基于ANSYS集流型电磁流量计磁场仿真研究

　　近年来，电磁流量计(EMF)的内部的磁场分布情况备受研究人员的关注.金宁德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〔1〕，赵琛、李斌等人对流量计鞍状励磁线圈磁场分布的计算方法进行研究〔2〕，王经卓对电磁流量计权函数的数值进行仿真与验证〔3〕，邬惠峰等人运用ANSYS对电磁流量计进行建模研究〔4〕.张小章，徐立军对电磁测量计的流场重建分别展开研究〔5-6〕.一种集流型电磁流量计由于其构造的特殊性，被广泛用于油气田井下测量以及其他特殊场合.由于集流型电磁流量计构造的特殊性，其内部磁场分布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强度分布进行建模仿真，并研究了在电磁流量计中螺线管线圈位置不同时，流量计内部测量区域的磁场强度分布情况，为集流式电磁流量计螺线管线圈位置的设计提供了一定的参考依据.

　　1　集流型电磁流量计结构及评价指标

　　1.1　集流型电磁流量计结构

　　集流型电磁流量计广泛用于石油井下测量，在其圆形的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，井下集流式流量计传感器截面结构如图1所示.图中设定流量计内径为21mm，外径为42mm，内径管道为流量计的测量区域，通过磁芯中心的x轴与通过电极中心的y轴构成直角坐标系，螺线管线圈位置h为螺线管线圈距x 轴的距离.

　　1.2　磁场评价指标

　　为了详细的获得电磁流量计螺线管线圈位置h 对流量计测量区域内部磁场强度分布的影响情况，提出以下相关指标来分析流量计磁场强度数据：

　　1)样本平均值与样本标准差：对给定一组样本值x=[x1，x2，x3……，xn]，其样本平均值与样本标准差为：

　　2)磁场均匀度定义：在测量区域中，选定x轴或y轴方向上的很窄的区域中A，在该区域中，中心点的磁场强度设为标准值B00，设定该区域中的其他点磁场强度为Bxy，则如果满足(3)式则认为该磁场均匀.在测量区域中，x轴(y轴)中心附近区域的磁场强度如果满足(3)式的均匀度定义，则说明该长度区域的磁场是均匀的，该长度区域称为磁场x 轴(y 轴)均匀长度.

　　3)变异系数：变异系数又称“标准差率”，是衡量资料中各观测值变异程度的另一个统计量.当进行两个或多个资料变异程度的比较时，如果度量单位与平均数相同，可以直接利用标准差来比较.如果单位或平均数不同时，比较其变异程度采用变异系数相对较好，标准差与平均数的比值称为变异系数，一般记为CV .变异系数可以消除单位或平均数不同对两个或多个资料变异程度比较的影响.标准变异系数是一组数据的变异指标与其平均指标之比，它是一个相对变异指标.用公式表示为：