引言

        插入式电磁流量计是在管道式电磁流量计的基础上发展起来的一种流体流量仪表，保留了电磁流量计测量原有的优点，克服了电磁流量计在大口径管道上安装困难、费用高等缺陷。

        

        插入式电磁流量计主要由传感器和变送器组成。传感器将液体流量变换成感应电动势信号，并传输到转换器;转换器将传感器送来的流量信号进行放大，并将流量信号转换成电信号。电极检测出的感应电势数值很小，通常是μV，因此，测量精度很容易受外界影响。

本文提出了通过向流量计内部插入铁芯和改进流量计的物理结构的方法，重新检测电极两端的电动势，并与实验数据相对比误差较小，比传统的插入式电磁流量计有着更好的精确度。

 

1      插入式电磁流量计的基本方程

        如图1所示，流体做切割磁感线运动所产生的感应电动势，通过电极引入到转换器中进行测量，以线圈匝数为2620匝的传感器的物理模型为例，给出了插入式电磁流量计的基本方程解。

        已知插入式电磁流量计的基本方程为

 

        如图2，当圆柱绕流为平面势流且磁场在z轴方向分布均匀时，磁场为定值Bz，流体流速为定值vy，两个电极间距为D，考虑有限区域影响时，两电极间的电位差通过辅助公式G(格林公式)可得

        由式(2)可知，当测量区域的边界固定，即h固定时，k为常数，且当h趋近于无穷大时，k值趋近于1。

2      流量计电磁场的求解

        当电流通过线圈时，会在线圈周围产生磁场。流量计测量杆的两侧各设置了一对电极，在流量计进行测量时，只需将电极置于管道的平均流速点上即可。

 

        本文采用MatlabPDE工具箱进行仿真，设置PDE参数，磁导率μ=1，电流密度:左边的线圈电流密度J=－1，右边的线圈电流密度J=1，其余传感器、管道、电极和铁芯区域电流密度均为0，传感器周围的电磁场如图3所示。

        如图3，传感器1，2 对电极与3，4 对电极连成的直线和磁场以及平均流速成相互垂直关系，由于电极所在位置的磁感应强度 B 较小，所以，液体流经电极时产生的感生电动势数值较小，容易受到外界的干扰 。

 

3 改进的流量计电磁场求解

        为了可以增加管道内的磁场强度，在线圈中插入“工”字型铁芯，并在测量杆的两侧安置新的电极 ［5］ 。铁芯二维模型如图 4 所示。

 

        设置 PDE 参数，铁芯的磁导率 μ =200，其余各个区域磁导率 μ =1，左线圈中电流密度 J = －1，右线圈中电流密度 J =1，其余传感器、管道、电极和铁芯区域电流密度均为0。传感器周围的电磁场如图 5 所示。1，2 对电极与 3，4 对电极连成的直线和磁场以及平均流速成相互垂直关系，液体流经电极时产生感生电动势。表 1 中 B 1 代表未插入铁芯的传感器电极所处位置的磁场强度，B 2 代表插入铁芯后电极所处位置的磁场强度。插入铁芯后，电极所在区域内的磁场强度明显增大，液体流经电极时产生的感生电动势数值较大，其抗干扰能力也得到了很大的提升。