【摘要】：電磁水表具有測(cè)量范圍寬、始動(dòng)流量小、測(cè)量精度高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),廣泛地應(yīng)用于城市的水務(wù)行業(yè)。電磁水表采用內(nèi)置電池供電,因?yàn)榈凸牡氖褂靡?勵(lì)磁電流較小。當(dāng)入口流量較小時(shí),傳感器的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)十分微弱,測(cè)量精確度變差,甚至無(wú)法測(cè)量。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的電磁水表仍然存在最小流量下限數(shù)值較大,小流量測(cè)量精確度低的問(wèn)題。所以,為了提高電磁水表小流量的測(cè)量性能,本文從電磁水表傳感器的權(quán)函數(shù)、流場(chǎng)和磁路結(jié)構(gòu)等方面分別進(jìn)行研究分析。首先采用COMSOL軟件,基于電場(chǎng)模擬法得到傳感器內(nèi)的權(quán)函數(shù)分布,并與理論權(quán)函數(shù)值進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了權(quán)函數(shù)數(shù)值模型的可靠性。通過(guò)不同結(jié)構(gòu)的仿真對(duì)比,確定矩形縮進(jìn)式電磁水表的權(quán)函數(shù)分布最均勻,其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)流型分布的依賴(lài)性最低,有利于流量信號(hào)的精確測(cè)量。然后對(duì)矩形縮進(jìn)式電磁水表的流場(chǎng)開(kāi)展研究分析,采用Fluent軟件計(jì)算矩形縮進(jìn)式測(cè)量管道的壓損。采用正交試驗(yàn)和多項(xiàng)式分步擬合法建立壓損的數(shù)學(xué)模型。并根據(jù)常用流量和國(guó)標(biāo)壓損要求,得到較優(yōu)的測(cè)量管道結(jié)構(gòu)尺寸,加工樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,壓損仿真值與實(shí)驗(yàn)值誤差小于±2.22%,驗(yàn)證了電磁水表測(cè)量管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的有效性。接著,基于優(yōu)選測(cè)量管道,采用COMSOL軟件建立感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)數(shù)值模型。以提高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)強(qiáng)度為目標(biāo)進(jìn)行傳感器的磁路結(jié)構(gòu)優(yōu)化。確定含有磁軛、磁軛-鐵芯、磁軛-鐵芯-極板這三款磁路的優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù),并制作樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,磁軛-鐵芯-極板磁路結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)仿真值與實(shí)測(cè)值誤差小于±4.63%。三款磁路結(jié)構(gòu)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的仿真值與實(shí)測(cè)值誤差,分別為±3.14%,±9.74%和±8.95%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了矩形縮進(jìn)式電磁水表磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的有效性。最后,采用優(yōu)化的矩形縮進(jìn)式電磁水表測(cè)量管道,分別裝配三種優(yōu)選磁路結(jié)構(gòu),進(jìn)行水流量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,入口流速在8.84~22.28mm/s時(shí),含有磁軛以及含有磁軛-鐵芯的磁路系統(tǒng)測(cè)量誤差小于±2.51%。含有磁軛-鐵芯-極板的磁路系統(tǒng)測(cè)量性能最好,測(cè)量誤差小于±0.60%,遠(yuǎn)優(yōu)于電磁水表I級(jí)表的測(cè)量精確度要求。
【圖文】：

圖 2.1 權(quán)函數(shù)仿真值 Fig2.1 Simulation value of weight funct通過(guò)圖 2.1 和圖 2.2 的權(quán)函數(shù)仿真值分布圖基本一致。并進(jìn)一步對(duì)比權(quán)函數(shù)仿表 2.1 權(quán)函數(shù)仿真值與理論值的誤差對(duì)比可以用于仿真求解縮進(jìn)式電磁水表的權(quán)函表 2.1 權(quán)函數(shù)仿Tab2.1 Error of weight function simulate誤差/%x=-25 x=-20 x=-15 x=-10 x=-5 y=-25 -0.02 -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 y=-20 -0.02 -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 y=-15 -0.02 -0.01 -0.01 -0.01 -0.01 y=-10 -0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 y=-5 0.01 0.00 0.00 0.00 -0.01

所以圓形縮進(jìn)管道截面半徑為 32mm，正方形縮進(jìn)管道截面邊長(zhǎng)為 56.6mm，八邊形縮進(jìn)管道截面邊長(zhǎng)為 25.8mm，矩形縮進(jìn)管道截面長(zhǎng)寬為 80×40mm。權(quán)函數(shù)仿真結(jié)果如圖 2.3 所示，為了便于對(duì)比，權(quán)函數(shù)等勢(shì)線大小從 0 開(kāi)始，以 0.25 為步長(zhǎng)遞增到 30。由圖 2.3(a)~圖 2.3(d)可知，矩形縮進(jìn)管道電磁水表的權(quán)函數(shù)等勢(shì)線間距最大，，即權(quán)函數(shù)變化梯度最小，權(quán)函數(shù)分布最均勻。(a) 圓形 (b) 正方形(a) Round (b) Square
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TU991.63

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2645632