电磁流量计磁场仿真研究

2013-10-14 11:52:27来源: 21ic
近年来,电磁流量计的内部的磁场分部情况备受研究人员的关注。金宁德[1-2]等人对外流式的电磁流量计的磁场分布情况进行仿真研究,赵琛、李斌等人对电磁流量传感器鞍状励磁线圈磁场分布的计算方法[3],王经卓对电磁流量计权函数的数值进行仿真与验证[4],邬惠峰等人运用ANSYS对电磁流量计进行建模研究[5]。一种集流型电磁流量计由于其构造的特殊性,被广泛用于石油井下测量以及其它特殊场合。由于集流型电磁流量计构造的特殊性,其内部磁场分部情况比普通结构的电磁流量计的更为复杂,对其内部磁场的分布情况的研究对流量计的设计具有重要的意义。本文运用ansys有限元软件对这种电磁流量计内部磁场敏感场进行建模仿真,并在这种模型下,研究了在电磁流量计中增加部分磁导率不同的颗粒状物质时,电磁流量计内部磁场分布情况。

1 流量计结构与磁场分布仿真

集流型电磁流量计是广泛用于石油井下测量,其在流量计外壳内镶嵌有两个发射磁极和两个接收电极。由于在电磁传感器底部安装有伞式集流器,当流量计位于指定测点后,使集流器张开,以封堵套管和测井仪器之间流体的流动通道,迫使流体全部或绝大部分流经电磁传感器的测量区域,并经上出液口重新流回井筒,井下集流式流量计截面结构如图1中(a)所示。

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图1 电磁流量计结构示意图

集流型电磁流量计ANSYS仿真模型如图1中(b)所示。图中,电磁流量计内部水平方向有两个磁极,垂直方向有两个电极;磁极由磁芯和线圈两部分组成,即在每个磁极磁芯的外侧均包裹一层线圈,用来产生交变磁场。仿真时,传感器磁极磁芯的长度为8mm、宽度为4mm,材料为导磁性铁芯;磁芯外层包裹线圈的厚度为1mm,材料为铜丝;电极的长度和宽度均为4mm,材料为不锈钢。螺线管线圈电流加载后,左边磁极外侧为S极,内侧为N极;右边磁极外侧为N极,内侧为S极。

采用magsolv命令对上述外流式电磁流量计磁场分布问题进行静态求解,得到磁感应强度B分布和2D磁通线分布,分别如图2中的(a)和(b)所示。可以看出,在传感器管道内磁场分布较均匀,在靠近磁极表面区域磁力线密集,表示该部分测量灵敏度较高。为了更清晰的了解流量计内部磁感应场的分布情况,建立电磁流量计测量区域的磁感应强度分布场,如图3所示,从仿真磁感应分布图中可以清楚的获得各部分的磁感应强度大小。

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关键字:电磁流量计  磁场仿真  传感器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/1014/article_7949.html
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