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      不同勵磁線圈形狀的電磁流量計

      時間:2024-03-22 11:55:44 點擊:98次

      電磁流量計的勵磁系統是由勵磁線圈、導磁鐵芯和磁軛等部分組成。電磁流量計的磁場特性不僅和勵磁電流大小變化有關,還深受勵磁線圈的形狀、尺寸大小、匝數等因素影響。電磁流量計工作磁場的穩定性和均勻性是設計分析勵磁系統最關鍵的因素。不同的勵磁線圈形狀對電磁流量計工作磁場的影響也各具特點。

      1、典型勵磁線圈

      工業生產中廣泛應用的勵磁線圈的形狀主要有圓形線圈、菱形線圈、矩形線圈、馬鞍形線圈等。典型的線圈結構仍存在一些不足,如亥姆霍茲線圈中部的工作磁場均勻度較好,而邊緣處磁場卻減弱;菱形勵磁線圈和矩形勵磁線圈產生的工作磁場在電極附近的分布均勻度較差;馬鞍形勵磁線圈的磁場均勻度最好,但輸出感應電動勢大小比亥姆霍茲線圈低。

      2、E形框架亥姆霍茲線圈

      由于勵磁線圈的軸向長度有限,根據電磁感應原理,線圈產生的磁場是一系列圓形的閉環。在線圈彎曲的磁場的邊緣處形成非均勻分布的磁場。即電磁場的分布在測量管方向具有邊緣效應。Shereliff J A的數學模型中提到當勵磁線圈的軸向長度接近測量管半徑的3倍時,有限磁場的靈敏度接近1。雖然分析了電磁流量計靈敏度與磁場軸向長度之間的關系,但勵磁線圈沿電極方向的長度仍未分析。

      E形框架亥姆霍茲線圈是一種在傳統的亥姆霍茲線圈中加入導磁材料制成的E形框架來模擬磁場的分布的改進勵磁結構。常用的勵磁裝置亥姆霍茲線圈具有2個平行排列的線圈,并且測量管中的磁流場是2個線圈產生的磁場的疊加。為了減少在線圈邊緣漏磁通的影響,Yang HY等人提出了一種由導磁材料構成的E形勵磁框架。

      線圈纏繞在E形框架的中心,整個勵磁裝置由2個彼此相對放置的E形框架組成。線圈形狀是矩形的,由于E形框架具有高導磁率,磁力線可以集中在E形框架的中心區域,以提高穿過測量管的磁場的強度和均勻性,并且可以減小激勵裝置的尺寸。其中,E形框架亥姆霍茲線圈沿著測量管的軸向長度是48mm,即測量管半徑的3倍。此種結構具有漏磁小、磁場分布均勻等優點??蓪⒋磐考性跍y量管周圍的區域以確保有足夠的磁場強度來檢測流量流速信號。

      3、雙層勵磁線圈

      明渠是一種具有自由表面液體流動的渠道。明渠水流也稱為重力流和無壓流,其靠重力作用產生,表面相對壓力為零且具有自由表面,因此,明渠水流流經渠道的截面是時刻變化的。明渠電磁流量計的主要設計問題是通過專門設計的勵磁線圈來保證測量區內磁場的均勻分布。線圈的設計還需應對干擾電場的邊界效應,達到此需求最簡單的方法是在軸向上增加線圈的長度,但這又增加了線圈的制造成本。雙層勵磁線圈結構為解決明渠電磁流量計的磁場分布問題奠定了基礎。

      為了使明渠流量計測量區磁場達到最佳均勻性,Watral Z等人將雙層線圈和亥姆霍茲線圈兩種勵磁線圈 進行仿真比較,發現雙層線圈的設計要優于亥姆霍茲線圈,如果在亥姆霍茲線圈中,在流向方向上使線圈長度增加50%,則得到的磁場分布均勻性與在雙層線圈中相同。因此,雙層勵磁線圈結構相比亥姆霍茲勵磁線圈更適用于明渠電磁流量計。

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