電磁流量計(jì)的勵磁線圈在實(shí)際制造中可能不對稱，尤其在較大的電磁流量計(jì)傳感器制作過程中存在這個問題的可能性更大。但是，針對勵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對電磁流量計(jì)勵磁線圈不對稱問題建立磁場仿真模型，并在模型下進(jìn)行數(shù)值仿真分析勵磁線圈不對稱對電磁流量計(jì)測量區(qū)域磁場強(qiáng)度分布的影響，對因此而帶來的測量信號的變化進(jìn)行分析。
1磁場評價指標(biāo)與電磁測量原理
　　電磁流量計(jì)的磁場評價指標(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。為了考察勵磁線圈不對稱時電磁流量計(jì)測量信號的變化，引入文獻(xiàn)［5］中的磁場評價指標(biāo)來分析勵磁線圈不對稱［4，5］測量區(qū)域中的磁場變化情況，進(jìn)而研究瞬時感應(yīng)電勢值。
　　均勻區(qū)域面積就是在測量區(qū)域中，中心點(diǎn)的磁場強(qiáng)度設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)值B00，設(shè)定該區(qū)域中的其他點(diǎn)磁場強(qiáng)度為Bxy，滿足在測量區(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值變異程度的另一個統(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)電勢值(即兩電極的電勢差)的表達(dá)式:

式中
A———對所有空間積分;
B———磁感應(yīng)強(qiáng)度;
L———絕緣管道筒長一半;
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］，它是一個只由電磁流量計(jì)本身結(jié)構(gòu)決定的量。
可見，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)傳感器中勵磁結(jié)構(gòu)不對稱問題，設(shè)定了如圖1所示的電磁流量計(jì)勵磁結(jié)構(gòu)Ansys仿真模型，Ansys仿真模型中只對電磁流量計(jì)傳感器測量電極截面進(jìn)行建模，兩個電極中心方向稱為y軸，過測量管道中心垂直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)成勵磁結(jié)構(gòu);
3———電極及其固定器件位置;
4———測量管道(測量區(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)勵磁結(jié)構(gòu)不變，右邊的(x正軸向)的勵磁結(jié)構(gòu)安裝角度a分別為偏置0、5、10、15°，仿真勵磁線圈不對稱不同角度情況下對電磁流量計(jì)測量區(qū)域磁場強(qiáng)度分布的影響，結(jié)果如圖2所示。
　　可以看出，當(dāng)勵磁結(jié)構(gòu)安置有所偏置時，電磁流量計(jì)測量區(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顯示了勵磁結(jié)構(gòu)偏置角度為15°時測量區(qū)域的磁場分布，為節(jié)省篇幅，其他仿真圖略去?？梢?，當(dāng)勵磁結(jié)構(gòu)的偏置角不同時，x軸方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量值存在一定變化，但是無法給予數(shù)值上的分析結(jié)果，下面將用磁場評價指標(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)勵磁結(jié)構(gòu)偏置對流量計(jì)測量區(qū)域中磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況的影響，運(yùn)用第1節(jié)介紹的磁場評價指標(biāo)對勵磁結(jié)構(gòu)不同偏置角度下的磁場進(jìn)行分析。
　　圖4為勵磁線圈偏置角不同時的磁場強(qiáng)度分析結(jié)果，可以看出，在勵磁結(jié)構(gòu)偏置時，電磁流量計(jì)測量區(qū)域的平均磁場有一定變化，偏置角度越大，測量區(qū)域的平均磁場越小。圖5為勵磁線圈偏置角不同時測量區(qū)域變異系數(shù)的分析結(jié)果，可以看出，勵磁結(jié)構(gòu)偏置角度越大，測量區(qū)域的磁場變異系數(shù)越大，即磁場強(qiáng)度分布波動性越大。

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

　　圖7為勵磁線圈偏置角不同時電磁感應(yīng)信號的分析結(jié)果，流量計(jì)瞬時感應(yīng)信號是設(shè)定流體速度不變的情況下勵磁結(jié)構(gòu)的偏置角不同時進(jìn)行的仿真?？梢钥闯?，在其他條件不變的情況下，勵磁結(jié)構(gòu)偏置角度越大，流量計(jì)感應(yīng)信號就越小。?
　　由以上仿真結(jié)果分析:電磁流量計(jì)勵磁線圈存在偏置會造成電磁流量計(jì)測量區(qū)域中磁場分布變化，進(jìn)而給電磁流量計(jì)測量帶來一定的誤差。
4結(jié)束語
　　運(yùn)用有限元軟件對電磁流量計(jì)勵磁結(jié)構(gòu)存在偏置進(jìn)行了建模仿真研究，通過模型分析了流量和不同勵磁結(jié)構(gòu)偏置情況下，電磁流量計(jì)磁場分布情況以及對流量計(jì)電極兩端獲取感應(yīng)信號大小影響情況的研究，進(jìn)而獲得由勵磁線圈不對稱引起的測量誤差。當(dāng)然，目前電磁流量計(jì)出廠前會進(jìn)行校準(zhǔn)，但是在較大測量管道的應(yīng)用中，實(shí)流校驗(yàn)成本較大，因此會選用干標(biāo)定等手段，這一過程中，勵磁線圈的不對稱會產(chǎn)生一定的測量誤差，筆者對此類問題進(jìn)行分析研究，為電磁流量計(jì)勵磁線圈不對稱安裝帶來的測量誤差提供理論研究。

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