電磁流量計(jì)是工業(yè)過(guò)程參數(shù)測(cè)量中廣泛應(yīng)用的一種流量?jī)x表，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流量測(cè)量不受流體的密度、溫度、壓力、黏性等影響，測(cè)量范圍大，原理上是線性的且測(cè)量精度高，使用可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[1−2]。但是，傳統(tǒng)的電磁流量計(jì)由于系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的限制，監(jiān)測(cè)到的信息量有限，使測(cè)量精度受到限制。

 

由于勵(lì)磁線圈有限長(zhǎng)，使得勵(lì)磁磁場(chǎng)不均勻，同時(shí)會(huì)在管道軸向平面內(nèi)產(chǎn)生渦流，流體中電渦流的存在不可避免地影響測(cè)量精度。勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)化，是在相同的勵(lì)磁條件下使得勵(lì)磁磁場(chǎng)的強(qiáng)度和磁場(chǎng)均勻性增強(qiáng)。

 

電磁流量計(jì)電極兩端測(cè)量電壓的計(jì)算公式如下：

其中：下標(biāo) a 和 b 代表電極兩端；a 為測(cè)量管半徑；v為流體速度；B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度；W 為權(quán)函數(shù)。當(dāng) B 和

流體速度 v 都是常數(shù)，權(quán)函數(shù) W 為 1 時(shí)，但實(shí)際上，管道中的流體流動(dòng)時(shí)，電極兩端的電壓是由流體微元進(jìn)行切割磁力線的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。B 和 v都是與位置 x，y 和 z 有關(guān)的函數(shù)，而且每個(gè)微元對(duì)

Uab的貢獻(xiàn)(權(quán)重函數(shù))不一樣。若不考慮權(quán)重函數(shù)，要保持磁場(chǎng) B 沿 z 軸分布均勻，須采用軸長(zhǎng)足夠長(zhǎng)的勵(lì)磁線圈，這在實(shí)際應(yīng)用中難以實(shí)現(xiàn)，電磁流量計(jì)正在向非均勻方向發(fā)展，因此，必須要考慮權(quán)重函數(shù)。

權(quán)重函數(shù)是一個(gè)與磁場(chǎng)分布和速度分布無(wú)關(guān)，僅與測(cè)量管尺寸、電極的幾何形狀、流體的性質(zhì)有關(guān)的空間函數(shù)。SHERCLIFF[3]給出了二維平面上權(quán)重函數(shù)分布上述權(quán)重函數(shù)的分布只有在管道和電極無(wú)限長(zhǎng)時(shí)成立，很難在實(shí)際中應(yīng)用。BEVIR 將二維權(quán)重函數(shù)分布擴(kuò)展到三維中，得出了三維權(quán)重矢量分布[3]。將式

 

(3)分解成坐標(biāo)軸分量的形式，得

Wy沿管軸 z 方向的分布情況如圖 1 所示。從圖 1可知：Wy隨著離開(kāi)電極所在截面的距離(z)增大而迅速衰減，當(dāng)距離 z＞0.25D(D 為管道直徑)時(shí)，Wy實(shí)際上達(dá)到 0。這說(shuō)明在離電極平面較遠(yuǎn)處的管內(nèi)空間，流體產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)對(duì)電極間的輸出信號(hào)基本上沒(méi)有貢獻(xiàn)[4]。因此，只須保證磁場(chǎng)在±0.25D 范圍內(nèi)在一定程圖 1 權(quán)重函數(shù)在 y 軸上的分布Fig. 1 Distribution of weight function on y axis

度上保持均勻，即可近似為均勻磁場(chǎng)。這樣，勵(lì)磁線圈和傳感器長(zhǎng)度都可以縮短，從而使整個(gè)傳感器的周長(zhǎng)和體積大大縮小，質(zhì)量也大大減輕。基于權(quán)重函數(shù)，可以在 comsol 軟件中進(jìn)行勵(lì)磁線圈的模擬仿真，以便對(duì)各種線圈進(jìn)行對(duì)比分析。