1.3 研究的主要内容及创新点

非绝缘管壁电磁流量传感器的基础理论作为高精度特殊流体流量测量与传感器设计优化的重要依据与参考，有待进一步完善。本书基于前人的研究基础，围绕着非绝缘管壁电磁流量传感器输出信号折算率这个核心问题展开讨论，从感应电动势空间边界关系出发，较系统地分析了非绝缘管壁电磁流量传感器的测量特性。一方面，采用等效电路模型，对非绝缘管壁电磁流量传感器在结构与物性上与典型电磁流量传感器的差异进行对比分析。另一方面，从感应电动势的空间关系出发，对非绝缘管壁电磁流量传感器的权重函数理论进行研究，在此基础上对传感器的测量特性进行深入探索。根据理论研究结论，通过设计相应的非绝缘管壁电磁流量传感器及验证性实验，进行了以下方面的研究工作。

（1）本书对前人在非绝缘管壁电磁流量传感器领域中的重要理论研究成果以及现有分析方法面临的困难及存在的问题进行了整理与总结。本书介绍了困难流体比如高温金属流体的流量测量技术研究现状，进而引入非绝缘管壁电磁流量传感器分析方法研究；叙述了典型电磁流量传感器测量方程、权重函数理论及满管下管道流场分布理论；总结了非绝缘管壁电磁流量传感器分析方法的研究现状，并对其中存在的主要问题进行了整理与归纳，提出了本书的研究构想与研究路线。

（2）本书从宏观角度对流体平均流速与非绝缘管壁电磁流量传感器输出信号的关系进行了分析，并构建了等效电路模型。对非绝缘管壁电磁流量传感器结构与典型电磁流量传感器的结构及物性差异进行了对比讨论；基于典型电磁流量传感器的等效电路模型，讨论了非绝缘管壁电磁流量传感器的等效电路模型；分析讨论了管壁、流体的电特性及流体产生的感应电动势与传感器输出信号之间的关系。

（3）本书基于场论及数学物理方程理论，采用虚电流密度法从微观角度对非绝缘管壁电磁流量传感器权重函数进行了研究。基于虚电流密度法，从理论推导及数值仿真两个角度，对基于场论的非绝缘管壁电磁流量传感器的权重函数进行了研究，并根据其虚电流密度分布特点，提出了贡献权/损耗权以及贡献权比重的概念；选取不同管壁厚度及电导率的非绝缘管壁电磁流量传感器模型作为算例，计算分析了测量管壁厚度、电导率对权重函数的影响，进而研究计算了非绝缘管壁电磁流量传感器的权重函数不均匀度。获得的若干重要结论为进一步从空间关系角度对非绝缘管壁电磁流量传感器测量特性的研究打下基础。

（4）本书基于非绝缘管壁电磁流量传感器权重函数的研究结果，从多物理场角度进一步对非绝缘管壁电磁流量传感器特性进行了仿真分析研究，并对传感器关键参数进行了分析。将权重函数与流场耦合，对不同管壁厚度及电导率下的非绝缘管壁电磁流量传感器模型进行了分析计算，定量研究了非绝缘管壁电磁流量传感器结构物理参数与其输出信号、折算率的关系；同时，将多物理场耦合方法与近似测量方程的计算结果进行了对比分析，获得了若干重要结论；最后定量指出了传感器在制造过程中信号引出点不对称程度以及信号引出点凸台的设计给输出信号带来的影响。

（5）本书完成了基于非绝缘管壁电磁流量传感器理论研究结果的验证性实验与相关实验结果分析。本书对用于非绝缘管壁电磁流量传感器测量的实验装置及其工作流程进行了介绍，阐述了非绝缘管壁电磁流量传感器及功能验证性实验的主要设计思想及设计过程；通过理论模型与实验数据之间的对比验证了非绝缘管壁电磁流量传感器测量的有效性及稳定性，同时验证了传感器及等效实验模型设计的合理性以及本书研究结论的正确性。

本书的主要创新点可以概括为以下三方面。

（1）基于场论及数学物理方程理论，本书采用虚电流密度法，利用有限元分析方法研究了非绝缘管壁电磁流量传感器的权重函数分布。为描述非绝缘管壁电磁流量传感器管壁、流体与感应电动势的关系提供了一种方法。

（2）本书将流量传感器的权重函数以及冷却剂的流场进行了耦合，从电势空间关系角度对管壁、流体的电特性与非绝缘管壁电磁流量传感器输出信号及输出信号折算率的关系进行了计算分析。并对非绝缘管壁电磁流量传感器制造中的一些问题进行了详尽的分析讨论。研究进一步完善了非绝缘管壁电磁流量传感器的分析方法研究。

（3）本书实现了非绝缘管壁电磁流量传感器及实验室验证性实验的设计。通过实验验证了非绝缘管壁电磁流量传感器的基本设计参数、传感器及功能验证性实验设计的合理性及理论分析结论的正确性。为实际工程中非绝缘管壁电磁流量传感器的设计提供了理论依据。