引言

        插入式電磁流量計是在管道式電磁流量計的基礎上發展起來的一種流體流量儀表，保留了電磁流量計測量原有的優點，克服了電磁流量計在大口徑管道上安裝困難、費用高等缺陷。

        

        插入式電磁流量計主要由傳感器和變送器組成。傳感器將液體流量變換成感應電動勢信號，并傳輸到轉換器;轉換器將傳感器送來的流量信號進行放大，并將流量信號轉換成電信號。電極檢測出的感應電勢數值很小，通常是μV，因此，測量精度很容易受外界影響。

本文提出了通過向流量計內部插入鐵芯和改進流量計的物理結構的方法，重新檢測電極兩端的電動勢，并與實驗數據相對比誤差較小，比傳統的插入式電磁流量計有著更好的精確度。

 

1      插入式電磁流量計的基本方程

        如圖1所示，流體做切割磁感線運動所產生的感應電動勢，通過電極引入到轉換器中進行測量，以線圈匝數為2620匝的傳感器的物理模型為例，給出了插入式電磁流量計的基本方程解。

        已知插入式電磁流量計的基本方程為

 

        如圖2，當圓柱繞流為平面勢流且磁場在z軸方向分布均勻時，磁場為定值Bz，流體流速為定值vy，兩個電極間距為D，考慮有限區域影響時，兩電極間的電位差通過輔助公式G(格林公式)可得

        由式(2)可知，當測量區域的邊界固定，即h固定時，k為常數，且當h趨近于無窮大時，k值趨近于1。

2      流量計電磁場的求解

        當電流通過線圈時，會在線圈周圍產生磁場。流量計測量桿的兩側各設置了一對電極，在流量計進行測量時，只需將電極置于管道的平均流速點上即可。

 

        本文采用MatlabPDE工具箱進行仿真，設置PDE參數，磁導率μ=1，電流密度:左邊的線圈電流密度J=－1，右邊的線圈電流密度J=1，其余傳感器、管道、電極和鐵芯區域電流密度均為0，傳感器周圍的電磁場如圖3所示。

        如圖3，傳感器1，2 對電極與3，4 對電極連成的直線和磁場以及平均流速成相互垂直關系，由于電極所在位置的磁感應強度 B 較小，所以，液體流經電極時產生的感生電動勢數值較小，容易受到外界的干擾 。

 

3 改進的流量計電磁場求解

        為了可以增加管道內的磁場強度，在線圈中插入“工”字型鐵芯，并在測量桿的兩側安置新的電極 ［5］ 。鐵芯二維模型如圖 4 所示。

 

        設置 PDE 參數，鐵芯的磁導率 μ =200，其余各個區域磁導率 μ =1，左線圈中電流密度 J = －1，右線圈中電流密度 J =1，其余傳感器、管道、電極和鐵芯區域電流密度均為0。傳感器周圍的電磁場如圖 5 所示。1，2 對電極與 3，4 對電極連成的直線和磁場以及平均流速成相互垂直關系，液體流經電極時產生感生電動勢。表 1 中 B 1 代表未插入鐵芯的傳感器電極所處位置的磁場強度，B 2 代表插入鐵芯后電極所處位置的磁場強度。插入鐵芯后，電極所在區域內的磁場強度明顯增大，液體流經電極時產生的感生電動勢數值較大，其抗干擾能力也得到了很大的提升。