電磁流量計磁場仿真研究

作者：時間：2013-10-14 來源：網(wǎng)絡(luò)

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近年來，電磁流量計的內(nèi)部的磁場分部情況備受研究人員的關(guān)注。金寧德[1-2]等人對外流式的電磁流量計的磁場分布情況進行仿真研究，趙琛、李斌等人對電磁流量傳感器鞍狀勵磁線圈磁場分布的計算方法[3]，王經(jīng)卓對電磁流量計權(quán)函數(shù)的數(shù)值進行仿真與驗證[4]，鄔惠峰等人運用ANSYS對電磁流量計進行建模研究[5]。一種集流型電磁流量計由于其構(gòu)造的特殊性，被廣泛用于石油井下測量以及其它特殊場合。由于集流型電磁流量計構(gòu)造的特殊性，其內(nèi)部磁場分部情況比普通結(jié)構(gòu)的電磁流量計的更為復(fù)雜，對其內(nèi)部磁場的分布情況的研究對流量計的設(shè)計具有重要的意義。本文運用ansys有限元軟件對這種電磁流量計內(nèi)部磁場敏感場進行建模仿真，并在這種模型下，研究了在電磁流量計中增加部分磁導率不同的顆粒狀物質(zhì)時，電磁流量計內(nèi)部磁場分布情況。

1 流量計結(jié)構(gòu)與磁場分布仿真

集流型電磁流量計是廣泛用于石油井下測量，其在流量計外殼內(nèi)鑲嵌有兩個發(fā)射磁極和兩個接收電極。由于在電磁傳感器底部安裝有傘式集流器，當流量計位于指定測點后，使集流器張開，以封堵套管和測井儀器之間流體的流動通道，迫使流體全部或絕大部分流經(jīng)電磁傳感器的測量區(qū)域，并經(jīng)上出液口重新流回井筒，井下集流式流量計截面結(jié)構(gòu)如圖1中（a）所示。

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圖1 電磁流量計結(jié)構(gòu)示意圖

集流型電磁流量計ANSYS仿真模型如圖1中（b）所示。圖中，電磁流量計內(nèi)部水平方向有兩個磁極，垂直方向有兩個電極；磁極由磁芯和線圈兩部分組成，即在每個磁極磁芯的外側(cè)均包裹一層線圈，用來產(chǎn)生交變磁場。仿真時，傳感器磁極磁芯的長度為8mm、寬度為4mm，材料為導磁性鐵芯；磁芯外層包裹線圈的厚度為1mm，材料為銅絲；電極的長度和寬度均為4mm，材料為不銹鋼。螺線管線圈電流加載后，左邊磁極外側(cè)為S極，內(nèi)側(cè)為N極；右邊磁極外側(cè)為N極，內(nèi)側(cè)為S極。

采用magsolv命令對上述外流式電磁流量計磁場分布問題進行靜態(tài)求解，得到磁感應(yīng)強度B分布和2D磁通線分布，分別如圖2中的（a）和（b）所示。可以看出，在傳感器管道內(nèi)磁場分布較均勻，在靠近磁極表面區(qū)域磁力線密集，表示該部分測量靈敏度較高。為了更清晰的了解流量計內(nèi)部磁感應(yīng)場的分布情況，建立電磁流量計測量區(qū)域的磁感應(yīng)強度分布場，如圖3所示，從仿真磁感應(yīng)分布圖中可以清楚的獲得各部分的磁感應(yīng)強度大小。

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