电磁流量计的现场应用

在矿山水害治理方面，地面预注浆技术已经被广泛的应用。在煤矿井筒掘进前，为了保证井筒的顺利掘进，防止发生严重涌水、淹井等灾害性事故，地面预注浆施工法经常与冻结施工法同时分别对井筒的基岩段和表土层进行保护，共同在井筒周围形成防水帷幕，保证井筒的掘进安全。在地面预注浆施工中，注浆浆液的注入量作为评定地面预注浆注浆效果的重要参数之一，其计量目前仍以计算注浆泵泵量与注浆时间的乘积作为注浆量来粗略计算。由于注浆泵的工作状态、注浆浆液的粘稠程度和计量人员的人为因素均会对注浆量的计量结果产生影响，因此采用一种能够自动计量注浆量的仪表不但能够提高测量的准确度，同时还可以减轻工人的劳动强度，提高工作效率。

    1 流量测量仪表的种类及优缺点

    至今为止，可供工业选用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种能够对任何流体类型、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量测试仪表。这些流量仪表中，每种产品都有它特定的适用范围，同时也有它的局限性。

    流量测量仪表按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。按照目前zui流行、zui广泛的分类法，可分为：差压式流量计、容积式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振动式流量计、超声流量计、质量流量计和明渠流量计。各种流量计的优缺点及主要应用范围见表1（由于质量流量计种类较多，相互间优缺点及应用范围均有所不同因此未在表中列出）：

    （流体力学中表征粘性影响的相似准数记作Re.Re＝ρvL/μ，ρ、μ为流体密度和粘度，v、L为流场的特征速度和特征长度雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态）

    2 电磁流量计测量原理

    根据法拉第电磁感应定律，当一导体在磁场中运动切割磁力线时，在导体的两端将产生感应电动势e，其方向由右手定则确定，其大小与磁场的磁感应强度B，导体在磁场内的有效长度L及导体垂直于磁场的运动速度u成正比。如果B、L、u三者互相垂直，则：e=BLu

    与此相似的，如果在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速u运动时，导电液体就切割磁力线，如果在管道截面上垂直于磁场的直径两侧安装一对电极（如图1所示）。

    则可以证明，只要管道内流速分布为与轴对称分布，则两电极间将产生感应电动势：

    e=kBDū

    式中ū为管道截面上的平均流速（m/s）;k是常系数，无量纲;D是测量管直径（m）;B是磁感应强度（T）。由此可得通过管道的体积流量：

    由上式可知，当测量管结构一定时，体积流量qv与比值e/B成正比，而与流体的状态和物性参数无关，测量比值e/B即可得到体积流量值qv。当磁感应强度B为恒定值时，体积流量qv与感生电动势e成正比。

    B是直流磁场或正弦波交流磁场或其它类型磁场的磁感应强度。它由电磁流量计的励磁系统提供。励磁系统可以给电磁流量传感器提供多种形式的磁场波形。不同的磁场波形，直接决定了电磁流量传感器工作磁场的特征，也基本上决定了电磁流量计流量信号的处理方法，对电磁流量计的工作性能有很大的影响。

    3 电磁流量计现场应用数据及分析

    在皖北煤电集团朱集西煤矿矸石井地面预注浆施工现场进行了电磁流量计计量粘土水泥浆流量的现场试验。试验过程中分别对清水和三种配比的粘土水泥浆浆液进行试验。清水比重为1.00g/cm³，三种粘土水泥浆的浆液比重分别为1.21g/cm³、1.33g/cm³和1.39g/cm³。由于电磁流量计测量清水流量的技术已经非常成熟，因此在试验过程中以电磁流量计测量清水时的流速作为标准数据，测量粘土水泥浆浆液时的数据与其进行比较，以确定其测量的准确性。试验过程中选用的注浆泵泵量为99L/min;试验时注浆管路为开口无压状态;试验时间65min，取样间隔5min。具体试验数据见表2。

    四组数据的对比曲线如图2所示。

    经过试验数据分析清水平均瞬时流速为1.327m/s，其中比重为1.21g/cm³的粘土水泥浆平均瞬时流速为1.31m/s;比重为1.33g/cm³的粘土水泥浆平均瞬时流速为1.324m/s;比重为1.39g/cm³的粘土水泥浆平均瞬时流速为1.323m/s，与清水平均瞬时流速误差在-0.232%～-1.304%之间。

    4 结语

    经过现场试验的验证，在试验范围内，电磁流量计测量的粘土水泥浆浆液流量与清水流量的误差，zui大不超过1.4%，符合现场工程的实际应用要求。在泵量为99L/表2电磁流量计测量水和轧土水泥浆数据对比表min的情况下可以替代目前的人工计量。如需进一步提高测量的准确性可以在测量前进行重新标定，或在在测量过程中增加1%左右的损耗系数。由于工程施工中的计量与实验室中的试验计量存在很大差异，因此现场试验中的电磁流量计测量精度已经能够满足工程施工的需要。为保证测量的准确性施工现场应注意保证管路满管，并尽量使测量仪器远离强电磁环境、避免仪器剧烈振动。