電磁流量計的現場應用

在礦山水害治理方面，地面預注漿技術已經被廣泛的應用。在煤礦井筒掘進前，為了保證井筒的順利掘進，防止發生嚴重涌水、淹井等災害性事故，地面預注漿施工法經常與凍結施工法同時分別對井筒的基巖段和表土層進行保護，共同在井筒周圍形成防水帷幕，保證井筒的掘進安全。在地面預注漿施工中，注漿漿液的注入量作為評定地面預注漿注漿效果的重要參數之一，其計量目前仍以計算注漿泵泵量與注漿時間的乘積作為注漿量來粗略計算。由于注漿泵的工作狀態、注漿漿液的粘稠程度和計量人員的人為因素均會對注漿量的計量結果產生影響，因此采用一種能夠自動計量注漿量的儀表不但能夠提高測量的準確度，同時還可以減輕工人的勞動強度，提高工作效率。

    1 流量測量儀表的種類及優缺點

    至今為止，可供工業選用的流量儀表種類達60種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種能夠對任何流體類型、任何量程、任何流動狀態以及任何使用條件都適用的流量測試儀表。這些流量儀表中，每種產品都有它特定的適用范圍，同時也有它的局限性。

    流量測量儀表按測量原理分有力學原理、熱學原理、聲學原理、電學原理、光學原理、原子物理學原理等。按照目前zui流行、zui廣泛的分類法，可分為：差壓式流量計、容積式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、流體振動式流量計、超聲流量計、質量流量計和明渠流量計。各種流量計的優缺點及主要應用范圍見表1（由于質量流量計種類較多，相互間優缺點及應用范圍均有所不同因此未在表中列出）：

    （流體力學中表征粘性影響的相似準數記作Re.Re＝ρvL/μ，ρ、μ為流體密度和粘度，v、L為流場的特征速度和特征長度雷諾數小，意味著流體流動時各質點間的粘性力占主要地位，流體各質點平行于管路內壁有規則地流動，呈層流流動狀態。雷諾數大，意味著慣性力占主要地位，流體呈紊流流動狀態）

    2 電磁流量計測量原理

    根據法拉第電磁感應定律，當一導體在磁場中運動切割磁力線時，在導體的兩端將產生感應電動勢e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應強度B，導體在磁場內的有效長度L及導體垂直于磁場的運動速度u成正比。如果B、L、u三者互相垂直，則：e=BLu

    與此相似的，如果在磁感應強度為B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內徑為D的不導磁管道，當導電液體在管道中以流速u運動時，導電液體就切割磁力線，如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩側安裝一對電極（如圖1所示）。

    則可以證明，只要管道內流速分布為與軸對稱分布，則兩電極間將產生感應電動勢：

    e=kBDū

    式中ū為管道截面上的平均流速（m/s）;k是常系數，無量綱;D是測量管直徑（m）;B是磁感應強度（T）。由此可得通過管道的體積流量：

    由上式可知，當測量管結構一定時，體積流量qv與比值e/B成正比，而與流體的狀態和物性參數無關，測量比值e/B即可得到體積流量值qv。當磁感應強度B為恒定值時，體積流量qv與感生電動勢e成正比。

    B是直流磁場或正弦波交流磁場或其它類型磁場的磁感應強度。它由電磁流量計的勵磁系統提供。勵磁系統可以給電磁流量傳感器提供多種形式的磁場波形。不同的磁場波形，直接決定了電磁流量傳感器工作磁場的特征，也基本上決定了電磁流量計流量信號的處理方法，對電磁流量計的工作性能有很大的影響。

    3 電磁流量計現場應用數據及分析

    在皖北煤電集團朱集西煤礦矸石井地面預注漿施工現場進行了電磁流量計計量粘土水泥漿流量的現場試驗。試驗過程中分別對清水和三種配比的粘土水泥漿漿液進行試驗。清水比重為1.00g/cm³，三種粘土水泥漿的漿液比重分別為1.21g/cm³、1.33g/cm³和1.39g/cm³。由于電磁流量計測量清水流量的技術已經非常成熟，因此在試驗過程中以電磁流量計測量清水時的流速作為標準數據，測量粘土水泥漿漿液時的數據與其進行比較，以確定其測量的準確性。試驗過程中選用的注漿泵泵量為99L/min;試驗時注漿管路為開口無壓狀態;試驗時間65min，取樣間隔5min。具體試驗數據見表2。

    四組數據的對比曲線如圖2所示。

    經過試驗數據分析清水平均瞬時流速為1.327m/s，其中比重為1.21g/cm³的粘土水泥漿平均瞬時流速為1.31m/s;比重為1.33g/cm³的粘土水泥漿平均瞬時流速為1.324m/s;比重為1.39g/cm³的粘土水泥漿平均瞬時流速為1.323m/s，與清水平均瞬時流速誤差在-0.232%～-1.304%之間。

    4 結語

    經過現場試驗的驗證，在試驗范圍內，電磁流量計測量的粘土水泥漿漿液流量與清水流量的誤差，zui大不超過1.4%，符合現場工程的實際應用要求。在泵量為99L/表2電磁流量計測量水和軋土水泥漿數據對比表min的情況下可以替代目前的人工計量。如需進一步提高測量的準確性可以在測量前進行重新標定，或在在測量過程中增加1%左右的損耗系數。由于工程施工中的計量與實驗室中的試驗計量存在很大差異，因此現場試驗中的電磁流量計測量精度已經能夠滿足工程施工的需要。為保證測量的準確性施工現場應注意保證管路滿管，并盡量使測量儀器遠離強電磁環境、避免儀器劇烈振動。