電磁流量計磁場仿真研究
電磁流量計磁場仿真研究
摘要: 一種集流型電磁流量計廣泛的應(yīng)用于井下流量測量等特殊場合, 運(yùn)用有限元軟件ansys 對這種集流型電磁流量計建立的磁場仿真模型, 并建立了這種集流型電磁流量計中流體中含有導(dǎo)磁率高的顆粒狀物體時的磁場仿真模型。
關(guān)鍵詞: ansy s; 集流型; 電磁流量計; 仿真
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(jìn)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(jìn)行仿真與驗(yàn)證[ 4] , 鄔惠峰等人運(yùn)用ANSYS 對電磁流量計進(jìn)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(yùn)用ansys 有限元軟件對這種電磁流量計內(nèi)部磁場敏感場進(jìn)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(dǎo)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(dāng)流量計位于測點(diǎn)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。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8 mm、寬度為4 mm, 材料為導(dǎo)磁性鐵芯; 磁芯外層包裹線圈的厚度為1 mm, 材料為銅絲; 電極的長度和寬度均為4 mm, 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(jìn)行靜態(tài)求解, 得到磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度大小。圖2 電磁流量計磁感應(yīng)強(qiáng)度B 與磁通線分布圖圖3 電磁流量計磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖
2 管道內(nèi)含磁性物質(zhì)時電磁流量計磁場分布仿真
為了考察流體中含有的磁性物質(zhì)時, 對電磁流量計磁場分布的影響, ANSYS 仿真模型如圖4 所示的模型。圖中, 在傳感器管道測量區(qū)域內(nèi)設(shè)置直徑磁性球體, 并設(shè)定磁性球體的相對磁導(dǎo)率為: ..= 10。圖4 ANSYS 仿真模型圖對線圈施加載激勵電流, 并采用esize 命令對ANSYS 模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分, 采用magsolv 命令對該含磁性物質(zhì)時電磁流量計磁場分布問題進(jìn)行靜態(tài)求解, 得到了磁感應(yīng)強(qiáng)度B 分布和2D 磁通線分布, 如圖5 中( a) 和( b) 所示。從圖5 可以看出, 磁性物質(zhì)流經(jīng)傳感器管道測量區(qū)域時, 磁性物質(zhì)附近的磁場發(fā)生了變化, 進(jìn)而影響測量磁場的整體分布特性。也就是說, 流體中的磁性物質(zhì)同樣會對集流型電磁流量計的測量造成影響。將仿真結(jié)果數(shù)值化顯示其分布圖如圖6 所示, 從仿真結(jié)果可以看出, 流體中含有磁物質(zhì)時, 這部分磁感應(yīng)強(qiáng)度是增大的, 是影響整個空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布的。圖5 含磁性物質(zhì)時B 與磁通線分布圖圖6 含磁體時磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖
3 結(jié)束語
集流型智能電磁流量計以一種特殊結(jié)構(gòu)在油氣井測量方面有廣泛的應(yīng)用, 本文對這種特殊結(jié)構(gòu)的流量測量計建立仿真模型, 利用有限元的方法對集流式電磁流量計磁場的測定進(jìn)行了計算機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真, 為利用有限元方法在電磁流量計的仿真方法中磁場的仿真測量及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定一定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn): [ 1] 金寧德, 宗艷波, 張玉輝, 等. 四電極電磁流量計磁場分布特性數(shù)值模擬[ J] . 工業(yè)計量, 2009, 19( 2) : 2..6. [ 2] 金寧德, 宗艷波, 鄭桂波, 等. 注聚井中電磁流量計測量特性分析[ J] . 石油學(xué)報, 2009, 30( 2) : 308..311. [ 3] 趙琛, 李斌, 陳文建. 電磁流量傳感器鞍狀勵磁線圈磁場分布的計算方法[ J] . 上海大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版, 2008, 14( 1) : 31..35. [ 4] 王經(jīng)卓. 電磁流量計權(quán)函數(shù)的數(shù)值仿真與驗(yàn)證[ J] . 儀器儀表學(xué)報, 2009, 30( 1) : 132..137. [ 5] 鄔惠峰, 嚴(yán)義, 吳紅娉. 基于ANSYS 的電磁流量計建模研究[ J] . 儀器儀表學(xué)報, 2008, 29( 2) : 372..376.--擴(kuò)展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網(wǎng)站：
會員1.png)