电磁流量计（EMF）基于法拉第电磁感应定律，因无内部阻碍、不受流体温度密度影响的特性，广泛应用于市政污水、石油钻井液等场景。但随着工业对测量精度要求提升，传统 EMF 暴露出明显局限：依赖轴对称流场，非轴对称流态下误差增大；低流速时弱信号易受干扰；强干扰环境中稳定性不足。这些问题的核心源于电极结构导致的权函数分布不均 —— 权函数直接影响流量信号检测精度，传统电极难以在复杂流场中保持均匀权函数。为此，本研究提出新型网状电极优化方案，结合鞍形铁芯线圈，通过结构创新改善权函数分布，提升系统测量精度与抗干扰能力。

系统优化设计原理

权函数优化核心逻辑

电磁流量计的测量精度取决于权函数均匀性 —— 权函数越均匀，流场速度分布对测量结果的影响越小。传统电极（如点电极、弧形电极）在非轴对称流（如管道边缘流速异常）中，权函数易出现局部集中或稀疏，导致信号检测偏差。本研究通过网状电极的结构设计，构建虚拟电流密度模型：将电极设计为网状结构，扩大电流采集范围，使电流在管道截面更均匀分布，进而优化权函数分布，减少对特定流态的依赖性。

网状电极与鞍形线圈协同设计

为进一步强化磁场稳定性，系统搭配鞍形铁芯线圈 —— 该线圈可降低非对称流速曲线对测量的影响，与网状电极形成协同：鞍形线圈提供更均匀的磁场环境，网状电极则在均匀磁场中实现更全面的电流采集，两者结合从 “磁场生成 - 信号采集” 全链路优化测量条件。通过有限元仿真分析不同电极结构（传统点电极、弧形电极与新型网状电极）的权函数分布，最终确定网状电极的最优结构参数，确保在不同流态下权函数均保持较高均匀性。

实验验证与性能优势

为验证优化系统（OEMFS）的性能，搭建实验平台，选用 316L 不锈钢作为网状电极材料（避免材料磁导率对测量的干扰），针对非轴对称流、低流速、强干扰三类典型复杂工况展开测试，并与传统 EMF 对比：

非轴对称流测试

在管道内流速分布不均的场景下，传统 EMF 因权函数不均，易受局部流速异常影响，误差较大；而优化后的 OEMFS 通过网状电极均匀权函数，最大相对误差较传统 EMF 明显降低，对非对称流态的适应性显著提升。

低流速测试

低流速下流体信号微弱，传统 EMF 易受噪声干扰导致误差波动；OEMFS 的网状电极可增强弱信号采集能力，结合均匀权函数，最大相对误差幅度较传统 EMF 大幅减小，在微量流量测量中表现更稳定。

强干扰测试

在外部电磁干扰环境中，传统 EMF 的信号振幅波动明显，影响数据稳定性；OEMFS 的网状电极因电流采集范围广，抗干扰能力更强，振幅稳态波动较传统 EMF 显著降低，系统在复杂工业环境中的可靠性更高。

结论

本研究提出的新型网状电极电磁流量测量系统，通过结构创新解决了传统系统权函数不均的核心问题：网状电极优化权函数分布，减少流态依赖性；鞍形线圈提供稳定磁场，两者协同提升测量精度。实验表明，该系统在非轴对称流、低流速、强干扰工况下，均优于传统 EMF，具备更低的测量误差与更强的稳定性。该优化方案为工业复杂流场中的流量测量提供了新路径，尤其适用于市政污水、石油钻井液等流态复杂、干扰较多的场景，具有较高的工程应用价值。