矿浆电磁流量计的应用|流体|流速|电导率|电磁流量计|矿浆|管径

电磁流量计除了用来测量单相导电液体的流量外,还经常用来测量矿浆、泥浆、纸浆、纤维浆等液固两相流体介质的流量，叫矿浆电磁流量计。当液固两相流体介质中含有铁、枯、镍等磁性物质时,称之为铁磁性矿浆;反之,不含有铁、钻、镍等磁性物质的液固两相流体介质称为非磁性矿浆。用矿浆电磁流量计测量流量时通常会遇到以下一些间题:
1.液体和固体之间速度差的影响
矿浆电磁流量计在制造和使用时,一般应满足以下条件:
①磁场在测量段上必须均匀分布;
②被测流体介质应是非磁性的电解质,其电气性质必须均匀,并是不可压缩的流体;
③测量管为圆管,其内径必须一致;
④流速分布为轴对称分布,且管壁处流速为零;
⑤测量管内壁上要有电绝缘衬里;
⑥若是液固两相流体,则要求液体和固体之间没有速度差存在。
上述条件中①、③、⑤三条是由制造厂保证的,其余三条与测量对象有关。一般说来,工业上使用电磁流量计时,上述条件是容易得到满足的,但在特殊情况下,也有不能满足的。在侧量矿浆时,条件②和⑥一般不能满足。但当矿浆中所含固体颗粒的大小和管径相比小得多时,使固体顺粒均匀地分散在流体中,则可把矿桨看作是电气性质均匀一致的流体,至于条件⑥可作如下分析。
矿浆电磁流量计出厂标定时所用的流体介质通常是自来水(制造厂受到标定设备的限制,不可能直接用矿浆来标定电磁流量计),则标定液体通过测量管截面的全流量除以测量管截面积得到相应的平均流速指示值;另一方面, 矿浆电磁流量计在实际测量矿浆流量时,通过测量管截面的全流量(这时包括组成矿浆的液体和固体)除以测量管截面积也得到平均流速指示值。证明:如果矿浆中的固体颗粒和液体之间没有速度差时,则这两种平均流速指示值就相同,这时不引起测量上的误差;如果固体和液体之间存在着明显的速度差时,则将引起测量误差。
令液体流量为仇,所占测量管截面积为玩;固体流量为Qt,所占测量管截面积为S。,则液固两相的矿浆流量Qm及总面积Sm为
Qm=Qh+Qt （1）
Sm=Sh+St (2)
又令液体和固体之间速度差为Vs,则有
式(5)右边第一项表示相应于标定液体的平均流速Vh。令固体所占的面积和总截面积之比

从式(8)可知,测量误差与相对速度比b和面积比γt之乘积成正比。例如,若下γt=5%γt=10%,则δ为0.5%。
从上面分析可知,在测量液固两相流体的流量时,要求固体的颗粒相对于管径要充分的小,这样就可以降低γt值和b值,从而可使测量误差降低到可以忽略不计的程度。另外,固体只要是非磁性的,固体颗粒小而均匀分布,且和液体之间没有速度差,则不论固体的电导率比液体高还是低,都不会引起测量误差。
2.铁磁性物质的影响
当矿浆中的固体为磁性介质时,则测量管内的磁通密度将增加,这在小口径时,磁通密度的增加更为显著。在这种情况下,要求固体颗粒很小,和管径相比可忽略不计,使液体和固体之间的速度差近似为零。其次,还要求垂直安装,使矿浆自下向上流动,使矿浆的电气性质均匀一致。另外,用户可选用矩形波励磁的电磁流量计,也可减少一定的测量误差。因为在矩形波励磁方式下,励磁电流小,工作磁通密度也小。再次,用户在选用流量计通径时,可选用大一些的流量计通径,以减小铁磁性物质所引起的测量误差。
除了以上一些措施外,对于铁磁性物质含量较高的矿浆来说,应当选用矿浆电磁流量计来测量其流量。因为在铁矿浆电磁流量计中具有对磁通密度变化进行补偿的功能.
矿浆电磁流量计的基本工作原理可知,在电极上的感应电压U12为
U12=BDV (9)
式中
B—测量管内的磁通密度
D—管径
Vm—矿浆平均流
式(9)可知,感应电压是与平均流速和磁通密度之积成正比的,其中,平均流速随着体积流量的变化呈比例地变化。当矿浆电磁流量计用工业交流电来励磁且被测矿浆又是铁磁性矿浆时,则磁通密度是电源电压、电源频率、环境温度和磁性物质浓度的函数,而这些影响量的变化是没有规律可循的,因此,必须设法消除这些变化所带来的影响,才能保证正确的流量测量。为此,必须对感应电压U12进行U12/B运算,即对式(9)的两边同时除以B得:
这样,经过U12/B运算后所得的E就与平均流速成正比了。
对于U12/B运算,关键是如何取得与磁通密度B成正比的电信号。在一般的工业用电磁流量计中,是用励磁电流来代替B的。因为在电源电压、电源频率及环境温度变化的范围内,励磁电流近似与磁通密度B成正比。这种方法只能消除由于电源电压、电源频率和环境温度的变化所造成的影响,而不能消除磁性物质的影响。因此,用一般工业用的电磁流量计来测量铁磁性矿浆流量时会引起不可允许的测量误差。
解决的方法是利用安装在传感器测量管上的一只磁感应密度检测线圈所取得的感应电压作为B信号,从而进行U12/B运算,就可消除磁胜场物质的影响。具体做法是将检测线圈上所取得的感应电压u1经积分电路后,再进入除法电路的。积分电路如图1所示。

式中u 2为积分电路的输出电压, u 1为积分电路的输入电压,即是检测线圈上所取得的感应电压,ω为磁场角频率, ω=2πf，f为励磁频率,K= R2/(R1+ R2),T为时间常数,其表达式为T= R1 R2C/( R1+ R2),设计时使ω2T2>>1,则式(11)可改写
式中K1=2.22KNs/πT,K1是个常数。
由上式可知, u 2与磁通密度B成正比。用u 2做除数,进行除法运算,就相当于用B做除数,
进行u 2/B运算,这样就消除了磁性介质的影响。
8.结疤
有些矿浆往往容易在测量管道内壁上造成结疤现象,如氧化铝生产过程中的浆液不仅含有碱性物质和固体颗粒,而且矿浆在90℃以上的高温条件输送,这时就容易在管壁上附着料浆造成严重的结疤现象。这时,用户可选用有光滑的聚四氟乙烯衬里的电磁流量计,才能避免这种结疤现象。当管内壁上附着物如图2所示时,将造成测量误差。

设st和s分别为附着物和被测介质的电导率,t为附着层的厚度,d为内径,这时所造成的测量误差△E可用下式表示:

当附着物的电导率和被测流体的电导率相等或相接近时,则不会造成测量上的误差。当附着物的厚度均匀且其电导率高于被测流体的电导率时,则在电极之间形成电阻性短路而使测得的感应电压减小.因此将造成负误差,即流量计指示的流量值小于实际流量值。当附着物的厚度均匀且其电导率低于被测流体的电导率时将会造成正误差,即流量计指示的流量大于实际流量。
对于在电极上造成结疤时,可以采用尖头形电极,它具有一定的自清洗能力;另外,可以选用带有电极清洗装置的矿浆电磁流量计,可随时对电极进行清洗;如果结疤不是很严重,用户可以定期清洗电极;同时,尽可能将平均流速提高到Zms/以上,以减慢附着层的形成。
4.磨损和腐蚀
矿浆电磁流量计用于测量矿浆流量时,普遍存在着磨损和腐蚀问题,当固体物对衬里磨损后使内径d增加了△d,则造成测量误差为