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不同励磁线圈形状的电磁流量计

时间:2024-03-22 11:55:44 点击:211次

电磁流量计的励磁系统是由励磁线圈、导磁铁芯和磁轭等部分组成。电磁流量计的磁场特性不仅和励磁电流大小变化有关,还深受励磁线圈的形状、尺寸大小、匝数等因素影响。电磁流量计工作磁场的稳定性和均匀性是设计分析励磁系统最关键的因素。不同的励磁线圈形状对电磁流量计工作磁场的影响也各具特点。

1、典型励磁线圈

工业生产中广泛应用的励磁线圈的形状主要有圆形线圈、菱形线圈、矩形线圈、马鞍形线圈等。典型的线圈结构仍存在一些不足,如亥姆霍兹线圈中部的工作磁场均匀度较好,而边缘处磁场却减弱;菱形励磁线圈和矩形励磁线圈产生的工作磁场在电极附近的分布均匀度较差;马鞍形励磁线圈的磁场均匀度最好,但输出感应电动势大小比亥姆霍兹线圈低。

2、E形框架亥姆霍兹线圈

由于励磁线圈的轴向长度有限,根据电磁感应原理,线圈产生的磁场是一系列圆形的闭环。在线圈弯曲的磁场的边缘处形成非均匀分布的磁场。即电磁场的分布在测量管方向具有边缘效应。Shereliff J A的数学模型中提到当励磁线圈的轴向长度接近测量管半径的3倍时,有限磁场的灵敏度接近1。虽然分析了电磁流量计灵敏度与磁场轴向长度之间的关系,但励磁线圈沿电极方向的长度仍未分析。

E形框架亥姆霍兹线圈是一种在传统的亥姆霍兹线圈中加入导磁材料制成的E形框架来模拟磁场的分布的改进励磁结构。常用的励磁装置亥姆霍兹线圈具有2个平行排列的线圈,并且测量管中的磁流场是2个线圈产生的磁场的叠加。为了减少在线圈边缘漏磁通的影响,Yang HY等人提出了一种由导磁材料构成的E形励磁框架。

线圈缠绕在E形框架的中心,整个励磁装置由2个彼此相对放置的E形框架组成。线圈形状是矩形的,由于E形框架具有高导磁率,磁力线可以集中在E形框架的中心区域,以提高穿过测量管的磁场的强度和均匀性,并且可以减小激励装置的尺寸。其中,E形框架亥姆霍兹线圈沿着测量管的轴向长度是48mm,即测量管半径的3倍。此种结构具有漏磁小、磁场分布均匀等优点。可将磁通量集中在测量管周围的区域以确保有足够的磁场强度来检测流量流速信号。

3、双层励磁线圈

明渠是一种具有自由表面液体流动的渠道。明渠水流也称为重力流和无压流,其靠重力作用产生,表面相对压力为零且具有自由表面,因此,明渠水流流经渠道的截面是时刻变化的。明渠电磁流量计的主要设计问题是通过专门设计的励磁线圈来保证测量区内磁场的均匀分布。线圈的设计还需应对干扰电场的边界效应,达到此需求最简单的方法是在轴向上增加线圈的长度,但这又增加了线圈的制造成本。双层励磁线圈结构为解决明渠电磁流量计的磁场分布问题奠定了基础。

为了使明渠流量计测量区磁场达到最佳均匀性,Watral Z等人将双层线圈和亥姆霍兹线圈两种励磁线圈 进行仿真比较,发现双层线圈的设计要优于亥姆霍兹线圈,如果在亥姆霍兹线圈中,在流向方向上使线圈长度增加50%,则得到的磁场分布均匀性与在双层线圈中相同。因此,双层励磁线圈结构相比亥姆霍兹励磁线圈更适用于明渠电磁流量计。

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