電磁流量計(jì)的勵(lì)磁系統(tǒng)是由勵(lì)磁線(xiàn)圈、導(dǎo)磁鐵芯和磁軛等部分組成。電磁流量計(jì)的磁場(chǎng)特性不僅和勵(lì)磁電流大小變化有關(guān)，還深受勵(lì)磁線(xiàn)圈的形狀、尺寸大小、匝數(shù)等因素影響。電磁流量計(jì)工作磁場(chǎng)的穩(wěn)定性和均勻性是設(shè)計(jì)分析勵(lì)磁系統(tǒng)z關(guān)鍵的因素。不同的勵(lì)磁線(xiàn)圈形狀對(duì)電磁流量計(jì)工作磁場(chǎng)的影響也各具特點(diǎn)。
1、典型勵(lì)磁線(xiàn)圈
工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的勵(lì)磁線(xiàn)圈的形狀主要有圓形線(xiàn)圈、菱形線(xiàn)圈、矩形線(xiàn)圈、馬鞍形線(xiàn)圈等。典型的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)仍存在一些不足，如亥姆霍茲線(xiàn)圈中部的工作磁場(chǎng)均勻度較好，而邊緣處磁場(chǎng)卻減弱;菱形勵(lì)磁線(xiàn)圈和矩形勵(lì)磁線(xiàn)圈產(chǎn)生的工作磁場(chǎng)在電極附近的分布均勻度較差;馬鞍形勵(lì)磁線(xiàn)圈的磁場(chǎng)均勻度，但輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小比亥姆霍茲線(xiàn)圈低。
2、E形框架亥姆霍茲線(xiàn)圈
由于勵(lì)磁線(xiàn)圈的軸向長(zhǎng)度有限，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是一系列圓形的閉環(huán)。在線(xiàn)圈彎曲的磁場(chǎng)的邊緣處形成非均勻分布的磁場(chǎng)。即電磁場(chǎng)的分布在測(cè)量管方向具有邊緣效應(yīng)。Shereliff J A的數(shù)學(xué)模型中提到當(dāng)勵(lì)磁線(xiàn)圈的軸向長(zhǎng)度接近測(cè)量管半徑的3倍時(shí)，有限磁場(chǎng)的靈敏度接近1。雖然分析了電磁流量計(jì)靈敏度與磁場(chǎng)軸向長(zhǎng)度之間的關(guān)系，但勵(lì)磁線(xiàn)圈沿電極方向的長(zhǎng)度仍未分析。
E形框架亥姆霍茲線(xiàn)圈是一種在傳統(tǒng)的亥姆霍茲線(xiàn)圈中加入導(dǎo)磁材料制成的E形框架來(lái)模擬磁場(chǎng)的分布的改進(jìn)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)。常用的勵(lì)磁裝置亥姆霍茲線(xiàn)圈具有2個(gè)平行排列的線(xiàn)圈，并且測(cè)量管中的磁流場(chǎng)是2個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)的疊加。為了減少在線(xiàn)圈邊緣漏磁通的影響，Yang HY等人提出了一種由導(dǎo)磁材料構(gòu)成的E形勵(lì)磁框架。
線(xiàn)圈纏繞在E形框架的中心，整個(gè)勵(lì)磁裝置由2個(gè)彼此相對(duì)放置的E形框架組成。線(xiàn)圈形狀是矩形的，由于E形框架具有高導(dǎo)磁率，磁力線(xiàn)可以集中在E形框架的中心區(qū)域，以提高穿過(guò)測(cè)量管的磁場(chǎng)的強(qiáng)度和均勻性，并且可以減小激勵(lì)裝置的尺寸。其中，E形框架亥姆霍茲線(xiàn)圈沿著測(cè)量管的軸向長(zhǎng)度是48mm，即測(cè)量管半徑的3倍。此種結(jié)構(gòu)具有漏磁小、磁場(chǎng)分布均勻等優(yōu)點(diǎn)?？蓪⒋磐考性跍y(cè)量管周?chē)膮^(qū)域以確保有足夠的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)流量流速信號(hào)。
3、雙層勵(lì)磁線(xiàn)圈
明渠是一種具有自由表面液體流動(dòng)的渠道。明渠水流也稱(chēng)為重力流和無(wú)壓流，其靠重力作用產(chǎn)生，表面相對(duì)壓力為零且具有自由表面，因此，明渠水流流經(jīng)渠道的截面是時(shí)刻變化的。明渠電磁流量計(jì)的主要設(shè)計(jì)問(wèn)題是通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的勵(lì)磁線(xiàn)圈來(lái)保證測(cè)量區(qū)內(nèi)磁場(chǎng)的均勻分布。線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)還需應(yīng)對(duì)干擾電場(chǎng)的邊界效應(yīng)，達(dá)到此需求的方法是在軸向上增加線(xiàn)圈的長(zhǎng)度，但這又增加了線(xiàn)圈的制造成本。雙層勵(lì)磁線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)為解決明渠電磁流量計(jì)的磁場(chǎng)分布問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)。
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