寶德電磁流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在礦山水害治理方面，地面預(yù)注漿技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。在煤礦井筒掘進(jìn)前，為了保證井筒的順利掘進(jìn)，防止發(fā)生嚴(yán)重涌水、淹井等災(zāi)害性事故，地面預(yù)注漿施工法經(jīng)常與凍結(jié)施工法同時(shí)分別對(duì)井筒的基巖段和表土層進(jìn)行保護(hù)，共同在井筒周圍形成防水帷幕，保證井筒的掘進(jìn)安全。在地面預(yù)注漿施工中，注漿漿液的注入量作為評(píng)定地面預(yù)注漿注漿效果的重要參數(shù)之一，其計(jì)量目前仍以計(jì)算注漿泵泵量與注漿時(shí)間的乘積作為注漿量來(lái)粗略計(jì)算。由于注漿泵的工作狀態(tài)、注漿漿液的粘稠程度和計(jì)量人員的人為因素均會(huì)對(duì)注漿量的計(jì)量結(jié)果產(chǎn)生影響，因此采用一種能夠自動(dòng)計(jì)量注漿量的儀表不但能夠提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，同時(shí)還可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

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1流量測(cè)量?jī)x表的種類及優(yōu)缺點(diǎn)
至今為止，可供工業(yè)選用的流量?jī)x表種類達(dá)60種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒(méi)找到一種能夠?qū)θ魏瘟黧w類型、任何量程、任何流動(dòng)狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量測(cè)試儀表。這些流量?jī)x表中，每種產(chǎn)品都有它特定的適用范圍，同時(shí)也有它的局限性。
流量測(cè)量?jī)x表按測(cè)量原理分有力學(xué)原理、熱學(xué)原理、聲學(xué)原理、電學(xué)原理、光學(xué)原理、原子物理學(xué)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(jì)、容積式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、寶德電磁流量計(jì)、流體振動(dòng)式流量計(jì)、超聲流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和明渠流量計(jì)。各種流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)及主要應(yīng)用范圍見(jiàn)表1（由于質(zhì)量流量計(jì)種類較多，相互間優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍均有所不同因此未在表中列出）：
（流體力學(xué)中表征粘性影響的相似準(zhǔn)數(shù)記作Re.Re＝ρvL/μ，ρ、μ為流體密度和粘度，v、L為流場(chǎng)的特征速度和特征長(zhǎng)度雷諾數(shù)小，意味著流體流動(dòng)時(shí)各質(zhì)點(diǎn)間的粘性力占主要地位，流體各質(zhì)點(diǎn)平行于管路內(nèi)壁有規(guī)則地流動(dòng)，呈層流流動(dòng)狀態(tài)。雷諾數(shù)大，意味著慣性力占主要地位，流體呈紊流流動(dòng)狀態(tài)）
2寶德電磁流量計(jì)測(cè)量原理
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)一導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí)，在導(dǎo)體的兩端將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)的有效長(zhǎng)度L及導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)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(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向放一個(gè)內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速u運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電液體就切割磁力線，如果在管道截面上垂直于磁場(chǎng)的直徑兩側(cè)安裝一對(duì)電極（如圖1所示）。
則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為與軸對(duì)稱分布，則兩電極間將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：
e=kBDū
式中ū為管道截面上的平均流速（m/s）;k是常系數(shù)，無(wú)量綱;D是測(cè)量管直徑（m）;B是磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）。由此可得通過(guò)管道的體積流量：
由上式可知，當(dāng)測(cè)量管結(jié)構(gòu)一定時(shí)，體積流量qv與比值e/B成正比，而與流體的狀態(tài)和物性參數(shù)無(wú)關(guān)，測(cè)量比值e/B即可得到體積流量值qv。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為恒定值時(shí)，體積流量qv與感生電動(dòng)勢(shì)e成正比。
B是直流磁場(chǎng)或正弦波交流磁場(chǎng)或其它類型磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。它由寶德電磁流量計(jì)的勵(lì)磁系統(tǒng)提供。勵(lì)磁系統(tǒng)可以給電磁流量傳感器提供多種形式的磁場(chǎng)波形。不同的磁場(chǎng)波形，直接決定了電磁流量傳感器工作磁場(chǎng)的特征，也基本上決定了寶德電磁流量計(jì)流量信號(hào)的處理方法，對(duì)寶德電磁流量計(jì)的工作性能有很大的影響。
3寶德電磁流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)及分析
在皖北煤電集團(tuán)朱集西煤礦矸石井地面預(yù)注漿施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了寶德電磁流量計(jì)計(jì)量粘土水泥漿流量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中分別對(duì)清水和三種配比的粘土水泥漿漿液進(jìn)行試驗(yàn)。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。由于寶德電磁流量計(jì)測(cè)量清水流量的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，因此在試驗(yàn)過(guò)程中以寶德電磁流量計(jì)測(cè)量清水時(shí)的流速作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，測(cè)量粘土水泥漿漿液時(shí)的數(shù)據(jù)與其進(jìn)行比較，以確定其測(cè)量的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)過(guò)程中選用的注漿泵泵量為99L/min;試驗(yàn)時(shí)注漿管路為開(kāi)口無(wú)壓狀態(tài);試驗(yàn)時(shí)間65min，取樣間隔5min。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
四組數(shù)據(jù)的對(duì)比曲線如圖2所示。
經(jīng)過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析清水平均瞬時(shí)流速為1.327m/s，其中比重為1.21g/cm3的粘土水泥漿平均瞬時(shí)流速為1.31m/s;比重為1.33g/cm3的粘土水泥漿平均瞬時(shí)流速為1.324m/s;比重為1.39g/cm3的粘土水泥漿平均瞬時(shí)流速為1.323m/s，與清水平均瞬時(shí)流速誤差在-0.232%～-1.304%之間。
4結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的驗(yàn)證，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，寶德電磁流量計(jì)測(cè)量的粘土水泥漿漿液流量與清水流量的誤差，zui大不超過(guò)1.4%，符合現(xiàn)場(chǎng)工程的實(shí)際應(yīng)用要求。在泵量為99L/表2寶德電磁流量計(jì)測(cè)量水和軋土水泥漿數(shù)據(jù)對(duì)比表min的情況下可以替代目前的人工計(jì)量。如需進(jìn)一步提高測(cè)量的準(zhǔn)確性可以在測(cè)量前進(jìn)行重新標(biāo)定，或在在測(cè)量過(guò)程中增加1%左右的損耗系數(shù)。由于工程施工中的計(jì)量與實(shí)驗(yàn)室中的試驗(yàn)計(jì)量存在很大差異，因此現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中的寶德電磁流量計(jì)測(cè)量精度已經(jīng)能夠滿足工程施工的需要。為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)注意保證管路滿管，并盡量使測(cè)量?jī)x器遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁環(huán)境、避免儀器劇烈振動(dòng)。
參考文獻(xiàn)
[1]梁國(guó)偉，蔡武昌。流量測(cè)量及儀表。機(jī)械工業(yè)出版社，2005。
[2]蔡武昌。流量測(cè)量方法和儀表的選用?；瘜W(xué)工業(yè)出版社，2001。
[3]王健。流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。石油化工自動(dòng)化，200844（4）。

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