電磁流量計除了用來測量單相導電液體的流量外,還經常用來測量礦漿、泥漿、紙漿、纖維漿等液固兩相流體介質的流量，叫礦漿電磁流量計。當液固兩相流體介質中含有鐵、枯、鎳等磁性物質時,稱之為鐵磁性礦漿;反之,不含有鐵、鉆、鎳等磁性物質的液固兩相流體介質稱為非磁性礦漿。用礦漿電磁流量計測量流量時通常會遇到以下一些間題:
1.液體和固體之間速度差的影響
礦漿電磁流量計在制造和使用時,一般應滿足以下條件:
①磁場在測量段上必須均勻分布;
②被測流體介質應是非磁性的電解質,其電氣性質必須均勻,并是不可壓縮的流體;
③測量管為圓管,其內徑必須一致;
④流速分布為軸對稱分布,且管壁處流速為零;
⑤測量管內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,其余三條與測量對象有關。一般說來,工業上使用電磁流量計時,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。在側量礦漿時,條件②和⑥一般不能滿足。但當礦漿中所含固體顆粒的大小和管徑相比小得多時,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。
礦漿電磁流量計出廠標定時所用的流體介質通常是自來水(制造廠受到標定設備的限制,不可能直接用礦漿來標定電磁流量計),則標定液體通過測量管截面的全流量除以測量管截面積得到相應的平均流速指示值;另一方面, 礦漿電磁流量計在實際測量礦漿流量時,通過測量管截面的全流量(這時包括組成礦漿的液體和固體)除以測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有速度差時,則這兩種平均流速指示值就相同,這時不引起測量上的誤差;如果固體和液體之間存在著明顯的速度差時,則將引起測量誤差。
令液體流量為仇,所占測量管截面積為玩;固體流量為Qt,所占測量管截面積為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)右邊第一項表示相應于標定液體的平均流速Vh。令固體所占的面積和總截面積之比
從式(8)可知,測量誤差與相對速度比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,在測量液固兩相流體的流量時,要求固體的顆粒相對于管徑要充分的小,這樣就可以降低γt值和b值,從而可使測量誤差降低到可以忽略不計的程度。另外,固體只要是非磁性的,固體顆粒小而均勻分布,且和液體之間沒有速度差,則不論固體的電導率比液體高還是低,都不會引起測量誤差。
2.鐵磁性物質的影響
當礦漿中的固體為磁性介質時,則測量管內的磁通密度將增加,這在小口徑時,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,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,使礦漿的電氣性質均勻一致。另外,用戶可選用矩形波勵磁的電磁流量計,也可減少一定的測量誤差。因為在矩形波勵磁方式下,勵磁電流小,工作磁通密度也小。再次,用戶在選用流量計通徑時,可選用大一些的流量計通徑,以減小鐵磁性物質所引起的測量誤差。
除了以上一些措施外,對于鐵磁性物質含量較高的礦漿來說,應當選用礦漿電磁流量計來測量其流量。因為在鐵礦漿電磁流量計中具有對磁通密度變化進行補償的功能.
礦漿電磁流量計的基本工作原理可知,在電極上的感應電壓U12為
U12=BDV (9)
式中
B—測量管內的磁通密度
D—管徑
Vm—礦漿平均流
式(9)可知,感應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。當礦漿電磁流量計用工業交流電來勵磁且被測礦漿又是鐵磁性礦漿時,則磁通密度是電源電壓、電源頻率、環境溫度和磁性物質濃度的函數,而這些影響量的變化是沒有規律可循的,因此,必須設法消除這些變化所帶來的影響,才能保證正確的流量測量。為此,必須對感應電壓U12進行U12/B運算,即對式(9)的兩邊同時除以B得:
這樣,經過U12/B運算后所得的E就與平均流速成正比了。
對于U12/B運算,關鍵是如何取得與磁通密度B成正比的電信號。在一般的工業用電磁流量計中,是用勵磁電流來代替B的。因為在電源電壓、電源頻率及環境溫度變化的范圍內,勵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、電源頻率和環境溫度的變化所造成的影響,而不能消除磁性物質的影響。因此,用一般工業用的電磁流量計來測量鐵磁性礦漿流量時會引起不可允許的測量誤差。
解決的方法是利用安裝在傳感器測量管上的一只磁感應密度檢測線圈所取得的感應電壓作為B信號,從而進行U12/B運算,就可消除磁勝場物質的影響。具體做法是將檢測線圈上所取得的感應電壓u1經積分電路后,再進入除法電路的。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,即是檢測線圈上所取得的感應電壓,ω為磁場角頻率, ω=2πf，f為勵磁頻率,K= R2/(R1+ R2),T為時間常數,其表達式為T= R1 R2C/( R1+ R2),設計時使ω2T2>>1,則式(11)可改寫
式中K1=2.22KNs/πT,K1是個常數。
由上式可知, u 2與磁通密度B成正比。用u 2做除數,進行除法運算,就相當于用B做除數,
進行u 2/B運算,這樣就消除了磁性介質的影響。
8.結疤
有些礦漿往往容易在測量管道內壁上造成結疤現象,如氧化鋁生產過程中的漿液不僅含有堿性物質和固體顆粒,而且礦漿在90℃以上的高溫條件輸送,這時就容易在管壁上附著料漿造成嚴重的結疤現象。這時,用戶可選用有光滑的聚四氟乙烯襯里的電磁流量計,才能避免這種結疤現象。當管內壁上附著物如圖2所示時,將造成測量誤差。
設st和s分別為附著物和被測介質的電導率,t為附著層的厚度,d為內徑,這時所造成的測量誤差△E可用下式表示:
當附著物的電導率和被測流體的電導率相等或相接近時,則不會造成測量上的誤差。當附著物的厚度均勻且其電導率高于被測流體的電導率時,則在電極之間形成電阻性短路而使測得的感應電壓減小.因此將造成負誤差,即流量計指示的流量值小于實際流量值。當附著物的厚度均勻且其電導率低于被測流體的電導率時將會造成正誤差,即流量計指示的流量大于實際流量。
對于在電極上造成結疤時,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,可隨時對電極進行清洗;如果結疤不是很嚴重,用戶可以定期清洗電極;同時,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
礦漿電磁流量計用于測量礦漿流量時,普遍存在著磨損和腐蝕問題,當固體物對襯里磨損后使內徑d增加了△d,則造成測量誤差為
為了減少磨損的影響，盡可能將流速減小到3m/s以下。但對于磨損和腐蝕都很嚴重的礦漿來說，用戶可選用陶瓷電磁流量計。
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