[发明专利]一种电磁流量传感器多场耦合感应电动势的数值仿真方法

说明书

本发明涉及电磁流量传感器多场耦合感应电动势的数值仿真方法，包括：确定三维空间维度；根据电磁流量传感器的作用机理，添加物理场接口；构建几何模型；定义传感器各部分的材料属性；修改各物理场设置，并定义边界条件；进行网格划分；添加研究类型并进行计算求解；最后对计算结果进行后处理，得到所需物理量，尤其是得到耦合感应电动势。本发明可以根据电磁流量传感器的实际结构尺寸仿真得到传感器内的流场和磁场分布，并直接耦合流场和磁场仿真结果获得感应电动势；无需进行任何理想化假设，比基于权函数公式等方法计算得到的感应电动势更加符合实际情况，使电磁流量传感器的仿真结果更加精确，有利于对传感器进行结构优化设计的相关研究。

技术领域

本发明涉及流量传感器技术领域，尤其是一种电磁流量传感器多场耦合感应电动势的数值仿真方法。

背景技术

电磁流量传感器是依据法拉第电磁感应定律来测量导电液体体积流量的检测仪表，其基本测量原理为：测量管上下安放励磁线圈，通过外部电路施加激励，在传感器内产生磁场；当导电的运动液体流过测量管道时，会切割磁力线产生电势，通过电极获取电势差即得到感应电动势；当传感器的测量管道和磁路结构参数不同时，会使得传感器内的流场和磁场分布特性产生变化，因此由流场和磁场耦合作用产生的感应电动势会随之改变，进而直接影响到信号处理的精确度，改变电磁流量传感器的测量性能。

为了提高电磁流量传感器的测量性能，需要对传感器的测量管道和磁路结构进行优化设计。现有的传感器结构优化方案，主要是通过数值仿真的方法进行优化设计，采用的仿真方法可以分为三类：第一，对单个物理场进行研究分析，如只考虑流场或磁场，而忽略流场和磁场的耦合作用，所以无法确定感应电动势的大小和波动情况，结构优化设计的实现效果较差；第二，将流场或者磁场等效为恒定数值，通过耦合磁场或流场的仿真结果获得感应电动势，由于其未考虑流场或磁场在传感器内的分布，因此使用该理想化假设得到的感应电动势与实际工况具有较大偏差；第三，基于权函数理论公式计算得到感应电动势，该方法首先通过数值仿真方法获得电极截面内的流场和磁场数据，然后根据二维圆管点电极的权函数理论公式：

式中，a为圆管半径，通过公式来计算传感器的感应电动势。但是目前只有圆管点电极的权函数理论公式，所以该方法只适用于圆管点电极电磁流量传感器的感应电动势计算，而无法用于非圆形缩进式电磁流量传感器的计算。同时该方法以二维感应电动势结果代替实际结构尺寸的感应电动势大小，并忽略了电极的实际结构尺寸，与传感器的实际工况具有一定的差别，因此该感应电动势的计算方法具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使电磁流量传感器的仿真结果更加精确，有利于对传感器进行结构优化设计的相关研究的电磁流量传感器多场耦合感应电动势的数值仿真方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种电磁流量传感器多场耦合感应电动势的数值仿真方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)确定三维空间维度；

(2)根据电磁流量传感器的作用机理，添加物理场接口；

(3)构建几何模型；

(4)定义传感器各部分的材料属性；

(5)修改各物理场设置，并定义边界条件；

(6)进行网格划分；

(7)添加研究类型并进行计算求解；

(8)最后对计算结果进行后处理，得到耦合感应电动势。