在油气井测量方面有广泛的应用,本文对这种特殊结构的流量测量计建立仿真模型,利用有限元的方法对集流式电磁流量计磁场的测定进行了计算机实验仿真,为利用有限元方法在电磁流量计的仿真方法中磁场的仿真测量及其结构优化奠定一定基础。

参考文献:
[1]金宁德,宗艳波,张玉辉,等.四电极电磁流量计磁场分布特性数值模拟[J].工业计量,2009,19(2):2-6.
[2]金宁德,宗艳波,郑桂波,等.注聚井中电磁流量计测量特性分析[J].石油学报,2009,30(2):308-311.
[3]赵琛,李斌,陈文建.电磁流量传感器鞍状励磁线圈磁场分布的计算方法[J].上海大学学报自然科学版,2008,14(1):31-35.
[4]王经卓.电磁流量计权函数的数值仿真与验证[J].仪器仪表学报,2009,30(1):132-137.
[5]邬惠峰,严义,吴红娉.基于ANSYS的电磁流量计建模研究[J].仪器仪表学报,2008,29(2):372-376.
电磁流量计的投用与停用方法

  电磁流量计用于测量导电液体介质流量,介质温度不宜超过120摄氏度,压力不宜超过1.6MPa,不宜在负压状态下使用,流速不得低于0.3m/s,被测介质中不能含有较多的磁铁性物质和气泡,被测流体基本无压损,测量精度可达0.5%,量程比宽为1:20,其测量原理为法拉第电磁感应定理。

  电磁流量计的组成:

  包括传感器变送器和显示单元三部分,传感器安装在管道上,变送器和显示单元单独安装在传感器旁便于观察和维护的地方,二者之间有专用的多芯屏蔽电缆进行电气连接,也可二者组合为一体式。

  电磁流量计的安装要求:

  A、安装地点不能有大的振动源,并应采取加固措施来稳定仪表附近的管道;

  B、不能安装在大型变压器、电动机、机泵等产生较大磁场的设备附近,以免受到电磁场的干扰;

  C、传感器与管道连接时应保证满管运行,可以垂直安装;

  D、变送器外壳、屏蔽电缆、测量本体及两端的管道都要接地,接地极应单独设置,接地电阻应小于10欧姆,不能接到电气或公共接地网上;

  E、要求有前5倍后3倍管道直径的直管段。

  电磁流量计的投用与停用方法:

  A、电磁流量计投用前,应检查其安装是否符合要求、管道是否吹洗干净、压力试验是否已完成;

  B、打开阀门,使液体充满系统,排除残留气体后,接通仪表电源通电预热,关闭阀门使流量计充满静态液体,检查调整零点,重新打开阀门使流量达100%,检查输出是否正确和稳定;

  C、打开上、下游阀门,关闭旁路阀,将流量计投入使用;

  D、流量计停用时,对于易结垢的介质应打开排污阀将流量计中的介质排净,对于易凝固的介质应排净并用低压蒸汽或工厂风进行扫线,保证测量管内不结垢、不残留固体杂质。

标签: 电磁流量计
电磁流量计 电磁流量计的投用与停用方法_电磁流量计
有关玻璃转子流量计的选用

    玻璃转子流量计的主要测量元件为一根垂直安装的下小上大锥形玻璃管和在内可上下移动的浮子;

    当流体自下而上经锥形玻璃管时,在浮子上下之间产生压差,浮子在此差压作用下上升。

    玻璃转子流量计上升的力、浮子所受的浮力及粘性升力与浮子的重力相等时,浮子处于平衡位置。

    因此,玻璃转子流量计的流体流量与浮子上升高度,即与玻璃转子流量计的流通面积之间存在着一定的比例关系,浮子的位置高度可作为流量量度。

 

    玻璃转子流量计根据它的用途和适应范围可分为:

    普通型、带筋维管型,微小流量及小外形型、耐腐型、实验室型、保温型、报警型和耐高压型八个系列。

    按照国家制订的仪表系列型谱,不论哪个系列,多包括从1毫米到100毫米共12个口径数;

    可测量的流量范围是液体(水)0.1毫升/分~40立方米/时,气体(空气)1毫升/分~1000立方米/时。

    玻璃转子流量计用于配套的玻璃转子流量计一般口径不超过10毫米,测量的流量属小流量范围。

    玻璃转子流量计的刻度,是生产厂在本厂条件下用近于理想流体的水和干燥空气作介质标定得到的;

    但在流量计的使用现场,有两种情形不能直接使用它的刻度值:

    一是测量介质不是水和空气,二是测且介质虽为水和空气,但其状态(温度.压力)与刻度状态有别。

    这样,在使用玻璃转子流量计时,为获得正确测量结果,就出现了需要把刻度值进行修正的问题。

    因而,解决好刻度修正,是用好这种仪表的关键。

    玻璃转子流量计广泛应用于化工、石油、轻工、医药、环保、食品及计量测试、科学研究等部门,测量单相非脉动流体(液体或气体)的流量,有较强的耐腐性能;

    可检测酸、碱、氧化剂和其它腐蚀性的气体或液体的流量,适用于化工、制药、造纸、污水处理等行业。

 

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