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      泥漿電磁流量計在工頻交流與低頻矩形波兩者流量測量對比實驗分析

      來源:作者:發表時間:2020-09-09 09:18:50

             摘 要:電磁流量計作為一種無損測量手段,可以為疏浚泥漿輸送過程提供流速、流量有效監測。論文對工頻交流勵磁與低頻矩形波勵磁方式的各自特點和工作原理進行分析,并結合疏浚行業進行了實船測量實驗研究,對工頻交流勵磁電磁流量計測量數據、低頻矩形波勵磁電磁流量計測量數據和艙容測量值對比分析。結論表明:工頻交流勵磁電磁流量計在測量泥漿流量時相比于低頻矩形波電磁流量計精確度更高,噪聲抑制性能更好,更適合于疏浚施工現場使用要求。

       
      0 引言
              兩相流是自然界**廣泛存在的流態之一,疏浚工程船輸送的泥漿屬典型的液固兩相流,其流量測量值實時性與精確性在提升施工效率、保證安全施工方面具有很大的促進作用。與其它流量測量儀表相比,電磁流量計基于法拉第電磁感應原理測量排泥管道內混合物的流速和流量,具有一些突出的優點:結構簡單,對被測流體的流動無外加影響;測量時不受被測流體物理參數的影響;直線性好,測量準確度高,測量范圍寬;反應靈敏,耐腐蝕性能強,等等。因此,在眾多的流量儀表中,電磁流量計成為發展**快、應用**廣泛的流量儀表之一,也是疏浚泥漿測量的一種主流儀表[1-2]。
       
              電磁流量計勵磁方式決定著電磁流量計的抗干擾能力和零點穩定性能,不同的勵磁方式適用于不同的應用對象和場合。在疏浚行業,電磁流量計勵磁技術主要為工頻正弦波勵磁、低頻矩形波勵磁兩種,長期以來較少有研究對比兩種技術的電磁流量計在實船施工中的性能。
       
      1 交流勵磁和低頻方波勵磁模式
              交流勵磁方式相對于之流勵磁來說能夠降低檢測電極極化效應,勵磁電源簡單,其中工頻交流市電就是方便的激勵源,而且采用工頻市電可以產生較高的磁感應強度,檢測出的感應電動勢也具有較高的信噪比。另外,由于工頻交流的頻率特點可以較好的抑制漿液噪聲[3]。圖1為工頻交流勵磁方式下的單周期內磁感應強度變化曲線,用公式可以表示為式(1)。
      的單周期內磁感應強度變化曲線公式
              工頻交流勵磁方式不可避免會引入正交干擾和同向干擾,但是可以采用相敏整流、電磁屏蔽、線路補償、自動正交抑制系統及數字信號濾波處理等技術措施來消除干擾信號。另外,從激勵信號源的角度而言,低頻矩形波勵磁技術同樣不像直流勵磁那樣產生極化效應,同時也可以避免工頻交流勵磁技術的不足,不會像工頻正弦波勵磁那樣產生嚴重的渦流效應、正交干擾和同相干擾。低頻矩形波勵磁方式磁感應強度變化圖,見圖2。
      交流勵磁方式磁感應強度變化圖低頻矩形波勵磁方式磁感應強度變化圖
              電磁流量計在測液固兩相流流量時,由于信號采集電極與流體直接接觸,除了流體中電解質與電極間發生極化效應造成的干擾外,固相顆粒碰撞電極表面會想成漿液噪聲。當液固兩相流中的固體顆粒撞擊或摩擦電極表面時,會在一定程度上改變電極表面薄層氧化膜結構,而在液固兩相流電解質環境中的受損氧化膜仍需要重新形成。在電極表面重新形成薄層氧化膜的過程中,電極與流體間的極化電壓將發生突變,電極測量信號表現出隨機大幅度跳動信號,并且該信號頻率分布較寬,其功率譜密度和頻率成反比,近似于1/f的關系[4-5]。
       
              疏浚管道輸送介質在大多數情況下是具有一定固相濃度范圍的液固兩相流,因而其測量要求必然要求能夠解決零點穩定性的同時并能有效抑制漿液噪聲干擾。本研究從實船實驗的角度對兩種勵磁方式的電磁流量計在輸送清水和不同濃度的泥漿時測量數據進行對比,探索更適合疏浚泥漿測量的勵磁方式。
       
      2 對比實驗方案
              實驗在某耙吸挖泥船進行,該船為雙車、雙漿、雙舵、雙耙、單耙施工的挖泥船,可耙吸裝艙、抽艙吹填和艏噴,適用于挖掘淤泥、砂質土、粘土、亞粘土、密實性砂質粘土和密實細砂等土質,倉容1000方。在管道上加裝工頻交流勵磁流量計和低頻矩形波流量計,密度傳感器也安裝于處于同一段管線。
       
              在某海域針對成分為淤泥、細粉沙、貝殼、中粗顆粒物、石頭的復雜土質進行了兩種勵磁方式電磁流量計測量數據、倉容測量數據對比實驗?,F場比對實驗具體方案為:根據密度表判斷土質特性,在土質相對較均勻時施工基本處于穩定狀態時,船上人員分別觀察一定時間內工頻交流電磁流量計累積流量,低頻矩形波電磁流量計累積流量和倉容變化量,并對三者測量值進行比較。
       
      3 實驗數據及其分析
              表1為一定時間內實船實驗測量的數據,其中倉容變化量為根據倉容表直接測量數據,視為基準值,在測量了工頻交流勵磁電磁流量計和低頻矩形波勵磁電磁流量計數據后并計算了測量誤差。
      電磁流量計測量數據及實際裝艙增加量比對表
              從表1分析可以,在測量清水(流體密度值為1t/m3)流量時工頻交流勵磁電磁流量計和低頻矩形波電磁流量計準確度都很高,其中工頻交流電磁流量計**高誤差為-0.30%,低頻矩形波電磁流量計**高誤差為+0.55%(見圖3)。
      清水測量實驗誤差對比圖
              在測量混合物濃度時,采用工頻交流勵磁電磁流量計與低頻矩形波勵磁電磁流量計兩套設備均能反應不同密度下液固兩相流流量變化情況,但二者存在不同的偏差程度,具體表現為:工頻交流勵磁電磁流量計誤差與泥漿密度值無關,誤差始終保持在±1.5%以內。而低頻矩形波勵磁電磁流量計測量結果但隨著泥漿密度上升其誤差值越來越大,**高接近+18%(見圖4)。
      清水測量實驗誤差對比圖
              在測量技術原理上,交流勵磁方式在測量機理上能夠較好的抑制漿液噪聲,因而不管是測量清水還是泥漿都具有較高的精確度,而低頻矩形波勵磁方式在清水測量時結果較準確,但當泥漿密度上升到一定程度時泥漿中固體顆粒刮擦電極引起的噪聲效應隨著泥漿密度增加而不斷加大。
       
      4 結論
              電磁流量計相對比與其他類型流量及更適合于疏浚泥漿流量測量,特別是工頻交流勵磁電磁流量計有著諸多優點,激勵源方便獲取,測量信號信噪比高,并且能夠有效抑制漿液噪聲。從實船施工測試實驗來看,工頻交流勵磁電磁流量計在測量泥漿流量時相比于低頻矩形波電磁流量計精確度更高,噪聲抑制性能更好,更適合于疏浚施工現場使用要求。
       
      日日干夜夜操

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