勵磁線圈

法拉第的實驗表明，不論用什麼方法，只要穿過閉合電路的磁通量發生變化，閉合電路中就有電流產生。這種現象稱為電磁感應現象，所產生的電流稱為感應電流。

法拉第根據大量實驗事實總結出瞭如下定律：

電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通變化率成正比，這就是法拉第電磁感應定律。

如何使磁體的磁性變強，早在1821年9月，法拉第就考慮過磁體的磁性與形狀的關係，他發現如果把馬蹄形磁鐵的兩個磁極用鐵片連接起來，磁極幾乎消失了，為此他考慮最合適的磁體形狀:“·····一個扁圓體或長橢圓體、球體，還是一個粗圓環?’，他發現圓環磁體可以保證磁幾乎毫無遺漏地貫穿整個磁體。此外，電磁鐵的發明和改進也為製造強力磁體提供了條件。1824-1831年間，斯特金、亨利和莫爾先後對電磁鐵作了重大改進，利用軟鐵芯獲得了磁力很強的電磁體，法拉第對此非常瞭解。在軟鐵環上纏繞線圈，通電後形成電磁鐵，不但可以保證磁體的磁性強度，而且可以保證磁幾乎毫無遺漏的貫穿整個電磁鐵。 ^[1] 

工業應用中，為了提高測量的準確度就要儘量增強勵磁磁場的強度以及磁場的均勻性，使得電極兩端的感應電動勢增強。在同樣的勵磁條件以及線圈用料相同的情況下，可以繞製成多種形狀的勵磁線圈，通過比較產生的磁場均勻性以及磁場強度，可以選出適合的勵磁線圈形狀。 ^[2] 

勵磁線圈的形狀常見的有圓形、菱形和馬鞍形3種。對相同用料下不同形狀勵磁線圈產生的磁場的強度以及均勻度進行仿真比較。 ^[2]  其形狀如右圖1所示。

為保證用料相同，以圓形的周長為 1 m ，按比例繞制馬鞍形和菱形的線圈。將馬鞍形、圓形和菱形線圈分別貼到管壁上，令線圈軸向長度與用料相同，且被測液體流速均為 1m/s 。其中，具體仿真參數設置如下：

1) 管道參數。管道直徑為 100 mm ，管壁厚度為10 mm ，管道長度為 220 mm 。

2) 線圈參數。線圈寬度厚度為 10 mm ，線圈軸長為 150 mm 。

3) 勵磁參數。圓形線圈為 200 匝，菱形為 273 匝，馬鞍形為 185 匝，勵磁電流為 1A 。 ^[2] 

不同形狀勵磁線圈的磁場仿真結果如右圖2。

和

分別為整個磁場空間磁場強度最小值和最大值；

為整個磁場空間磁場強度平均值；B (0,0,0) 為點(0,0,0)處磁場強度；

為 z 軸最大磁場強度；

為 z 軸最小磁場強度；

為

平面內磁場強度平均值；

為

平面內磁場強度平均值。 ^[2] 

圓形和馬鞍形線圈產生的勵磁磁場的磁通密度沿中軸線分佈較均勻；馬鞍形線產生的勵磁磁場的圈磁通密度沿測量管軸方向分佈較均勻；圓形線圈產生的勵磁磁場的磁通密度在整個空間分佈較均勻；而菱形線圈產生的勵磁磁場的磁通密度沿各個方向都最不均勻。 ^[2] 

綜上所述，圓形勵磁線圈的勵磁磁場均勻度較好。在條件相同情況下，計算利用圓形線圈勵磁的測量精度比傳統的馬鞍形線圈勵磁的測量精度提高了10.3% 。 ^[2]