電磁流量計(jì)除了用來(lái)測(cè)量單相導(dǎo)電液體的流量外,還經(jīng)常用來(lái)測(cè)量礦漿、泥漿、紙漿、纖維漿等液固兩相流體介質(zhì)的流量，叫礦漿電磁流量計(jì)。當(dāng)液固兩相流體介質(zhì)中含有鐵、枯、鎳等磁性物質(zhì)時(shí),稱之為鐵磁性礦漿;反之,不含有鐵、鉆、鎳等磁性物質(zhì)的液固兩相流體介質(zhì)稱為非磁性礦漿。用礦漿電磁流量計(jì)測(cè)量流量時(shí)通常會(huì)遇到以下一些間題:
1.液體和固體之間速度差的影響
礦漿電磁流量計(jì)在制造和使用時(shí),一般應(yīng)滿足以下條件:
①磁場(chǎng)在測(cè)量段上必須均勻分布;
②被測(cè)流體介質(zhì)應(yīng)是非磁性的電解質(zhì),其電氣性質(zhì)必須均勻,并是不可壓縮的流體;
③測(cè)量管為圓管,其內(nèi)徑必須一致;
④流速分布為軸對(duì)稱分布,且管壁處流速為零;
⑤測(cè)量管內(nèi)壁上要有電絕緣襯里;
⑥若是液固兩相流體,則要求液體和固體之間沒(méi)有速度差存在。
上述條件中①、③、⑤三條是由制造廠保證的,其余三條與測(cè)量對(duì)象有關(guān)。一般說(shuō)來(lái),工業(yè)上使用電磁流量計(jì)時(shí),上述條件是容易得到滿足的,但在特殊情況下,也有不能滿足的。在側(cè)量礦漿時(shí),條件②和⑥一般不能滿足。但當(dāng)?shù)V漿中所含固體顆粒的大小和管徑相比小得多時(shí),使固體順粒均勻地分散在流體中,則可把礦槳看作是電氣性質(zhì)均勻一致的流體,至于條件⑥可作如下分析。
礦漿電磁流量計(jì)出廠標(biāo)定時(shí)所用的流體介質(zhì)通常是自來(lái)水(制造廠受到標(biāo)定設(shè)備的限制,不可能直接用礦漿來(lái)標(biāo)定電磁流量計(jì)),則標(biāo)定液體通過(guò)測(cè)量管截面的全流量除以測(cè)量管截面積得到相應(yīng)的平均流速指示值;另一方面, 礦漿電磁流量計(jì)在實(shí)際測(cè)量礦漿流量時(shí),通過(guò)測(cè)量管截面的全流量(這時(shí)包括組成礦漿的液體和固體)除以測(cè)量管截面積也得到平均流速指示值。證明:如果礦漿中的固體顆粒和液體之間沒(méi)有速度差時(shí),則這兩種平均流速指示值就相同,這時(shí)不引起測(cè)量上的誤差;如果固體和液體之間存在著明顯的速度差時(shí),則將引起測(cè)量誤差。
令液體流量為仇,所占測(cè)量管截面積為玩;固體流量為Qt,所占測(cè)量管截面積為S。,則液固兩相的礦漿流量Qm及總面積Sm為
Qm=Qh+Qt （1）
Sm=Sh+St (2)
又令液體和固體之間速度差為Vs,則有
式(5)右邊第一項(xiàng)表示相應(yīng)于標(biāo)定液體的平均流速Vh。令固體所占的面積和總截面積之比
從式(8)可知,測(cè)量誤差與相對(duì)速度比b和面積比γt之乘積成正比。例如,若下γt=5%γt=10%,則δ為0.5%。
從上面分析可知,在測(cè)量液固兩相流體的流量時(shí),要求固體的顆粒相對(duì)于管徑要充分的小,這樣就可以降低γt值和b值,從而可使測(cè)量誤差降低到可以忽略不計(jì)的程度。另外,固體只要是非磁性的,固體顆粒小而均勻分布,且和液體之間沒(méi)有速度差,則不論固體的電導(dǎo)率比液體高還是低,都不會(huì)引起測(cè)量誤差。
2.鐵磁性物質(zhì)的影響
當(dāng)?shù)V漿中的固體為磁性介質(zhì)時(shí),則測(cè)量管內(nèi)的磁通密度將增加,這在小口徑時(shí),磁通密度的增加更為顯著。在這種情況下,要求固體顆粒很小,和管徑相比可忽略不計(jì),使液體和固體之間的速度差近似為零。其次,還要求垂直安裝,使礦漿自下向上流動(dòng),使礦漿的電氣性質(zhì)均勻一致。另外,用戶可選用矩形波勵(lì)磁的電磁流量計(jì),也可減少一定的測(cè)量誤差。因?yàn)樵诰匦尾▌?lì)磁方式下,勵(lì)磁電流小,工作磁通密度也小。再次,用戶在選用流量計(jì)通徑時(shí),可選用大一些的流量計(jì)通徑,以減小鐵磁性物質(zhì)所引起的測(cè)量誤差。
除了以上一些措施外,對(duì)于鐵磁性物質(zhì)含量較高的礦漿來(lái)說(shuō),應(yīng)當(dāng)選用礦漿電磁流量計(jì)來(lái)測(cè)量其流量。因?yàn)樵阼F礦漿電磁流量計(jì)中具有對(duì)磁通密度變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓δ?
礦漿電磁流量計(jì)的基本工作原理可知,在電極上的感應(yīng)電壓U12為
U12=BDV (9)
式中
B—測(cè)量管內(nèi)的磁通密度
D—管徑
Vm—礦漿平均流
式(9)可知,感應(yīng)電壓是與平均流速和磁通密度之積成正比的,其中,平均流速隨著體積流量的變化呈比例地變化。當(dāng)?shù)V漿電磁流量計(jì)用工業(yè)交流電來(lái)勵(lì)磁且被測(cè)礦漿又是鐵磁性礦漿時(shí),則磁通密度是電源電壓、電源頻率、環(huán)境溫度和磁性物質(zhì)濃度的函數(shù),而這些影響量的變化是沒(méi)有規(guī)律可循的,因此,必須設(shè)法消除這些變化所帶來(lái)的影響,才能保證正確的流量測(cè)量。為此,必須對(duì)感應(yīng)電壓U12進(jìn)行U12/B運(yùn)算,即對(duì)式(9)的兩邊同時(shí)除以B得:
這樣,經(jīng)過(guò)U12/B運(yùn)算后所得的E就與平均流速成正比了。
對(duì)于U12/B運(yùn)算,關(guān)鍵是如何取得與磁通密度B成正比的電信號(hào)。在一般的工業(yè)用電磁流量計(jì)中,是用勵(lì)磁電流來(lái)代替B的。因?yàn)樵陔娫措妷骸㈦娫搭l率及環(huán)境溫度變化的范圍內(nèi),勵(lì)磁電流近似與磁通密度B成正比。這種方法只能消除由于電源電壓、電源頻率和環(huán)境溫度的變化所造成的影響,而不能消除磁性物質(zhì)的影響。因此,用一般工業(yè)用的電磁流量計(jì)來(lái)測(cè)量鐵磁性礦漿流量時(shí)會(huì)引起不可允許的測(cè)量誤差。
解決的方法是利用安裝在傳感器測(cè)量管上的一只磁感應(yīng)密度檢測(cè)線圈所取得的感應(yīng)電壓作為B信號(hào),從而進(jìn)行U12/B運(yùn)算,就可消除磁勝場(chǎng)物質(zhì)的影響。具體做法是將檢測(cè)線圈上所取得的感應(yīng)電壓u1經(jīng)積分電路后,再進(jìn)入除法電路的。積分電路如圖1所示。
式中u 2為積分電路的輸出電壓, u 1為積分電路的輸入電壓,即是檢測(cè)線圈上所取得的感應(yīng)電壓,ω為磁場(chǎng)角頻率, ω=2πf，f為勵(lì)磁頻率,K= R2/(R1+ R2),T為時(shí)間常數(shù),其表達(dá)式為T= R1 R2C/( R1+ R2),設(shè)計(jì)時(shí)使ω2T2>>1,則式(11)可改寫
式中K1=2.22KNs/πT,K1是個(gè)常數(shù)。
由上式可知, u 2與磁通密度B成正比。用u 2做除數(shù),進(jìn)行除法運(yùn)算,就相當(dāng)于用B做除數(shù),
進(jìn)行u 2/B運(yùn)算,這樣就消除了磁性介質(zhì)的影響。
8.結(jié)疤
有些礦漿往往容易在測(cè)量管道內(nèi)壁上造成結(jié)疤現(xiàn)象,如氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中的漿液不僅含有堿性物質(zhì)和固體顆粒,而且礦漿在90℃以上的高溫條件輸送,這時(shí)就容易在管壁上附著料漿造成嚴(yán)重的結(jié)疤現(xiàn)象。這時(shí),用戶可選用有光滑的聚四氟乙烯襯里的電磁流量計(jì),才能避免這種結(jié)疤現(xiàn)象。當(dāng)管內(nèi)壁上附著物如圖2所示時(shí),將造成測(cè)量誤差。
設(shè)st和s分別為附著物和被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率,t為附著層的厚度,d為內(nèi)徑,這時(shí)所造成的測(cè)量誤差△E可用下式表示:
當(dāng)附著物的電導(dǎo)率和被測(cè)流體的電導(dǎo)率相等或相接近時(shí),則不會(huì)造成測(cè)量上的誤差。當(dāng)附著物的厚度均勻且其電導(dǎo)率高于被測(cè)流體的電導(dǎo)率時(shí),則在電極之間形成電阻性短路而使測(cè)得的感應(yīng)電壓減小.因此將造成負(fù)誤差,即流量計(jì)指示的流量值小于實(shí)際流量值。當(dāng)附著物的厚度均勻且其電導(dǎo)率低于被測(cè)流體的電導(dǎo)率時(shí)將會(huì)造成正誤差,即流量計(jì)指示的流量大于實(shí)際流量。
對(duì)于在電極上造成結(jié)疤時(shí),可以采用尖頭形電極,它具有一定的自清洗能力;另外,可以選用帶有電極清洗裝置的礦漿電磁流量計(jì),可隨時(shí)對(duì)電極進(jìn)行清洗;如果結(jié)疤不是很嚴(yán)重,用戶可以定期清洗電極;同時(shí),盡可能將平均流速提高到Zms/以上,以減慢附著層的形成。
4.磨損和腐蝕
礦漿電磁流量計(jì)用于測(cè)量礦漿流量時(shí),普遍存在著磨損和腐蝕問(wèn)題,當(dāng)固體物對(duì)襯里磨損后使內(nèi)徑d增加了△d,則造成測(cè)量誤差為
為了減少磨損的影響，盡可能將流速減小到3m/s以下。但對(duì)于磨損和腐蝕都很嚴(yán)重的礦漿來(lái)說(shuō)，用戶可選用陶瓷電磁流量計(jì)。
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