電磁流量計勵磁線圈的形狀及磁場仿真
1.1 應用背景
工業應用中，被測液體的流速范圍一般在 0.3~2.0 m/s，電極兩端的感應電動勢最大 50.00 mV，最小0.10 mV，這樣的信號非常弱，還要考慮噪聲的干擾，有時噪聲幅值甚至會超過被測信號的幅值[5−8]。傳統的電磁流量計很難達到比較高的測量精度。為了提高測量的準確度就要盡量增強勵磁磁場的強度以及磁場的均勻性，使得電極兩端的感應電動勢增強[9−11]。在同樣的勵磁條件以及線圈用料相同的情況下，可以繞制成多種形狀的勵磁線圈，通過比較產生的磁場均勻性以及磁場強度，可以選出最佳的勵磁線圈形狀。
1.2 3 種形狀勵磁線圈磁場仿真
勵磁線圈的形狀常見的有圓形、菱形和馬鞍形 3種。對相同用料下不同形狀勵磁線圈產生的磁場的強度以及均勻度進行仿真比較。3 種勵磁線圈的形狀如圖 2 所示。圖 2 3 種勵磁線圈形狀Fig. 2 Three shapes of excitation coil
為保證用料相同，以圓形的周長為 1 m，按比例繞制馬鞍形和菱形的線圈。將馬鞍形、圓形和菱形線圈分別貼到管壁上，令線圈軸向長度與用料相同，且被測液體流速均為 1m/s。其中，具體仿真參數設置
如下：
1) 管道參數。管道直徑為 100 mm，管壁厚度為10 mm，管道長度為 220 mm。
2) 線圈參數。線圈寬度厚度為 10 mm，線圈軸長為 150 mm。
3) 勵磁參數。圓形線圈為 200 匝，菱形為 273 匝，
馬鞍形為 185 匝，勵磁電流為 1 A。所得的仿真結果如表 1 所示。表 1 不同形狀勵磁線圈的磁場仿真結果Table 1 Simulation results of magnetic field inducedby different shapes of coil T
參數 馬鞍形 圓形 菱形BminBmax
6.780×10−4
1.771×10−3
1.621×10−3
4.288×10−3
5.338×10−4
2.956×10−3
Bv 1.229×10−3
3.118×10−3
1.599×10−3
B(0,0,0) 1.184×10−3
2.940×10−3
1.452×10−3
Bzmax 1.184×10−3
2.940×10−3
1.456×10−3
Bzmin 1.125×10−3
2.684×10−3
1.227×10−3
Bz=0 1.232×10−3
3.201×10−3
1.705×10−3
Bz=0.025 1.199×10−3
2.948×10−3
1.402×10−3
注：Bmin 和 Bmax 分別為整個磁場空間磁場強度最小值和最大值；Bv 為整個磁場空間磁場強度平均值；B(0,0,0)為點(0,0,0)處磁場強度；Bzmax 為 z 軸最大磁場強度；Bzmin 為 z 軸最小磁
場強度；Bz=0 為 x−yz=0 平面內磁場強度平均值；Bz=0.025 為x−yz=0.025 平面內磁場強度平均值。