電磁流量計在注聚剖面測井中測量應用與探討 十三

2.1 井下四電極電磁流量計

2.1.1 電磁流量計概述

電磁流量計[29] 是工業中常用的流量測量儀器，它的測量原理是法拉第電磁感應定律。它能夠測量多種形狀管道內的導電液體的流速和流量。

1831 年，英國物理學家法拉第發現了電磁感應定律。該定律指出：當導體在磁場中作切割磁力線運動時，在導體兩端就會感應一個與磁場方向和導體運動方向相互垂直的感應電動勢。感應電動勢的大小與磁感應強度和運動速度成正比。

電磁流量計流量測量原理：如圖2-1 所示，把在管道內流動的導電液體流動看成導體的運動，當流體在磁場中作切割磁力線運動時，流體中的帶電粒子受羅侖茲力的作用將感應出感生電動勢e，其大小與流體流速成正比。

1832 年，法拉第在泰晤士河滑鐵盧橋的兩岸，選擇與水流方向垂直的地磁場方向的地方，放下兩個金屬棒當作電極來測量河水的流速。這是世界上第一次使用電磁流量計的試驗。1851 年，Wollsaton 等人利用電磁感應法成功地測量了英吉利海峽潮汐。到了1917 年，史密斯和斯皮雷安獲得了應用電磁感應的原理制造船舶測速儀的專利。1930 年，威廉斯第一次用數學上的方法分析圓管內流速分布對測量的影響，提出了以管中心軸為對稱軸的流速分布不影響電磁流量計的測量精度的理論。盡管他的分析在數學上有錯誤，但自此有了電磁流量計的基礎理論。1932 年左右，生物學家Willams、A.Kolin利用電磁流量計測量和記錄瞬時的動脈血液流量獲得了成功。1950 年，荷蘭人首先在挖泥船上使用電磁流量計測量泥漿流量。后來電磁流量計在美國的一般工業生產中得到了應用。1955年前后，美國、日本、前蘇聯、英國、德國都成功地生成出了電磁流量計。1954年，希克里夫（J.A Shercliff）[31] 在柯林（A.Kolin）等人無限長均勻磁場的電磁流量計的數學解析基礎上，完成了有限長均勻磁場下等速情況的數學解析，并用權重函數揭示了產生感應電動勢的微觀特性，使得電磁流量計有了系統的基礎理論。1962 年Shercliff [32] 對當時的理論研究成果進行了總結，出版了他的著作《電磁感應流動測量的理論》。1974 年，德國Schumartz 出版了《感應法流動測量》一書，該書更側重電路方面。

電磁流量計