电子产品世界

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。

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。

1 2

关键词： 电磁流量计 磁场仿真 传感器