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电导率对电磁流量计测试精度的影响
高浓度黏稠固体废弃物，是指工业生产及市政污水处理过程中产生的含固量高、粘度大、颗粒细的固-液两相废弃物或副产品，由于其常温常压下流动性较差，在高压管道输送时为“不沉降似均质浓密膏体”，因此亦称浓密膏体。包括煤炭行业的煤泥、给排水行业的脱水污泥、制造行业的工业污泥、石化行业的油渣和油泥等，涉及二十余个行业。就上述浓密膏体而言，目前较常用的无害化、资源化处置方式有焚烧、燃烧发电、土地资源化利用以及填埋等。无论采用哪种无害化、资源化处置方法，输送均为必不可少的环节，新发展的输送工艺技术为管道输送。不管在工业现场还是实验室管道输送时，流量均是关键参数，其大小决定了管道输送的效率。&&&&浓密膏体管道输送的流量测试是一个尚待解决的难题，管道输送实验中一般采用称重法测量，但该方法测试步骤繁琐。而电磁流量计的测量不因流体密度、粘度、温度、压力、电导率和雷诺数变化，没有阻流件，也不会在高流速情况下产生气蚀，近年来在流体流量测试中被广泛应用。随着电磁流量计的发展，现已可测量电导率阈值更低的液体，而当浓密膏体浓度较高时不可行，其原因现有文献中尚没有准确的解释，笔者推测这可能与其浓度过大时电导率太低有关。本实验先使用电磁流量计测量一定电导率范围的煤泥在管道输送时的流量，并与称重法测量结果相对比，得到煤泥在管道输送时电导率及浓度的阈值，为今后电磁流量计应用于其它浓密膏体管道输送的流量测量提供依据，对其现场应用也具有很重要的指导意义。&&&&1 测试原理及实验步骤&&&&1.1&电磁流量计原理&&&&本文选用不同质量浓度的煤泥在装有电磁流量计的液压与流变试验台上（实验原理如图1）进行管道输送实验。电磁流量计根据电磁感应原理测量流过管道中导电流体的流量，故使用电磁流量计的前提是被测流体必须导电，且电导率不能低于阈值（即下限值）。通用型电磁流量计的阈值在（5×10-6）S/cm～10-4&S/cm之间，若电导率低于阈值会产生误差甚至不能测量。根据电磁感应原理（如图2），当导电流体在磁场强度为B的磁场中切割磁力线时，在线形长度为L的a和b两点之间会产生感应电动势，为&&&&&&& （1）图1 液压与流变试验台实验原理图图2 电磁流量计测量原理示意图&&&&两接收电极之间的距离L为已知常数，B为已知的磁场强度，故εab是单调函数，随υ的变化而变化。而瞬时流量Q等于流速υ与导管截面积S（常数）的乘积，故有&&&&&&& （2）&&&&式中：K为仪器常数。因此，只要测得εab，即可求得对应的流量Q。&&&&1.2 煤泥电导率测试原理及方法&&&&在定制的圆柱状绝缘料筒中装入煤泥，利用参比电阻法测量不同质量浓度下煤泥的电阻率。首先分别测出定值电阻R的两端电压U0和绝缘料筒两端的电压U。由式（3）求得该长度管道内煤泥的电阻，并代入式（4）求得煤泥的电阻率，再由k=1/ρ求得煤泥的电导率，即&&&&&&& （3）&&&&&&& （4）&&&&式中：ρ为电阻率；U为装有煤泥的圆柱状绝缘料筒两端电压；U0为定值电阻两端的电压；A为横截面积；L为两电极之间的距离。&&&&采用四相电极参比电阻法测量煤泥电阻率，设计实验电路如图3所示。实验步骤如下：①首先测量绝缘料筒内径及长度。用游标卡尺多次从不同角度测量绝缘料筒的内径及长度并记录，分别取平均值。②测量室内温度并记录。③取适量煤泥加入一定的水，充分搅拌，用含水率仪测量含水率并记录，使含水率为32%左右，将配好的煤泥装入绝缘料筒中，然后接通实验电路。④利用万用表分别测量500Ψ电阻两端和绝缘料筒两端的电压，待电压稳定后读数并记录。⑤分别改变电源电压和煤泥含水率，重复上述实验步骤。图3 四相电极参比电阻法测量煤泥电阻率实验电路&&&&2 实验数据及分析&&&&2.1 煤泥电导率实验数据及分析&&&&根据测量得到的数据，以煤泥的质量浓度作横坐标，相应质量浓度煤泥的电导率作纵坐标，绘出煤泥电导率与其质量浓度的关系图（如图4）。再以电压为横坐标，相应电压下煤泥的电导率为纵坐标，绘出电压与电导率的关系图（如图5）。图4 不同电压下煤泥电导率随质量浓度的变化曲线图5 不同质量浓度下煤泥电导率随电压的变化曲线&&&&图4的电导率变化曲线表明，随着煤泥质量浓度的增大，其电导率逐渐降低，并在质量浓度为66%时相交于一点；图5的电导率变化曲线表明，随着电压的增大，电导率有逐渐增大趋势。分析图4与图5可得到以下结论：①图4曲线整体呈下降趋势，说明电导率随着煤泥质量浓度的增大而减小。当质量浓度低于63%时，不同电压下电导率随质量浓度变化基本成平行关系，说明电导率与质量浓度和电压成一定的线性关系；当质量浓度为63%～66%时，电导率与质量浓度成一定线性关系，而与电压不成线性关系，仍有一定的下降梯度；当质量浓度大于66%时，电导率随其增加显著下降，但是曲线较为复杂，不易判断其相互关系，将用称重法进行相应的验证。②图5曲线整体呈上升趋势，说明电导率随电压的增大而增大。相比电导率随质量浓度的变化，其增大幅度较小。当质量浓度由61.38%上升到63.20%即增大了1.82%时，电导率增大了0.03mS/cm，而当质量浓度由63.20%增大到66.25%即增大了3.05%时，电导率却增加了不到0.01mS/cm。说明质量浓度低于63.20%时，电导率变化较明显；当质量浓度为66.25%时，电导率为恒定值0.033mS/cm。&&&&2.2 电磁流量计实验数据及分析&&&&首先分析电磁流量计流速数据的重复性.图6是当管内流速为0.1m/s（即浓密膏体输送流速下限）时，电磁流量计测量由大到小的3种质量浓度分别为73%，69%，63%的煤泥的实时数据曲线.由图可见浓度较高时电磁流量计难以测出稳定的流速数值，而当浓度较低且煤泥流动性非常好时测量数值较为稳定.图7是质量浓度为63%时电磁流量计的3次测试曲线，可见其重复性良好，故测量结果可信.相比较煤泥电导率的测试结果，可以看出当质量浓度低于63%时，电导率较大，且不同质量浓度下电导率变化稳定。故推测当质量浓度低于63%，电导率高于0.035mS/cm时，电磁流量计应用于煤泥管道输送时数据准确性较高。图6 质量浓度分别为73%，69%，63%的电磁流量计测试曲线图7 质量浓度为63%时电磁流量计的3次测试曲线&&&&其次提取电磁流量计的流速数据换算并积分后与称重质量进行对比，分析其数据误差，结果如表1。可以通过电磁流量计积分后的总流量与称重数据的吻合程度来分析，若二者吻合较好则说明电磁流量计在线测量数据显示虽然可能受到气泡的影响，但是总流量可以准确测量；若二者相差较大，则说明电磁流量计不适合对较高质量浓度煤泥进行测量.从表1可以看出电磁流量计在质量浓度为69%，73%时误差较大，故测量不准确；在质量浓度为63%时测量误差较小，说明其测量较准确.该对比实验与之前的重复性分析相符，说明用质量浓度及电导率来评价电磁流量计测量数据的准确性有一定的可行性。表1 电磁流量计测量总质量流量与称重质量的对比
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电磁流量计精度会受哪些因素影响
　　电磁流量计是根据法拉第电磁感应原理制作而成的，其测量精度高，使用方便，非常受用户的欢迎。但是，有时候我们可能会发现测量精度出现偏差，这是什么原因造成的呢?相信看完下文的介绍，您会了解原因。　　1、被测液体中含有金属。如果被测液体中含有金属，流量计的电极很容易会出现短路现象，这个时候流量计就会出现偏小或者无显示现象。　　当测量介质属于高粘度时，会出现介质附着在管壁的现象，如果被测液体的电导率低于附着介质的电导率时，电极的信号电势就会被沉淀分流从而不能正常工作，出现电极短路的现象。如果沉淀的介质是非导电层，则会造成电极开路，这时流量计也不能正常工作。如果氧化的铁锈层附着在管道内壁，或者是其主要成分是金属沉淀物，其电导率大于液体电导率，实际上测的流量值就会高于流量计测得的流量值。如果沉淀物是碳酸钙等水垢层，则被测液体的电导率会高于沉淀物的电导率，测得的结果会小于实际的流量。　　2、内壁附着层产生故障。电磁流量计测量含有悬浮固相或者脏污介质的机会较多，因此，其内壁附着层出现故障的概率也相对增加。　　如果附着电导率和液体电导率相近，仪表也可以正常输出，只是改变流体面积，将会形成测量误差的隐性故障。如果附着层是高电导率，电极间的电动势就会出现短路现象。如果附着物具有绝缘性，电极表面则会因为绝缘而断开电路，从而导致仪表无法正常工作。　　陕西赛德流量计
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