书名：电磁流量测量优化理论与技术
定价：98.0
ISBN：9787511481276
作者：葛亮,韦国晖,王思进,邹明伟
版次：1
出版时间：2026-06

内容提要：
电磁流量计面临流体流速分布不均、强烈外界干扰及多相流测量等挑战时，容易出现测量精度低、稳定性差的问题，因此，对电磁流量计进行优化研究，以提升其在这些复杂条件下的性能显得尤为重要。本书系统性地回顾与讨论了圆形管道电磁流量计传感器优化和转换器优化研究进展。我们着重分析了电磁流量计内部结构的优化方法，涉及电磁流量计内部结构在励磁线圈、信号电极、信号励磁和信号处理方面的优化方法。同时，本书也探讨了电磁流量计与外部传感器集成时的优化测量技术。为此，了解电磁流量计单个部件参数的测量原理和优化方法，能够帮助我们在面对各种流体测量需求时*的提升测量精度。



作者简介：

葛亮，男，工学博士，教授，博士生导师，四川省天府青城青年科技人才，四川省学术和技术带头人后备人选，2023年矿业石油与*工程领域*青年科技人才提名奖提名奖。目前主要从事油气*领域智能测控技术方面科研及教学工作，特别是油田信息化自动化、油气*监测方面的研究及应用，目前主持包括国家自然科学基金面上项目在内的*和省部级项目4项；近年来授权发明专利21项(*)，参编国家标准1部，出版专著1部，出版教材2部，共发表论文80余篇（SCI检索30篇，EI 39篇及CSCD核心13篇），获得省部级奖励8项（一等奖1项，二等奖5项，三等奖2项）。

韦国晖，西南石油大学副教授，在南充校区任教。他 1998 年于西北大学获学士学位，2006 年于西安电子科技大学获硕士学位。主要研究方向为电磁测量仪器及天线设计、微波及射频电路仿真设计。他还承担了《电磁场与电磁波》等课程的教学工作。此外，韦国晖作为发明人之一，拥有 “一种天然气硫化氢和四氢噻吩含量的在线检测装置和检测方法” 等专利。

王思进，是西南石油大学机电工程学院机械工程专业的博士研究生。完成的作品 “基于 EMT 的气液两相流电磁流量测量系统”，获得第十八届中国研究生电子设计竞赛技术类一等奖。2024 年，王思进获得西南石油大学博士研究生二等奖学金。,重庆川仪自动化股份有限公司*设计师,正*工程师，流量仪表分公司副总经理，一直从事流量仪表技术研发创新工作。曾获中国机械工业科学技术二等奖、三等奖，重庆市有突出贡献的中青年*，重庆市产业技术带头人后备人选，重庆市劳动模范，重庆市*美科技工作者，重庆市*届创新争先奖，重庆市科学技术奖，重庆市工人先锋号、重庆市科技进步二等奖，重庆市质量管理小组活动*成果二等奖、三等奖，

目录：

1.1引言1

1.2电磁流量测量优化技术国内外研究现状2

1.2.1电磁流量传感器优化设计研究现状2

1.2.2电磁流量计励磁技术优化研究现状4

1.2.3电磁流量计信号处理优化研究现状6

1.3本书主要内容及创新点8

第2章电磁流量测量基础理论10

2.1电磁流量测量的基本原理10

2.2电磁流量测量理论11

2.2.1Maxwell方程组11

2.2.2本构关系12

2.2.3边界条件12

2.2.4电磁流量测量的基本测量方程13

2.3权重函数相关理论15

2.3.1权重函数理论15

2.3.2长筒型电磁流量计权重函数17

2.3.3短管电磁流量计权重函数22

2.4电磁场分析求解方法22

2.4.1电磁场问题分类23

2.4.2常用电磁场解析方法简介25

2.4.3常用渐近法及其适用条件25

2.4.4常用电磁场数值计算方法简介26

2.4.5柱坐标系中拉普拉斯方程的求解27

2.4.6基于有限元法的电磁场求解思路27

2.5虚电流密度求解方法29

2.5.1虚电流问题的描述29

2.5.2虚电流的计算30

2.5.3其他边界条件下的虚电流分布31

第3章电磁流量测量系统评价指标及其*化设计原理35

3.1电磁流量测量系统评价指标35

3.1.1矢量权重函数的标准差35

3.1.2矢量权重函数均匀范围比例35

3.1.3矢量权重函数变异系数36

3.1.4输出电压灵敏度36

3.1.5流量测量精度36

3.1.6多相流的持率和含率37

3.1.7励磁线圈优化设计评价指标37

3.2电磁流量测量系统*化设计原理38

3.2.1电磁流量计*化设计目标函数38

3.2.2目标函数极值及全域*小值问题39

3.2.3*化方法分类42

3.3电磁流量测量的*化搜索法43

3.3.1一维搜索法43

3.3.2多维无约束*化45

3.3.3无约束*化的直接方法48

3.3.4约束*化问题51

第4章电磁流量测量系统励磁线圈的优化设计57

4.1均匀磁场型线圈优化理论57

4.1.1均匀磁场型电磁流量计57

4.1.2单对圆形亥姆霍兹线圈58

4.1.3多对圆形亥姆霍兹线圈59

4.1.4单对方形亥姆霍兹线圈61

4.1.5多对方形亥姆霍兹线圈63

4.1.6正八边形线圈64

4.2均匀磁场型线圈仿真65

4.2.1单对圆形亥姆霍兹线圈66

4.2.2多对圆形亥姆霍兹线圈66

4.2.3单对方形亥姆霍兹线圈71

4.2.4多对方形亥姆霍兹线圈73

4.2.5不同边长的正八边形线圈75

4.2.6仿真结果与分析78

4.3非均匀磁场型线圈优化理论79

4.3.1单对矩形线圈80

4.3.2单对菱形线圈81

4.3.3单对马鞍形线圈83

4.4非均匀磁场型线圈仿真85

4.4.1虚电流密度仿真85

4.4.2不同轴向长度的矩形线圈85

4.4.3不同张角的菱形线圈86

4.4.4不同轴向长度的马鞍形线圈87

4.4.5优化结果与分析87

4.4.6多线圈仿真优化90

4.4.7多线圈结构的电磁流量计励磁优化系统92

4.5线圈磁场优化实验测试与分析93

4.5.1搭建实验测试平台93

4.5.2磁场测试与分析94

第5章电磁流量测量系统信号电极的优化设计98

5.1虚电流密度理论98

5.2信号电极优化及分析100

5.2.1平头点电极100

5.2.2弧状电极102

5.3信号电极的实用设计和模组设计104

5.3.1实用电极的仿真分析104

5.3.2电极模组设计107

5.4电磁流量计网状电极结构优化仿真分析109

5.4.1网状分布圆形电极的半径优化分析109

5.4.2规则矩形网状电极111

5.4.3类椭圆网状电极112

5.4.4沙漏形网状电极113

5.4.5交错网状电极模型115

5.4.6网状电极对比分析116

5.5网状电极结构优化实验测试与分析117

5.5.1网状电极结构传感器设计117

5.5.2网状电极测试与分析117

第6章电磁流量计测量系统励磁信号的优化设计119

6.1电磁流量测量励磁信号模型分析119

6.2双频矩形波励磁信号提取121

6.2.1双频矩形波励磁过程分析121

6.2.2双频矩形波励磁输出信号分析123

6.2.3幅值解调原理123

6.2.4流量解调算法124

6.3双频矩形波激励电磁流量测量系统硬件设计125

6.3.1双频矩形波激励测量系统框架设计125

6.3.2电磁流量传感器结构设计126

6.3.3双频矩形波激励恒流源驱动电路设计126

6.3.4双频