電磁流量計的勵磁系統是由勵磁線(xiàn)圈、導磁鐵芯和磁軛等部分組成。電磁流量計的磁場(chǎng)特性不僅和勵磁電流大小變化有關(guān)，還深受勵磁線(xiàn)圈的形狀、尺寸大小、匝數等因素影響。電磁流量計工作磁場(chǎng)的穩定性和均勻性是設計分析勵磁系統最關(guān)鍵的因素。不同的勵磁線(xiàn)圈形狀對電磁流量計工作磁場(chǎng)的影響也各具特點(diǎn)。

1、典型勵磁線(xiàn)圈

工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用的勵磁線(xiàn)圈的形狀主要有圓形線(xiàn)圈、菱形線(xiàn)圈、矩形線(xiàn)圈、馬鞍形線(xiàn)圈等。典型的線(xiàn)圈結構仍存在一些不足，如亥姆霍茲線(xiàn)圈中部的工作磁場(chǎng)均勻度較好，而邊緣處磁場(chǎng)卻減弱；菱形勵磁線(xiàn)圈和矩形勵磁線(xiàn)圈產(chǎn)生的工作磁場(chǎng)在電極附近的分布均勻度較差；馬鞍形勵磁線(xiàn)圈的磁場(chǎng)均勻度最好，但輸出感應電動(dòng)勢大小比亥姆霍茲線(xiàn)圈低。

2、Ｅ形框架亥姆霍茲線(xiàn)圈

由于勵磁線(xiàn)圈的軸向長(cháng)度有限，根據電磁感應原理，線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是一系列圓形的閉環(huán)。在線(xiàn)圈彎曲的磁場(chǎng)的邊緣處形成非均勻分布的磁場(chǎng)。即電磁場(chǎng)的分布在測量管方向具有邊緣效應。Shereliff J A的數學(xué)模型中提到當勵磁線(xiàn)圈的軸向長(cháng)度接近測量管半徑的３倍時(shí)，有限磁場(chǎng)的靈敏度接近１。雖然分析了電磁流量計靈敏度與磁場(chǎng)軸向長(cháng)度之間的關(guān)系，但勵磁線(xiàn)圈沿電極方向的長(cháng)度仍未分析。

Ｅ形框架亥姆霍茲線(xiàn)圈是一種在傳統的亥姆霍茲線(xiàn)圈中加入導磁材料制成的Ｅ形框架來(lái)模擬磁場(chǎng)的分布的改進(jìn)勵磁結構。常用的勵磁裝置亥姆霍茲線(xiàn)圈具有２個(gè)平行排列的線(xiàn)圈，并且測量管中的磁流場(chǎng)是２個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)的疊加。為了減少在線(xiàn)圈邊緣漏磁通的影響，Yang HY等人提出了一種由導磁材料構成的Ｅ形勵磁框架。

線(xiàn)圈纏繞在Ｅ形框架的中心，整個(gè)勵磁裝置由２個(gè)彼此相對放置的Ｅ形框架組成。線(xiàn)圈形狀是矩形的，由于Ｅ形框架具有高導磁率，磁力線(xiàn)可以集中在Ｅ形框架的中心區域，以提高穿過(guò)測量管的磁場(chǎng)的強度和均勻性，并且可以減小激勵裝置的尺寸。其中，Ｅ形框架亥姆霍茲線(xiàn)圈沿著(zhù)測量管的軸向長(cháng)度是48ｍｍ，即測量管半徑的３倍。此種結構具有漏磁小、磁場(chǎng)分布均勻等優(yōu)點(diǎn)?？蓪⒋磐考性跍y量管周?chē)膮^域以確保有足夠的磁場(chǎng)強度來(lái)檢測流量流速信號。

3、雙層勵磁線(xiàn)圈

明渠是一種具有自由表面液體流動(dòng)的渠道。明渠水流也稱(chēng)為重力流和無(wú)壓流，其靠重力作用產(chǎn)生，表面相對壓力為零且具有自由表面，因此，明渠水流流經(jīng)渠道的截面是時(shí)刻變化的。明渠電磁流量計的主要設計問(wèn)題是通過(guò)專(zhuān)門(mén)設計的勵磁線(xiàn)圈來(lái)保證測量區內磁場(chǎng)的均勻分布。線(xiàn)圈的設計還需應對干擾電場(chǎng)的邊界效應，達到此需求最簡(jiǎn)單的方法是在軸向上增加線(xiàn)圈的長(cháng)度，但這又增加了線(xiàn)圈的制造成本。雙層勵磁線(xiàn)圈結構為解決明渠電磁流量計的磁場(chǎng)分布問(wèn)題奠定了基礎。

為了使明渠流量計測量區磁場(chǎng)達到最佳均勻性，Watral Z等人將雙層線(xiàn)圈和亥姆霍茲線(xiàn)圈兩種勵磁線(xiàn)圈 進(jìn)行仿真比較，發(fā)現雙層線(xiàn)圈的設計要優(yōu)于亥姆霍茲線(xiàn)圈，如果在亥姆霍茲線(xiàn)圈中，在流向方向上使線(xiàn)圈長(cháng)度增加50％，則得到的磁場(chǎng)分布均勻性與在雙層線(xiàn)圈中相同。因此，雙層勵磁線(xiàn)圈結構相比亥姆霍茲勵磁線(xiàn)圈更適用于明渠電磁流量計。