非满管流量测量技术是市政排水、污水处理、农用灌溉等领域进行水量监测的最重要技术之一。由于非满管内的流体液位是变化的,故非满管流量测量的难点是需要测量管道内流体的液位和相应液位下流体平均流速这两个参数,根据测得的液位和流速来计算非满管流量。尽管电磁流量计的基本测量方程是建立在满管条件之下,但电磁流量计具有传感器结构简单、无节流件、压力损失小、测量精度高等显著优点,最适合被研究改进成为用于非满管流量测量的流量仪表之一。论文根据非满管电磁流量传感器所要解决的关键技术问题,进行了如下几方面的研究:一是非满管液位测量方法研究。非满管流量测量需要测量液位和流速两个参数,而液位测量是非满管流量测量的关键。针对电磁流量计适用于导电性液体的特点,本论文基于电磁流量计传感器测量电极直接接触液体的特点,突破了以往电极方法测量液位必须受制于被测液体电导率的缺陷,提出了一种采用电极方法且不受被测液体电导率变化影响的新型导电性液体液位测量方法。通过电导率以及电极结构位置对传感器液位测量特性的分析与研究,新的液位测量方法可以直接采用电磁流量传感器的测量电极对非满管液位进行测量。为新型非满管电磁流量传感器的研究奠定了基础。二是非满管电磁流量传感器结构研究。基于新型液位测量方法,论文提出了一种新型的非满管电磁流量计传感器结构。通过附加激励电极方法,使传感器的测量电极既可用于流速感应电势的测量,又能在与电导率无关的前提下对管道流体液位进行测量。从而使得新型的非满管电磁流量计传感器具有对流速和液位参数进行测量的功能。本论文以这一研究基础为出发点,研究设计了两种新型非满管电磁流量传感器结构,即长弧形电极非满管电磁流量传感器和并联电极非满管电磁流量传感器。并利用有限元方法对这两种结构的传感器测量特性进行了分析研究。三是非满管流量测量方法及权重函数的研究。电磁流量计是根据Faraday定律实现对流体流速的测量。根据Shercliff电磁流量计权重函数理论,在一定边界条件下测量管内不同位置的流体“微元”切割磁力线产生的电势对传感器测量电极上得到的感应电势都有一个固定的“贡献”。传感器权重函数理论反映了边界条件与传感器空间的“贡献”关系。因而,研究传感器结构及测量特性,必须要研究传感器权重函数。论文首先研究分析了长弧形电极对传感器权重函数的影响。通过对长弧形电极传感器非满管液位测量特性研究分析表明,长弧形非满管电磁流量传感器测量特性为非线性特性。最后着重研究了非满管电磁流量传感器在不同充满度下的权重函数,建立了长弧形电极非满管电磁流量传感器液位-权重函数图谱。不同充满高度下的权重函数计算表明了权重函数受测量管内液体充满度的影响。因而非满管状态下,传感器测量信号受液位的影响。这些研究成果为本论文新型非满管电磁流量测量方法的研究提供了理论基础。四是非满管电磁流量计实现技术的研究。论文运用了双激励工作机制,采用液位和流速的同步分时测量,对新型非满管电磁流量计关键电路、数据处理方案进行了讨论和设计。并通过新型非满管电磁流量计样机系统和非满管流量测量的实验平台,对本论文的非满管电磁流量计传感器样机进行了验证。最后,本论文的新型非满管电磁流量计样机经浙江省计量科学研究院的实流标定,达到了非满管流量测量精度1.3%,满管流量测量精度0.4%。