電磁流量計(jì)的勵(lì)磁線圈在實(shí)際制造中可能不對(duì)稱，尤其在較大的電磁流量計(jì)傳感器制作過(guò)程中存在這個(gè)問(wèn)題的可能性更大。但是，針對(duì)勵(lì)磁線圈可能存在的位置偏差情況進(jìn)行分析的文獻(xiàn)卻較少。筆者運(yùn)用有限元軟件Ansys對(duì)電磁流量計(jì)勵(lì)磁線圈不對(duì)稱問(wèn)題建立磁場(chǎng)仿真模型，并在模型下進(jìn)行數(shù)值仿真分析勵(lì)磁線圈不對(duì)稱對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的影響，對(duì)因此而帶來(lái)的測(cè)量信號(hào)的變化進(jìn)行分析。
1磁場(chǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)與電磁測(cè)量原理
　　電磁流量計(jì)的磁場(chǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)做了描述，主要有樣本平均值、變異系數(shù)和均勻區(qū)域面積。為了考察勵(lì)磁線圈不對(duì)稱時(shí)電磁流量計(jì)測(cè)量信號(hào)的變化，引入文獻(xiàn)［5］中的磁場(chǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)分析勵(lì)磁線圈不對(duì)稱［4，5］測(cè)量區(qū)域中的磁場(chǎng)變化情況，進(jìn)而研究瞬時(shí)感應(yīng)電勢(shì)值。
　　均勻區(qū)域面積就是在測(cè)量區(qū)域中，中心點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)值B00，設(shè)定該區(qū)域中的其他點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度為Bxy，滿足在測(cè)量區(qū)域中所占的面積為均勻區(qū)域面積。
　　變異系數(shù)又稱“標(biāo)準(zhǔn)差率”，是衡量資料中各觀測(cè)值變異程度的另一個(gè)統(tǒng)計(jì)量。標(biāo)準(zhǔn)變異系數(shù)是一組數(shù)據(jù)的變異指標(biāo)與其平均指標(biāo)之比，為相對(duì)變異指標(biāo)，即CV=樣本標(biāo)準(zhǔn)差s/樣本平均值`χ。
　　由Maxwell方程，并在一定的假設(shè)條件下，可得電磁流量計(jì)的感應(yīng)電勢(shì)值(即兩電極的電勢(shì)差)的表達(dá)式:

式中
A———對(duì)所有空間積分;
B———磁感應(yīng)強(qiáng)度;
L———絕緣管道筒長(zhǎng)一半;
r———流量計(jì)截面管半徑;
V———導(dǎo)電流體的流速;
W———矢量權(quán)重函數(shù)［6］，它是一個(gè)只由電磁流量計(jì)本身結(jié)構(gòu)決定的量。
可見(jiàn)，只要確定了V、B、W和r，就可以求得流量計(jì)的感應(yīng)電勢(shì)差。
2仿真模型與仿真實(shí)驗(yàn)
2．1仿真模型
　　為了考查電磁流量計(jì)傳感器中勵(lì)磁結(jié)構(gòu)不對(duì)稱問(wèn)題，設(shè)定了如圖1所示的電磁流量計(jì)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)Ansys仿真模型，Ansys仿真模型中只對(duì)電磁流量計(jì)傳感器測(cè)量電極截面進(jìn)行建模，兩個(gè)電極中心方向稱為y軸，過(guò)測(cè)量管道中心垂直y軸的為x軸，x軸與y軸構(gòu)成直角坐標(biāo)系，管道中心為坐標(biāo)原點(diǎn)o，線圈邊緣與x軸的夾角分別為a與b，磁芯邊緣與x軸的夾角為b。

1———線圈位置;
2———磁芯位置，磁芯與線圈構(gòu)成勵(lì)磁結(jié)構(gòu);
3———電極及其固定器件位置;
4———測(cè)量管道(測(cè)量區(qū)域);
5———襯里;
6、7———內(nèi)徑壁與外徑壁
2．2仿真實(shí)驗(yàn)
　　仿真實(shí)驗(yàn)中，設(shè)定電磁流量計(jì)左邊的(x負(fù)軸向)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)不變，右邊的(x正軸向)的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)安裝角度a分別為偏置0、5、10、15°，仿真勵(lì)磁線圈不對(duì)稱不同角度情況下對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的影響，結(jié)果如圖2所示。
　　可以看出，當(dāng)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)安置有所偏置時(shí)，電磁流量計(jì)測(cè)量區(qū)域內(nèi)部磁力線方向發(fā)生變化，偏置角越大，磁力線方向變化越大。

　　圖3顯示了勵(lì)磁結(jié)構(gòu)偏置角度為15°時(shí)測(cè)量區(qū)域的磁場(chǎng)分布，為節(jié)省篇幅，其他仿真圖略去。可見(jiàn)，當(dāng)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的偏置角不同時(shí)，x軸方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量值存在一定變化，但是無(wú)法給予數(shù)值上的分析結(jié)果，下面將用磁場(chǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)加以分析。

3仿真結(jié)果分析
　　為了詳實(shí)地考查電磁流量計(jì)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)偏置對(duì)流量計(jì)測(cè)量區(qū)域中磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況的影響，運(yùn)用第1節(jié)介紹的磁場(chǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)不同偏置角度下的磁場(chǎng)進(jìn)行分析。
　　圖4為勵(lì)磁線圈偏置角不同時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度分析結(jié)果，可以看出，在勵(lì)磁結(jié)構(gòu)偏置時(shí)，電磁流量計(jì)測(cè)量區(qū)域的平均磁場(chǎng)有一定變化，偏置角度越大，測(cè)量區(qū)域的平均磁場(chǎng)越小。圖5為勵(lì)磁線圈偏置角不同時(shí)測(cè)量區(qū)域變異系數(shù)的分析結(jié)果，可以看出，勵(lì)磁結(jié)構(gòu)偏置角度越大，測(cè)量區(qū)域的磁場(chǎng)變異系數(shù)越大，即磁場(chǎng)強(qiáng)度分布波動(dòng)性越大。

　　圖6為勵(lì)磁線圈偏置角不同時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度在測(cè)量區(qū)域均勻面積分析，可以看出，在勵(lì)磁結(jié)構(gòu)偏置時(shí)，電磁流量計(jì)測(cè)量區(qū)域的磁場(chǎng)均勻區(qū)域存在變化，偏置角度越大，測(cè)量區(qū)域的均勻區(qū)域越小，即測(cè)量區(qū)域測(cè)磁場(chǎng)均勻性越差。

　　圖7為勵(lì)磁線圈偏置角不同時(shí)電磁感應(yīng)信號(hào)的分析結(jié)果，流量計(jì)瞬時(shí)感應(yīng)信號(hào)是設(shè)定流體速度不變的情況下勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的偏置角不同時(shí)進(jìn)行的仿真?？梢钥闯?，在其他條件不變的情況下，勵(lì)磁結(jié)構(gòu)偏置角度越大，流量計(jì)感應(yīng)信號(hào)就越小。?
　　由以上仿真結(jié)果分析:電磁流量計(jì)勵(lì)磁線圈存在偏置會(huì)造成電磁流量計(jì)測(cè)量區(qū)域中磁場(chǎng)分布變化，進(jìn)而給電磁流量計(jì)測(cè)量帶來(lái)一定的誤差。
4結(jié)束語(yǔ)
　　運(yùn)用有限元軟件對(duì)電磁流量計(jì)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)存在偏置進(jìn)行了建模仿真研究，通過(guò)模型分析了流量和不同勵(lì)磁結(jié)構(gòu)偏置情況下，電磁流量計(jì)磁場(chǎng)分布情況以及對(duì)流量計(jì)電極兩端獲取感應(yīng)信號(hào)大小影響情況的研究，進(jìn)而獲得由勵(lì)磁線圈不對(duì)稱引起的測(cè)量誤差。當(dāng)然，目前電磁流量計(jì)出廠前會(huì)進(jìn)行校準(zhǔn)，但是在較大測(cè)量管道的應(yīng)用中，實(shí)流校驗(yàn)成本較大，因此會(huì)選用干標(biāo)定等手段，這一過(guò)程中，勵(lì)磁線圈的不對(duì)稱會(huì)產(chǎn)生一定的測(cè)量誤差，筆者對(duì)此類問(wèn)題進(jìn)行分析研究，為電磁流量計(jì)勵(lì)磁線圈不對(duì)稱安裝帶來(lái)的測(cè)量誤差提供理論研究。

電極的角位置偏差可能產(chǎn)生的測(cè)量誤差大約為每度1.2%，而線圈的角位置偏差引起大約為每度0.7%的誤差。