前言

电磁流量计是一种利用电磁感应原理进行测量的仪表。它本身具有的测量精度高、量程比宽、管道压力损失小等特点，使它成为应用广泛的一类流量计，在流量仪表中的占比不断上升，在工农业生产中发挥着重要作用。传统电磁流量传感器内附有绝缘层，以防止短路。这种结构使电磁流量传感器的应用受到了一定的限制，比如绝缘层被腐蚀后影响传感器测量的精度；对于特殊流体如高温金属流体（NaK-78）的测量，也有局限性。近年来，随着工农业的飞速发展，对特殊性流体测量或者特殊场合下流量测量的需求不断增加。因此，特殊电磁流量传感器仪表研究成了学术界研究的热点之一。非绝缘管壁电磁流量传感器作为测量某些特殊流体的仪表，既具有典型绝缘管壁电磁流量传感器的优势，又解决了传感器结构上的不足。多年来，有关非绝缘管壁电磁流量传感器分析方法的研究成果很少，基础理论体系尚未完善，限制了其在核工程及其他领域中的应用。基于上述背景，本书围绕非绝缘管壁电磁流量传感器基本理论中的两大核心问题，即权重函数及传感器测量特性展开研究。主要内容如下。

（1）总结非绝缘管壁电磁流量传感器分析方法研究的相关理论。一方面，介绍了典型点电极绝缘管壁电磁流量传感器的基本测量方程、边界条件、权重函数理论及经典流场理论；另一方面，介绍了有关非绝缘管壁电磁流量传感器的一些研究成果，并对研究中存在的问题加以总结，为本书的研究打下基础。

（2）非绝缘管壁电磁流量传感器近似测量方程的研究。将非绝缘管壁电磁流量传感器的结构、物性与典型电磁流量传感器进行对比讨论。重点讨论了通过对典型绝缘管壁电磁流量传感器输出感应电动势进行折算，得到非绝缘管壁电磁流量传感器输出信号的一些问题。同时，提出非绝缘管壁电磁流量传感器的等效电路模型，即将管壁、流体简化为电阻来描述其与传感器输出信号的关系。这些工作为非绝缘管壁电磁流量传感器的近似分析提供了一个基本模型。

（3）对非绝缘管壁电磁流量传感器权重函数的研究。从感应电动势的空间关系角度对比研究非绝缘管壁电磁流量传感器与典型绝缘管壁电磁流量传感器的边界条件。重点指出非绝缘管壁电磁流量传感器的求解域、边界条件的增加及边界条件的复杂性，因为它们给解析求解拉普拉斯方程带来了极大困难。在场论背景下采用“虚电流密度法”，获取管壁、流体的电特性与非绝缘管壁电磁流量传感器权重函数分布的关系。进而基于虚电流密度在传感器内的分布特点，提出一种“贡献权/损耗权”的概念，从感应电动势的空间关系角度描述了非绝缘测量管壁对传感器输出电压的影响。结合上述研究成果，从数值仿真方面定量分析了管壁、流体的电特性对权重函数不均匀度的影响。为今后传感器的设计及实际工程应用提供了一种分析参考依据，在分析方法上最大限度地讨论了电磁流量传感器对流速分布不敏感的特点。这些工作为后续对传感器的分析方法研究做了铺垫。

（4）基于有关非绝缘管壁电磁流量传感器权重函数的分析结论，对该传感器的测量特性展开深入研究。从多物理场角度，选取非绝缘管壁电磁流量传感器模型，分析计算了测量管壁、流体的电特性对传感器输出信号及输出信号折算率的影响，并得到若干重要结论。同时，针对传感器制造过程中存在的信号引出点不对称及引出方式进行分析。得到了信号引出点不对称程度及引出凸台面积与传感器输出信号的关系。这些研究工作为后续传感器的分析设计与实验验证打下了基础。

（5）非绝缘管壁电磁流量传感器分析方法的验证性实验与相关特性分析。基于实验室验证平台系统，设计了非绝缘管壁电磁流量传感器，并讨论了验证性实验装置及其工作流程概要。通过对比利用理论模型与验证性实验所获得的数据，验证了本书所提出分析方法的基本正确性。为今后将非绝缘管壁电磁流量传感器投入实际应用与相关基础研究提供了参考依据。

本书在出版过程中，得到了2015年上海市教育委员会专项经费项目——应用型试点专业人才培养方案建设（编号：Z 30001.15.015）、2016年上海市教育委员会民办高校（重点）科研项目——“数据工程”应用技术型人才培养模式研究（编号：2016-SHNGE-01ZD）的资助。同时，本课题在研究过程中得到了国家自然科学基金重点项目（编号：61233010）及国家杰出青年科学基金（编号：61525305）的大力支持。在此书的编写和出版过程中，很多专家们给予了支持及宝贵意见，在此向他们致以深深的谢意。

李雪菁