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dn80泥漿流量計的測量原理及實踐當中遇到的難題與優（yōu）化
點擊次數：1939 發（fā）布時間：2020-08-12 15:09:05
摘要：為了提高dn80泥（ní）漿流量計的準確度和穩定性（xìng），簡述了勵磁線圈的結構、新材料和新工藝 ；討論了勵磁線圈在設計、製造及裝配中對dn80泥漿流量計的影響，指（zhǐ）出了dn80泥漿流量計在設計時的注意事項。
dn80泥漿流量計因其特殊的結（jié）構（gòu）形式，致使其抗幹擾能力較弱、準確度偏低以及瞬時流量波動過大等不良現象（xiàng），但便於安裝、造價低廉、普遍應用於大管道等特點而存（cún）在。為了發揮其優勢，消（xiāo）除其不利因素，對其內部結構及其相關技術（shù）參數進行優化設（shè）計，從而使其準（zhǔn）確（què）度（dù）能夠達到 ±1% FS，使抗幹擾能力得到*大（dà）地增強。本（běn）文主要通過優化（huà）設計、選擇材料和試驗，使dn80泥漿流量計的穩定性和準確度大幅（fú）度提（tí）高，並提出解決措（cuò）施，對實際（jì）應用具有（yǒu）參考價（jià）值。分析與研究程序圖如圖 1 所示。
1 測量原理
根據法拉*電（diàn）磁（cí）感應定律的工作原理，也就是液態導體在磁（cí）場中做切割磁力線運動時，對導體內產生感應電動勢（Es）的分布進行分析，研究磁場（chǎng）分布（bù）的影響規律，在保證高準確（què）度、高可靠性和抗幹擾（rǎo）能力強、瞬時流量波動範（fàn）圍小的前提下，尋求寬範圍流量測量時*優的dn80泥漿（jiāng）流（liú）量計。
dn80泥漿流（liú）量計測量液體的流量時，液體為導電液體，電導率應大於（yú） 5μs/cm，流體流過垂直於流動（dòng）方向的磁場導電液體的流動感應出平均流速，從而獲得與流體的體積流量成正（zhèng）比的感應電動勢（Es），感（gǎn）應電（diàn）動勢方（fāng）程為：
Es=BDV×10 -4
式中：Es--- 電動勢，伏特（V）
B---- 磁感應強度，特（tè）斯（sī）拉（T）
D---- 測量管內徑，厘米（cm）
V---- 被（bèi）測液體平均（jun1）流速，米 / 秒（m/s）
因dn80泥漿流量計與一般的法蘭管道（dào）式電磁流量計有很大的不（bú）同，dn80泥漿流量計的傳感器（qì）外側形（xíng）成發射磁場，測量電*在（zài）傳感（gǎn）器的（de）端部，故（gù）此根據尼庫接磁（NIKURADS）原理，測量導電液體流量時（shí），導電流體流過垂直於流動方向的磁場導電（diàn）液體（tǐ）的流動感（gǎn）應出平均流速，從而（ér）獲得與流體的體積流量（liàng）成（chéng）正比的感應電動勢，感應電動勢信號被（bèi）兩個與流體（tǐ）相接觸的（de）電*檢測出來，在轉換（huàn）器（qì）中顯示瞬（shùn）時流量和累計流量，並通過轉換器轉換成標準電信號輸出到上位機，即 4mA ～ 20mA DC，如圖 2 所（suǒ）示。
dn80泥（ní）漿流量計的測量探頭測得管道內部特定位置（zhì）（管道內徑的 1/8 處）的局（jú）部流速，以確定管道流速，dn80泥漿流量（liàng）計的（de）傳感器是在測量探頭外（wài）側形成外發射磁場，測（cè）量電*在傳感器的端部。
基（jī）於以上目的，為了降低外發射磁場的（de）電磁流速傳感器所產生的感應信號受信號流體和（hé）磁場的邊界層厚度影響（xiǎng），會降低測（cè）量的線（xiàn）性度，通過一體化（huà）的特殊優化設計，在外徑為：Ф47mm（因為需要使用 2 〃螺紋球閥，球閥通孔直徑為（wéi）：50mm 的緣故（gù）），內（nèi）徑為：Ф40mm，長度為：77mm的空間內進行布（bù）置各個相關零、部件（兩個電*、兩個電*加長杆，勵磁線圈部件），應用法拉*電磁感應定律和尼庫接磁（NIKURADS）原理，將磁感應強度充分發揮，達到（dào）高準確度、高可靠性、寬範圍的流體測量，同時采用新（xīn）材料（liào）、新工藝，該結構（gòu）還具有耐高溫，並且適用於大（dà）口徑管道的流體測量等（děng）特性。
通過大量的試驗，對探頭端部外型結構亦（yì）采用特殊設計（jì），從而消除兩個電*之間的擾流現象，同時亦消除因通電產生磁場，導致兩個電*吸附介質中的鐵屑而影響測量精度和（hé）死區效應，增強了輸出信號的穩（wěn）定性，從而提高傳感器準確度（dù）和抗（kàng）幹擾（rǎo）性。通過結構的優化設計，使用壽命更長，dn80泥漿流量計探頭局部（bù），如圖 3 所示（shì）。
2 實（shí）踐當中遇到的實際難題
在生產實踐中，發現剛（gāng）剛纏繞完畢的勵磁（cí）線圈，由於（yú）摩擦生熱的原因，直接（jiē）進行測量阻值時，阻（zǔ）值往往大於理論計（jì）算值（1Ω ～ 2Ω）。當勵磁（cí）線圈在自然環境中失效幾個小時後（hòu），勵磁線圈的阻值恢（huī）複到理論設計值。從而推（tuī）論，含有勵磁（cí）線圈（quān）的dn80泥漿流量（liàng）計受現場管道介質溫度的影響非常（cháng）大，致使dn80泥漿流量計的轉換器內的技術參數發生變化，影響其（qí）過程控製（zhì）的準確度，而（ér）且瞬時流量波動過大。
其（qí）原因是：勵磁線圈的阻值及匝數是按照常（cháng）溫狀（zhuàng）態下進（jìn）行設計的，而含有勵磁線圈的dn80泥漿（jiāng）流量計經（jīng）常是高（gāo）於常溫狀態下進行安裝、使用（如：高爐回水、供熱管道等），勵（lì）磁線圈的（de）阻值隨使用環境溫度（dù）的變化而變化，致使dn80泥漿流量計測量時的準確度大為降低，性能（néng）的不確定性大為增加，為了保證（zhèng）儀表的高準確度和穩定性，在不同的季（jì）節（主要是環境溫度和介質（zhì）溫度），經過大量模擬現場實際情況的試驗，並結合轉換器的技術參（cān）數要求，得出一個完善的勵磁（cí）線（xiàn）圈各（gè）種技術參數。模擬（nǐ）現（xiàn）場試驗裝置（zhì）如圖 4 所示。
試驗方法：*先，把dn80泥漿（jiāng）流量計和溫度傳感器按照（zhào）圖中所示固定在自動加（jiā）熱箱體中；其次，把dn80泥漿流量計的勵磁線圈的引線（聚四氟乙烯屏蔽線）與萬用表測量阻值端鈕相連接，並（bìng）把檔位定格在 200Ω 刻度（dù）線上；同時（shí）把溫（wēn）度傳感器（PT100 鉑電阻）的引線與溫度顯（xiǎn）示器相連接。
經檢查無誤後，經過大約 10min，記錄此時水箱中水的溫度，然後接通 220V AC 電源，自動電加熱箱體內的水進行（háng）升溫，以水每升高 5℃，記錄一（yī）次萬用表顯示的阻值，記錄直至水溫（wēn）達到 100℃時的阻值。
試驗數據如下：
為了滿足現場（chǎng）管道高溫介質對dn80泥漿流量計測量準確（què）度（dù）的影響，探頭勵磁線圈的阻值在環（huán）境溫度（T=15℃時），按照理論計算值進行纏繞，為 60Ω±0.5Ω，漆包圓繞組線直徑（jìng）：Φ=0.21mm，經（jīng）過多次升高介質（自來水）溫度進行試驗，勵磁線圈的電阻值與溫度的變化數據表示如下：
1）2018 年 12 月份（fèn）北方（fāng）的冬季，室溫（wēn）：15℃～ 20℃內進行*一次（cì）試驗，升溫試驗（yàn）時間共 75min。
勵磁線圈的電阻值（zhí）與溫度（dù）的變化數據表示如下（xià）：
水溫：15℃時， 勵磁線圈阻值（zhí）：R=60.2Ω
水溫：20℃時， 勵磁線圈阻值：R=61.3Ω 阻值（zhí）升高1.1Ω
水溫：25℃時， 勵磁線圈阻值：R=62.5Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：30℃時， 勵磁線圈阻值：R=63.8Ω 阻值升高1.3Ω
水溫（wēn）：35℃時， 勵磁線圈阻值：R=64.9Ω 阻值升高（gāo）1.1Ω
水溫：40℃時， 勵磁線圈阻值（zhí）：R=66.4Ω 阻值升高1.5Ω
水溫：45℃時， 勵（lì）磁線圈阻值：R=67.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：50℃時， 勵磁線圈阻值：R=68.8Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：55℃時， 勵磁線圈阻值：R=70.0Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：60℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值（zhí）：R=71.1Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：65℃時， 勵磁線（xiàn）圈阻值（zhí）：R=72.2Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：70℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值：R=73.4Ω 阻值升高1.2Ω
水溫（wēn）：75℃時， 勵磁線圈阻值：R=74.5Ω 阻值升（shēng）高1.1Ω
水溫（wēn）：80℃時， 勵磁線圈（quān）阻值：R=75.4Ω 阻值升高0.9Ω
水（shuǐ）溫：85℃時， 勵磁線圈阻值：R=76.6Ω 阻（zǔ）值升高（gāo）1.2Ω
水溫：90℃時， 勵磁線圈阻值：R=77.9Ω 阻值（zhí）升高1.3Ω
水溫：95℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值：R=78.9Ω 阻（zǔ）值升高1.0Ω
水溫（wēn）：100℃時，勵磁線圈阻值 R=81.4Ω 阻值升高2.5Ω
*一次試驗結論：水（shuǐ）溫（wēn）從 15℃升到 100℃時，每升高5℃，勵磁線圈的電阻值平均增大 1.247Ω。
2）勵磁線圈完全處於室溫：15℃～ 20℃狀態下，24h後進行（háng）*二次試驗，升溫試驗時間共 80min。
勵磁線圈的電阻（zǔ）值（zhí）與溫度的變化數（shù）據表示如下（xià）：
水溫：6℃時，勵磁（cí）線圈阻值：R=58.8Ω
水溫（wēn）：10℃時， 勵磁線圈阻值：R=59.8Ω 阻值升高1.0Ω
水（shuǐ）溫：15℃時， 勵磁線圈阻值：R=60.2Ω 阻值升高0.4Ω
水溫：20℃時， 勵磁線圈阻值：R=61.5Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：25℃時， 勵磁線圈阻值：R=62.8Ω 阻值（zhí）升高1.3Ω
水（shuǐ）溫：30℃時（shí）， 勵磁線圈（quān）阻值：R=63.8Ω 阻值升高1.0Ω
水溫：35℃時， 勵磁線圈阻值：R=65.0Ω 阻（zǔ）值（zhí）升高1.2Ω
水溫：40℃時， 勵磁線圈阻值：R=66.2Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：45℃時（shí）， 勵磁線圈阻值（zhí）：R=67.0Ω 阻值升高0.8Ω
水溫：50℃時， 勵磁線圈阻值：R=68.7Ω 阻值升高1.7Ω
水溫：55℃時， 勵磁線圈（quān）阻值：R=69.9Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：60℃時， 勵磁線圈阻值：R=71.2Ω 阻值（zhí）升高1.3Ω
水溫：65℃時， 勵（lì）磁線圈阻值：R=72.3Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：70℃時， 勵磁線圈阻值：R=73.2Ω 阻值升高0.9Ω
水溫：75℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=74.7Ω 阻值（zhí）升高1.5Ω
水溫：80℃時， 勵（lì）磁（cí）線圈阻值：R=75.8Ω 阻值升高1.1Ω
水（shuǐ）溫：85℃時， 勵磁線圈阻值：R=76.7Ω 阻值升高0.9Ω
水（shuǐ）溫：90℃時， 勵磁線圈阻值：R=77.9Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：95℃時， 勵（lì）磁線圈阻值：R=79.1Ω 阻值（zhí）升高1.2Ω
水溫：100℃時，勵磁線圈阻（zǔ）值：R=81.2Ω 阻值升（shēng）高2.1Ω
*二次試（shì）驗（yàn）結論：水（shuǐ）溫（wēn）從 15℃升到 100℃時，每升高5℃，勵磁線圈的電阻值平均增大（dà） 1.179Ω。後又在（zài）本季節多次進行試驗，試驗結果大（dà）體相似。
3）2019 年（nián） 7 月 12 日星期（qī）四上午 8 ：15 開始試驗，試驗室（shì）溫：25℃～ 30℃內進行*三次（cì）試驗，升溫試驗時間共30min。
勵磁線圈（quān）的（de）電阻值與溫度的變（biàn）化數據表示如下：
水溫：20℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=61.4Ω
水溫：25℃時， 勵磁線圈阻值：R=62.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：30℃時， 勵磁線（xiàn）圈阻（zǔ）值：R=63.8Ω 阻值升高1.3Ω
水溫（wēn）：35℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值：R=64.9Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：40℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=66.4Ω 阻值升高1.5Ω
水溫：45℃時， 勵磁（cí）線圈（quān）阻值：R=67.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：50℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值：R=68.8Ω 阻值（zhí）升高1.3Ω
水溫：55℃時， 勵磁線圈（quān）阻值：R=70.0Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：60℃時， 勵磁線圈阻值：R=71.1Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：65℃時， 勵磁線圈阻值 R=72.2Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：70℃時， 勵磁線圈阻值：R=73.4Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：75℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=74.5Ω 阻（zǔ）值升高1.1Ω
水溫：80℃時， 勵（lì）磁線圈阻值：R=75.4Ω 阻值升高0.9Ω
水溫：85℃時， 勵磁線圈阻值：R=76.6Ω 阻（zǔ）值升高1.2Ω
水溫：90℃時， 勵磁線圈阻值：R=77.9Ω 阻值（zhí）升高（gāo）1.3Ω
水溫：95℃時， 勵磁線圈阻值：R=78.9Ω 阻（zǔ）值升高（gāo）1.0Ω
水溫：100℃時（shí），勵磁線圈阻值：R=80.1Ω 阻值升高 1.1Ω
水溫：100℃時，連續進行 8 小時高溫度（100℃）水進（jìn）行試驗，此（cǐ）時的勵磁線圈阻（zǔ）值：R=80.1Ω ～ 81.4Ω 範圍內波動。
這次夏季試（shì）驗結論（lùn）：水溫從 20℃升到 100℃時，每升高 5℃，勵磁線圈的電阻值平均增大 1.1625Ω。後又在本（běn）季節多次進行試驗，試驗結果大體相似。
通（tōng）過北方寒冷的冬季及夏季的數十次試（shì）驗，其試驗的（de）結果基本一致（zhì）。
為了使勵磁線圈產生的磁力線均勻、完整地包裹電*，勵磁線圈的磁芯要盡量與電*端部相接近，使電*整體（tǐ）充分地切割磁（cí）力線，同時兼顧電感值的大小，在電感值適中的情況下（後麵論述，經過理論（lùn）計算和試驗，電感值：L=390mH 為（wéi）宜），從而產生連綿不斷的（de）、強大、穩定的磁場信號，在實踐中起到了大大降低過程控製流量的波動性，並且增加了流速的穩（wěn）定性（*小（xiǎo）流速為 0.2m/s 時，可精準、穩定地測量），同時使dn80泥漿流量（liàng）計在標校時的標校係數大為降低（如轉換器的標校係數：1 ～ 5.9999，則實際（jì）標校過程中，標校（xiào）係數隻為（wéi） 1.3 左右），使標校過程簡易化（huà），更容（róng）易進行標（biāo）校，*大地減輕了標校人員的工作強度，儀表的準（zhǔn）確度更高。勵磁線圈部件與（yǔ）端部電*的相對位置如圖 5 所示。
3 dn80泥漿流量計優（yōu）化設計
通過在不同季節進行的數十次試（shì）驗結果，再（zài）結合轉換器本身的技術參數的要求，以及（jí）在dn80泥漿流量計傳感（gǎn）器的（de）有限空（kōng）間內，進行技術參數、新材料和新工藝的優化（huà）設計。
1）根據（jù）閉合回路的屬性 --- 電感（gǎn）原理及公式：L=μQ ×μ r ×Ae×N 2 /l
式中：L-電感，單位（wèi）：亨（H）
μQ -自由空間的導磁率：4д×10 -7 H/m
μr -磁芯材料相對的導磁率，單位：亨 / 米（H/m）
Ae-磁芯（xīn）的（de）截麵積（jī），單位：平（píng）方（fāng）米（mǐ）（m 2 ）
N---- 勵磁線圈的匝數（shù）
l---- 勵磁線圈纏繞長度，單（dān）位：米（m）
2）精選勵磁線圈磁芯的材質以及尺寸（cùn）的選擇根據尼庫接磁（NIKURADS）原理，設計、製（zhì）造和特性參數試驗。為了增大導磁率，*大地改善封閉性（xìng）磁力線強度，故（gù）此選擇實心勵磁線圈，使磁感應強度大幅增加。磁芯采用磁性等級：超（chāo）級；*號：電工純（chún）鐵（型號：DT4C）；矯頑力（lì）：≤ 32，矯（jiǎo）頑力時效增值：≤ 4，*大導磁率：≥ 0.0151
工業純鐵質地特別軟，韌性特別（bié）大，電磁性能很好。工（gōng）業純（chún）鐵熔點比鐵高，在潮濕的空氣中比鐵難以生鏽，在冷的濃硫酸（suān）中可（kě）以鈍（dùn）化；同時（shí）電磁性能好。矯頑力（Hc）低，導磁率 μ 高，飽和磁感（Bs）高，磁性穩定（dìng）又（yòu）無磁時效。鋼質純淨度高（gāo），電工純鐵係列鋼質均為鎮靜鋼，又采用了（le）精練，所以內部組織（zhī）致密，均勻（yún），優良（liáng），氣體含量（liàng）少，成品含碳量≤ 0.004%，冷、熱加工性能好。冷加工（gōng）如車、墩、衝、彎、拉等都（dōu）無問題，具有良好的（de）加（jiā）工性能，加工表麵質量好。
3）勵磁線圈（quān）的漆包圓繞組線的選擇根據中華人民共和（hé）國**標準 GB/T6109.1-2008《漆包圓繞組線 *一（yī）部分：一般規定》和 GB/T6109.2-2008《漆包圓繞組線 *二部分：155 級聚（jù）酯漆包銅（tóng）圓線（xiàn）》的相關（guān）規定，並且結合dn80泥漿流量計的具體使用情況及使用範圍的安（ān）全裕度，選擇型號：QZY=XY-2/200，線徑（jìng）：Φ0.21mm。
型號：QZY+XY-2/150 的含義
係列代（dài）號 Q-漆包圓繞組（zǔ）線
漆膜代號 Z-聚酯類漆（qī）
Y-聚（jù）酰（xiān）亞胺類漆
非自粘性漆包（bāo）線 2-二級漆膜
耐溫溫度 150-攝氏度：150℃
dn80泥漿流量（liàng）計勵磁線圈的結構形式如圖 6 所示。
根據以上不同季節的數 10 次試驗，勵磁線圈得出相應的技術參數如下：
a）從勵磁（cí）線圈的漆包圓繞組線（xiàn）的（de）選擇（如：勵磁線（xiàn）圈的型號、線徑等）如上（shàng）所述。
b）關於勵磁線（xiàn）圈的阻值通常情況下的理論值均在常溫下進行計算與確定，但一定要結合轉換器的相關技（jì）術（shù）參數進行選擇。
選（xuǎn）擇方法：如dn80泥漿流量計所選擇的轉換器匹配的阻值為：（X ～ Y）Ω時，則勵（lì）磁線（xiàn）圈的阻值大於或等於1.5X 即可。這樣既能滿足（zú）流動介質溫度低於常溫時，勵磁線圈阻值必然降低，但不影（yǐng）響（xiǎng）轉換器的正常工作，同時亦能滿足介（jiè）質溫（wēn）度高於常溫時（shí），勵磁線圈阻值升高，也不影響轉換器的正常工（gōng）作。
c）從結構上講，勵磁線（xiàn）圈的磁芯必須長於線圈部件為好（hǎo）。其磁芯長出部分應與（yǔ）采集信號的電*基本（běn）在一個基準線上，在現有的磁場強度下增加磁力線*大程度上包裹電*，使之電*采集信號（hào）的*大化（huà），由此增加dn80泥漿流量計的準確度和穩定性。
4 結論
本（běn）文提出了一種基於插入式電磁型流量計在實際應用過程中，勵磁線圈經（jīng）過優化設計、磁芯材（cái）料的選擇和探頭結構等方麵的改進，提高其在現場運（yùn）行過程中的穩定性、準確度等級和抗幹擾（rǎo）能力，充分（fèn）發揮（huī）dn80泥漿流量計自有優勢，對該（gāi）產品質量的提升具有實質性作用。
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dn80泥漿流量計因其特殊的結（jié）構（gòu）形式，致使其抗幹擾能力較弱、準確度偏低以及瞬時流量波動過大等不良現象（xiàng），但便於安裝、造價低廉、普遍應用於大管道等特點而存（cún）在。為了發揮其優勢，消（xiāo）除其不利因素，對其內部結構及其相關技術（shù）參數進行優化設（shè）計，從而使其準（zhǔn）確（què）度（dù）能夠達到 ±1% FS，使抗幹擾能力得到*大（dà）地增強。本（běn）文主要通過優化（huà）設計、選擇材料和試驗，使dn80泥漿流量計的穩定性和準確度大幅（fú）度提（tí）高，並提出解決措（cuò）施，對實際（jì）應用具有（yǒu）參考價（jià）值。分析與研究程序圖如圖 1 所示。
1 測量原理
根據法拉*電（diàn）磁（cí）感應定律的工作原理，也就是液態導體在磁（cí）場中做切割磁力線運動時，對導體內產生感應電動勢（Es）的分布進行分析，研究磁場（chǎng）分布（bù）的影響規律，在保證高準確（què）度、高可靠性和抗幹擾（rǎo）能力強、瞬時流量波動範（fàn）圍小的前提下，尋求寬範圍流量測量時*優的dn80泥漿（jiāng）流（liú）量計。
dn80泥漿流（liú）量計測量液體的流量時，液體為導電液體，電導率應大於（yú） 5μs/cm，流體流過垂直於流動（dòng）方向的磁場導電液體的流動感應出平均流速，從而獲得與流體的體積流量成正（zhèng）比的感應電動勢（Es），感（gǎn）應電（diàn）動勢方（fāng）程為：
Es=BDV×10 -4
式中：Es--- 電動勢，伏特（V）
B---- 磁感應強度，特（tè）斯（sī）拉（T）
D---- 測量管內徑，厘米（cm）
V---- 被（bèi）測液體平均（jun1）流速，米 / 秒（m/s）
因dn80泥漿流量計與一般的法蘭管道（dào）式電磁流量計有很大的不（bú）同，dn80泥漿流量計的傳感器（qì）外側形（xíng）成發射磁場，測量電*在（zài）傳感（gǎn）器的（de）端部，故（gù）此根據尼庫接磁（NIKURADS）原理，測量導電液體流量時（shí），導電流體流過垂直於流動方向的磁場導電（diàn）液體（tǐ）的流動感（gǎn）應出平均流速，從而（ér）獲得與流體的體積流量（liàng）成（chéng）正比的感應電動勢，感應電動勢信號被（bèi）兩個與流體（tǐ）相接觸的（de）電*檢測出來，在轉換（huàn）器（qì）中顯示瞬（shùn）時流量和累計流量，並通過轉換器轉換成標準電信號輸出到上位機，即 4mA ～ 20mA DC，如圖 2 所（suǒ）示。
dn80泥（ní）漿流量計的測量探頭測得管道內部特定位置（zhì）（管道內徑的 1/8 處）的局（jú）部流速，以確定管道流速，dn80泥漿流量（liàng）計的（de）傳感器是在測量探頭外（wài）側形成外發射磁場，測（cè）量電*在傳感器的端部。
基（jī）於以上目的，為了降低外發射磁場的（de）電磁流速傳感器所產生的感應信號受信號流體和（hé）磁場的邊界層厚度影響（xiǎng），會降低測（cè）量的線（xiàn）性度，通過一體化（huà）的特殊優化設計，在外徑為：Ф47mm（因為需要使用 2 〃螺紋球閥，球閥通孔直徑為（wéi）：50mm 的緣故（gù）），內（nèi）徑為：Ф40mm，長度為：77mm的空間內進行布（bù）置各個相關零、部件（兩個電*、兩個電*加長杆，勵磁線圈部件），應用法拉*電磁感應定律和尼庫接磁（NIKURADS）原理，將磁感應強度充分發揮，達到（dào）高準確度、高可靠性、寬範圍的流體測量，同時采用新（xīn）材料（liào）、新工藝，該結構（gòu）還具有耐高溫，並且適用於大（dà）口徑管道的流體測量等（děng）特性。
通過大量的試驗，對探頭端部外型結構亦（yì）采用特殊設計（jì），從而消除兩個電*之間的擾流現象，同時亦消除因通電產生磁場，導致兩個電*吸附介質中的鐵屑而影響測量精度和（hé）死區效應，增強了輸出信號的穩（wěn）定性，從而提高傳感器準確度（dù）和抗（kàng）幹擾（rǎo）性。通過結構的優化設計，使用壽命更長，dn80泥漿流量計探頭局部（bù），如圖 3 所示（shì）。
2 實（shí）踐當中遇到的實際難題
在生產實踐中，發現剛（gāng）剛纏繞完畢的勵磁（cí）線圈，由於（yú）摩擦生熱的原因，直接（jiē）進行測量阻值時，阻（zǔ）值往往大於理論計（jì）算值（1Ω ～ 2Ω）。當勵磁（cí）線圈在自然環境中失效幾個小時後（hòu），勵磁線圈的阻值恢（huī）複到理論設計值。從而推（tuī）論，含有勵磁（cí）線圈（quān）的dn80泥漿流量（liàng）計受現場管道介質溫度的影響非常（cháng）大，致使dn80泥漿流量計的轉換器內的技術參數發生變化，影響其（qí）過程控製（zhì）的準確度，而（ér）且瞬時流量波動過大。
其（qí）原因是：勵磁線圈的阻值及匝數是按照常（cháng）溫狀（zhuàng）態下進（jìn）行設計的，而含有勵磁線圈的dn80泥漿（jiāng）流量計經（jīng）常是高（gāo）於常溫狀態下進行安裝、使用（如：高爐回水、供熱管道等），勵（lì）磁線圈的（de）阻值隨使用環境溫度（dù）的變化而變化，致使dn80泥漿流量計測量時的準確度大為降低，性能（néng）的不確定性大為增加，為了保證（zhèng）儀表的高準確度和穩定性，在不同的季（jì）節（主要是環境溫度和介質（zhì）溫度），經過大量模擬現場實際情況的試驗，並結合轉換器的技術參（cān）數要求，得出一個完善的勵磁（cí）線（xiàn）圈各（gè）種技術參數。模擬（nǐ）現（xiàn）場試驗裝置（zhì）如圖 4 所示。
試驗方法：*先，把dn80泥漿（jiāng）流量計和溫度傳感器按照（zhào）圖中所示固定在自動加（jiā）熱箱體中；其次，把dn80泥漿流量計的勵磁線圈的引線（聚四氟乙烯屏蔽線）與萬用表測量阻值端鈕相連接，並（bìng）把檔位定格在 200Ω 刻度（dù）線上；同時（shí）把溫（wēn）度傳感器（PT100 鉑電阻）的引線與溫度顯（xiǎn）示器相連接。
經檢查無誤後，經過大約 10min，記錄此時水箱中水的溫度，然後接通 220V AC 電源，自動電加熱箱體內的水進行（háng）升溫，以水每升高 5℃，記錄一（yī）次萬用表顯示的阻值，記錄直至水溫（wēn）達到 100℃時的阻值。
試驗數據如下：
為了滿足現場（chǎng）管道高溫介質對dn80泥漿流量計測量準確（què）度（dù）的影響，探頭勵磁線圈的阻值在環（huán）境溫度（T=15℃時），按照理論計算值進行纏繞，為 60Ω±0.5Ω，漆包圓繞組線直徑（jìng）：Φ=0.21mm，經（jīng）過多次升高介質（自來水）溫度進行試驗，勵磁線圈的電阻值與溫度的變化數據表示如下：
1）2018 年 12 月份（fèn）北方（fāng）的冬季，室溫（wēn）：15℃～ 20℃內進行*一次（cì）試驗，升溫試驗（yàn）時間共 75min。
勵磁線圈的電阻值（zhí）與溫度（dù）的變化數據表示如下（xià）：
水溫：15℃時， 勵磁線圈阻值（zhí）：R=60.2Ω
水溫：20℃時， 勵磁線圈阻值：R=61.3Ω 阻值（zhí）升高1.1Ω
水溫：25℃時， 勵磁線圈阻值：R=62.5Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：30℃時， 勵磁線圈阻值：R=63.8Ω 阻值升高1.3Ω
水溫（wēn）：35℃時， 勵磁線圈阻值：R=64.9Ω 阻值升高（gāo）1.1Ω
水溫：40℃時， 勵磁線圈阻值（zhí）：R=66.4Ω 阻值升高1.5Ω
水溫：45℃時， 勵（lì）磁線圈阻值：R=67.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：50℃時， 勵磁線圈阻值：R=68.8Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：55℃時， 勵磁線圈阻值：R=70.0Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：60℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值（zhí）：R=71.1Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：65℃時， 勵磁線（xiàn）圈阻值（zhí）：R=72.2Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：70℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值：R=73.4Ω 阻值升高1.2Ω
水溫（wēn）：75℃時， 勵磁線圈阻值：R=74.5Ω 阻值升（shēng）高1.1Ω
水溫（wēn）：80℃時， 勵磁線圈（quān）阻值：R=75.4Ω 阻值升高0.9Ω
水（shuǐ）溫：85℃時， 勵磁線圈阻值：R=76.6Ω 阻（zǔ）值升高（gāo）1.2Ω
水溫：90℃時， 勵磁線圈阻值：R=77.9Ω 阻值（zhí）升高1.3Ω
水溫：95℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值：R=78.9Ω 阻（zǔ）值升高1.0Ω
水溫（wēn）：100℃時，勵磁線圈阻值 R=81.4Ω 阻值升高2.5Ω
*一次試驗結論：水（shuǐ）溫（wēn）從 15℃升到 100℃時，每升高5℃，勵磁線圈的電阻值平均增大 1.247Ω。
2）勵磁線圈完全處於室溫：15℃～ 20℃狀態下，24h後進行（háng）*二次試驗，升溫試驗時間共 80min。
勵磁線圈的電阻（zǔ）值（zhí）與溫度的變化數（shù）據表示如下（xià）：
水溫：6℃時，勵磁（cí）線圈阻值：R=58.8Ω
水溫（wēn）：10℃時， 勵磁線圈阻值：R=59.8Ω 阻值升高1.0Ω
水（shuǐ）溫：15℃時， 勵磁線圈阻值：R=60.2Ω 阻值升高0.4Ω
水溫：20℃時， 勵磁線圈阻值：R=61.5Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：25℃時， 勵磁線圈阻值：R=62.8Ω 阻值（zhí）升高1.3Ω
水（shuǐ）溫：30℃時（shí）， 勵磁線圈（quān）阻值：R=63.8Ω 阻值升高1.0Ω
水溫：35℃時， 勵磁線圈阻值：R=65.0Ω 阻（zǔ）值（zhí）升高1.2Ω
水溫：40℃時， 勵磁線圈阻值：R=66.2Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：45℃時（shí）， 勵磁線圈阻值（zhí）：R=67.0Ω 阻值升高0.8Ω
水溫：50℃時， 勵磁線圈阻值：R=68.7Ω 阻值升高1.7Ω
水溫：55℃時， 勵磁線圈（quān）阻值：R=69.9Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：60℃時， 勵磁線圈阻值：R=71.2Ω 阻值（zhí）升高1.3Ω
水溫：65℃時， 勵（lì）磁線圈阻值：R=72.3Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：70℃時， 勵磁線圈阻值：R=73.2Ω 阻值升高0.9Ω
水溫：75℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=74.7Ω 阻值（zhí）升高1.5Ω
水溫：80℃時， 勵（lì）磁（cí）線圈阻值：R=75.8Ω 阻值升高1.1Ω
水（shuǐ）溫：85℃時， 勵磁線圈阻值：R=76.7Ω 阻值升高0.9Ω
水（shuǐ）溫：90℃時， 勵磁線圈阻值：R=77.9Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：95℃時， 勵（lì）磁線圈阻值：R=79.1Ω 阻值（zhí）升高1.2Ω
水溫：100℃時，勵磁線圈阻（zǔ）值：R=81.2Ω 阻值升（shēng）高2.1Ω
*二次試（shì）驗（yàn）結論：水（shuǐ）溫（wēn）從 15℃升到 100℃時，每升高5℃，勵磁線圈的電阻值平均增大（dà） 1.179Ω。後又在（zài）本季節多次進行試驗，試驗結果大（dà）體相似。
3）2019 年（nián） 7 月 12 日星期（qī）四上午 8 ：15 開始試驗，試驗室（shì）溫：25℃～ 30℃內進行*三次（cì）試驗，升溫試驗時間共30min。
勵磁線圈（quān）的（de）電阻值與溫度的變（biàn）化數據表示如下：
水溫：20℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=61.4Ω
水溫：25℃時， 勵磁線圈阻值：R=62.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：30℃時， 勵磁線（xiàn）圈阻（zǔ）值：R=63.8Ω 阻值升高1.3Ω
水溫（wēn）：35℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值：R=64.9Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：40℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=66.4Ω 阻值升高1.5Ω
水溫：45℃時， 勵磁（cí）線圈（quān）阻值：R=67.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：50℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值：R=68.8Ω 阻值（zhí）升高1.3Ω
水溫：55℃時， 勵磁線圈（quān）阻值：R=70.0Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：60℃時， 勵磁線圈阻值：R=71.1Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：65℃時， 勵磁線圈阻值 R=72.2Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：70℃時， 勵磁線圈阻值：R=73.4Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：75℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=74.5Ω 阻（zǔ）值升高1.1Ω
水溫：80℃時， 勵（lì）磁線圈阻值：R=75.4Ω 阻值升高0.9Ω
水溫：85℃時， 勵磁線圈阻值：R=76.6Ω 阻（zǔ）值升高1.2Ω
水溫：90℃時， 勵磁線圈阻值：R=77.9Ω 阻值（zhí）升高（gāo）1.3Ω
水溫：95℃時， 勵磁線圈阻值：R=78.9Ω 阻（zǔ）值升高（gāo）1.0Ω
水溫：100℃時（shí），勵磁線圈阻值：R=80.1Ω 阻值升高 1.1Ω
水溫：100℃時，連續進行 8 小時高溫度（100℃）水進（jìn）行試驗，此（cǐ）時的勵磁線圈阻（zǔ）值：R=80.1Ω ～ 81.4Ω 範圍內波動。
這次夏季試（shì）驗結論（lùn）：水溫從 20℃升到 100℃時，每升高 5℃，勵磁線圈的電阻值平均增大 1.1625Ω。後又在本（běn）季節多次進行試驗，試驗結果大體相似。
通（tōng）過北方寒冷的冬季及夏季的數十次試（shì）驗，其試驗的（de）結果基本一致（zhì）。
為了使勵磁線圈產生的磁力線均勻、完整地包裹電*，勵磁線圈的磁芯要盡量與電*端部相接近，使電*整體（tǐ）充分地切割磁（cí）力線，同時兼顧電感值的大小，在電感值適中的情況下（後麵論述，經過理論（lùn）計算和試驗，電感值：L=390mH 為（wéi）宜），從而產生連綿不斷的（de）、強大、穩定的磁場信號，在實踐中起到了大大降低過程控製流量的波動性，並且增加了流速的穩（wěn）定性（*小（xiǎo）流速為 0.2m/s 時，可精準、穩定地測量），同時使dn80泥漿流量（liàng）計在標校時的標校係數大為降低（如轉換器的標校係數：1 ～ 5.9999，則實際（jì）標校過程中，標校（xiào）係數隻為（wéi） 1.3 左右），使標校過程簡易化（huà），更容（róng）易進行標（biāo）校，*大地減輕了標校人員的工作強度，儀表的準（zhǔn）確度更高。勵磁線圈部件與（yǔ）端部電*的相對位置如圖 5 所示。
3 dn80泥漿流量計優（yōu）化設計
通過在不同季節進行的數十次試（shì）驗結果，再（zài）結合轉換器本身的技術參數的要求，以及（jí）在dn80泥漿流量計傳感（gǎn）器的（de）有限空（kōng）間內，進行技術參數、新材料和新工藝的優化（huà）設計。
1）根據（jù）閉合回路的屬性 --- 電感（gǎn）原理及公式：L=μQ ×μ r ×Ae×N 2 /l
式中：L-電感，單位（wèi）：亨（H）
μQ -自由空間的導磁率：4д×10 -7 H/m
μr -磁芯材料相對的導磁率，單位：亨 / 米（H/m）
Ae-磁芯（xīn）的（de）截麵積（jī），單位：平（píng）方（fāng）米（mǐ）（m 2 ）
N---- 勵磁線圈的匝數（shù）
l---- 勵磁線圈纏繞長度，單（dān）位：米（m）
2）精選勵磁線圈磁芯的材質以及尺寸（cùn）的選擇根據尼庫接磁（NIKURADS）原理，設計、製（zhì）造和特性參數試驗。為了增大導磁率，*大地改善封閉性（xìng）磁力線強度，故（gù）此選擇實心勵磁線圈，使磁感應強度大幅增加。磁芯采用磁性等級：超（chāo）級；*號：電工純（chún）鐵（型號：DT4C）；矯頑力（lì）：≤ 32，矯（jiǎo）頑力時效增值：≤ 4，*大導磁率：≥ 0.0151
工業純鐵質地特別軟，韌性特別（bié）大，電磁性能很好。工（gōng）業純（chún）鐵熔點比鐵高，在潮濕的空氣中比鐵難以生鏽，在冷的濃硫酸（suān）中可（kě）以鈍（dùn）化；同時（shí）電磁性能好。矯頑力（Hc）低，導磁率 μ 高，飽和磁感（Bs）高，磁性穩定（dìng）又（yòu）無磁時效。鋼質純淨度高（gāo），電工純鐵係列鋼質均為鎮靜鋼，又采用了（le）精練，所以內部組織（zhī）致密，均勻（yún），優良（liáng），氣體含量（liàng）少，成品含碳量≤ 0.004%，冷、熱加工性能好。冷加工（gōng）如車、墩、衝、彎、拉等都（dōu）無問題，具有良好的（de）加（jiā）工性能，加工表麵質量好。
3）勵磁線圈（quān）的漆包圓繞組線的選擇根據中華人民共和（hé）國**標準 GB/T6109.1-2008《漆包圓繞組線 *一（yī）部分：一般規定》和 GB/T6109.2-2008《漆包圓繞組線 *二部分：155 級聚（jù）酯漆包銅（tóng）圓線（xiàn）》的相關（guān）規定，並且結合dn80泥漿流量計的具體使用情況及使用範圍的安（ān）全裕度，選擇型號：QZY=XY-2/200，線徑（jìng）：Φ0.21mm。
型號：QZY+XY-2/150 的含義
係列代（dài）號 Q-漆包圓繞組（zǔ）線
漆膜代號 Z-聚酯類漆（qī）
Y-聚（jù）酰（xiān）亞胺類漆
非自粘性漆包（bāo）線 2-二級漆膜
耐溫溫度 150-攝氏度：150℃
dn80泥漿流量（liàng）計勵磁線圈的結構形式如圖 6 所示。
根據以上不同季節的數 10 次試驗，勵磁線圈得出相應的技術參數如下：
a）從勵磁（cí）線圈的漆包圓繞組線（xiàn）的（de）選擇（如：勵磁線（xiàn）圈的型號、線徑等）如上（shàng）所述。
b）關於勵磁線（xiàn）圈的阻值通常情況下的理論值均在常溫下進行計算與確定，但一定要結合轉換器的相關技（jì）術（shù）參數進行選擇。
選（xuǎn）擇方法：如dn80泥漿流量計所選擇的轉換器匹配的阻值為：（X ～ Y）Ω時，則勵（lì）磁線（xiàn）圈的阻值大於或等於1.5X 即可。這樣既能滿足（zú）流動介質溫度低於常溫時，勵磁線圈阻值必然降低，但不影（yǐng）響（xiǎng）轉換器的正常工作，同時亦能滿足介（jiè）質溫（wēn）度高於常溫時（shí），勵磁線圈阻值升高，也不影響轉換器的正常工（gōng）作。
c）從結構上講，勵磁線（xiàn）圈的磁芯必須長於線圈部件為好（hǎo）。其磁芯長出部分應與（yǔ）采集信號的電*基本（běn）在一個基準線上，在現有的磁場強度下增加磁力線*大程度上包裹電*，使之電*采集信號（hào）的*大化（huà），由此增加dn80泥漿流量計的準確度和穩定性。
4 結論
本（běn）文提出了一種基於插入式電磁型流量計在實際應用過程中，勵磁線圈經（jīng）過優化設計、磁芯材（cái）料的選擇和探頭結構等方麵的改進，提高其在現場運（yùn）行過程中的穩定性、準確度等級和抗幹擾（rǎo）能力，充分（fèn）發揮（huī）dn80泥漿流量計自有優勢，對該（gāi）產品質量的提升具有實質性作用。
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