电磁流量计权函数的仿真与实验系统设计

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电磁流量计权函数求解一直是电磁流量计研究领域的研究热点,权函数的求解直接影响到了流量测量的精度。权函数值是一个与被测介质及其流型无关,仅与被测管道结构和电极位置分布有关的量,权函数值的求解是研究单相流或多相流流体流速成不对称分布时流量测量最基本的部分。  当电极对处于不垂直磁场方向的流动横截面内圆周上的任意位置时,权函数相关的理论分析研究较少。基于电磁流量计权函数的理论解析求解、数值仿真求解方面的研究,本文对于电极对处于平行于坐标轴的圆周位置上的权函数的求解研究取得了积极的进展。  为了能够确保Helmholtz励磁线圈产生的磁场在流动区域均匀分布,本文在优化设计电磁流量计励磁线圈结构和励磁方式这两方面进行了研究,在COMSOL Multiphysics中建立Helmholtz仿真模型,对激励的磁场进行分析。为避免电磁流量计的变压器效应和电化学效应,本文采用三值方波作为励磁方式。采用有限元分析法,对电磁流量计仿真模型求解,得到与电极对相对应的每一个微元的权函数值,并与理论求解值比较,验证权函数仿真求解与理论求解具有一致性,在此基础上也验证感应电压信号直接仿真求取和理论求解具有一致性。  本文对测量管道、电极和励磁线圈进行了设计,采用信号处理电路,对测量出来的感应电压信号进行滤波放大处理,使用数据采集卡和LabVIEW SignalExpress软件采集信号。基于过程控制系统,建立电磁流量计流量测量系统,分析电极对间获得的感应电压信号之间是否有干扰,研究感应电压信号的可重复性。  在权函数实验求解方面,本文将内径很小的细管置于测量管道内当作流速微元,管道内其他区域保持静止。使用高斯计测量出励磁线圈间的磁场强度,求解出权函数实验值,并与权函数仿真值进行比较。此外,本文应用 Tikhonov正则化运算法则解决测量截面流速的反求这一不适定问题,采用 Matlab对采集到的信号进行处理,采用反求算法重建流速场,并把测量结果与传统电磁流量计在同一流动条件下的测量结果进行比较,证明基于权函数进行流速剖面重构的合理性。  该论文有图61篇,表45个,参考文献71篇。
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