電磁流量計(jì)勵(lì)磁線圈的形狀及磁場(chǎng)仿真
1.1 應(yīng)用背景
工業(yè)應(yīng)用中，被測(cè)液體的流速范圍一般在 0.3~2.0 m/s，電極兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 50.00 mV，最小0.10 mV，這樣的信號(hào)非常弱，還要考慮噪聲的干擾，有時(shí)噪聲幅值甚至?xí)^(guò)被測(cè)信號(hào)的幅值[5−8]。傳統(tǒng)的電磁流量計(jì)很難達(dá)到比較高的測(cè)量精度。為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確度就要盡量增強(qiáng)勵(lì)磁磁場(chǎng)的強(qiáng)度以及磁場(chǎng)的均勻性，使得電極兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增強(qiáng)[9−11]。在同樣的勵(lì)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(lì)磁線圈，通過(guò)比較產(chǎn)生的磁場(chǎng)均勻性以及磁場(chǎng)強(qiáng)度，可以選出最佳的勵(lì)磁線圈形狀。
1.2 3 種形狀勵(lì)磁線圈磁場(chǎng)仿真
勵(lì)磁線圈的形狀常見(jiàn)的有圓形、菱形和馬鞍形 3種。對(duì)相同用料下不同形狀勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)的強(qiáng)度以及均勻度進(jìn)行仿真比較。3 種勵(lì)磁線圈的形狀如圖 2 所示。圖 2 3 種勵(lì)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(zhǎng)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(zhǎng)度與用料相同，且被測(cè)液體流速均為 1m/s。其中，具體仿真參數(shù)設(shè)置
如下：
1) 管道參數(shù)。管道直徑為 100 mm，管壁厚度為10 mm，管道長(zhǎng)度為 220 mm。
2) 線圈參數(shù)。線圈寬度厚度為 10 mm，線圈軸長(zhǎng)為 150 mm。
3) 勵(lì)磁參數(shù)。圓形線圈為 200 匝，菱形為 273 匝，
馬鞍形為 185 匝，勵(lì)磁電流為 1 A。所得的仿真結(jié)果如表 1 所示。表 1 不同形狀勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)仿真結(jié)果Table 1 Simulation results of magnetic field inducedby different shapes of coil T
參數(shù) 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(gè)磁場(chǎng)空間磁場(chǎng)強(qiáng)度最小值和最大值；Bv 為整個(gè)磁場(chǎng)空間磁場(chǎng)強(qiáng)度平均值；B(0,0,0)為點(diǎn)(0,0,0)處磁場(chǎng)強(qiáng)度；Bzmax 為 z 軸最大磁場(chǎng)強(qiáng)度；Bzmin 為 z 軸最小磁
場(chǎng)強(qiáng)度；Bz=0 為 x−yz=0 平面內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度平均值；Bz=0.025 為x−yz=0.025 平面內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度平均值。