CN1940497A - 磁标记式磁流体流量计 - Google Patents

Abstract

一种磁标记式磁流体流量计，在磁性矿浆输运路径上串接有耐磨性能优良的改性MC尼龙管4，在尼龙管4上密绕有两个导线线圈，一个为充磁线圈3，另一个为检磁线圈2，两个线圈串行排列，充磁线圈在上游，检磁线圈在下游；在充磁线圈上等时间间隔加载矩形脉冲，检磁线圈通过信号传输线将检磁信号送至分析处理器进行计算显示。本发明适合于所有磁性流体的体积流量和流速的在线直接测量，精度高误差小，实现了磁性铁矿矿浆输运流量的测量，特别是解决了超细碎以及中矿矿浆体积流量和流速的测量。

Description

磁标记式磁流体流量计

技术领域

本发明涉及一种在线连续测量磁性流体流量、流速的测量仪表。

背景技术

在针对铁矿山湿选矿浆流的流量测量仪表的选型中发现：目前尚不存在适合于测量超细碎段和中矿段矿浆流的流量计。矿浆流具有如下特点：a、矿浆流为固、液两相流；b、矿浆流具有磁性，且磁性强弱随矿粉浓度以及矿粉性质的改变而随时发生改变；c、矿浆流特别是其中的超细碎段存在超过Φ3mm的大体型固体颗粒；d、矿浆流流速通常较大、固体颗粒的硬度很高因此具有很强的磨蚀作用。鉴于矿浆流的以上特点，最可能适用于铁矿浆流量测量的是下列三种流量计：1、多普勒超声流量计：此类流量计可以测量固、液两相流的流量，且不受流体磁性影响，但是通常要求固体物质的浓度在100ppm以下，所以并不适用于以输运矿粉为目的的高浓度矿浆流。2、柯里奥利质量流量计(简称：柯氏流量计)：柯氏流量计可以测量固、液两相流，不受流体磁性影响，但是流体中的固体颗粒、特别是较大颗粒撞击柯氏流量计的传感元件-振动管的管壁时会产生很大的测量误差，同时振动管一般为金属薄壁管、其抗磨蚀能力有限，故也不适用。3、电磁流量计：电磁流量计成功应用于铁矿矿浆流的精矿粉输送段。但并不适合超细碎段以及中矿段的矿浆流的流量测量。

发明内容

由于目前尚未有专门针对磁性流体、尤其是固、液两相磁性流的流量计，本发明的目的就是要填补这一技术空白，提供一种磁标记式磁流体流量计，实现铁矿矿浆输运流量的测量，特别是解决超细碎以及中矿矿浆体积流量和流速的测量，实现所有磁性流体的体积流量和流速的测量。

本发明的技术方案是这样得以实现的：一种磁标记式磁流体流量计，其特点是：在磁性矿浆输运路径上串接有耐磨性能优良的改性MC尼龙管4，在尼龙管4上密绕有两个导线线圈，一个为充磁线圈3，另一个为检磁线圈2，两个线圈串行排列，充磁线圈在上游，检磁线圈在下游；在充磁线圈上等时间间隔加载矩形脉冲，检磁线圈通过信号传输线将检磁信号送至分析处理器进行计算显示。

本发明适合于测量超细碎段和中矿段矿浆流的流量，能在线直接测量，精度高误差小。

附图说明

图1是本发明实施例1的原理示意图。

图2是本发明实施例1的充磁线圈所产生磁场的磁感应强度的空间分布图。

图3、图4是本发明实施例1的充磁脉冲与检磁线圈感应电动势的时间对应关系图。

图5是本发明实施例2的原理示意图。

图6是本发明实施例2的充磁线圈、充磁柱体的磁感分布、两个检磁线圈的空间关系图。

图7是本发明实施例2的充磁脉冲的时间关系图。

图8是本发明实施例2的前检磁线圈感应电动势的时间对应关系图。

图9是本发明实施例2的后检磁线圈感应电动势的时间对应关系图。

图中1——矿浆流向  2——检磁线圈  3——充磁线圈  4——MC尼龙管道  5——前检磁线圈  6——后检磁线圈

具体实施方式

本发明的基本测量原理是对流动的磁性流体实现充磁和检磁两个过程，具体实现有下列两种实施方式：

实施例1：单线圈检磁方式

从图1可见，在磁性矿浆输运路径上布置两个导线线圈，一个为充磁线圈3，另一个为检磁线圈2，两个线圈串行排列，充磁线圈在上游，检磁线圈在下游。两线圈密绕于耐磨性能优良的改性MC尼龙管4上，充磁线圈的线圈长度与输运管管径以及流速有关。检磁线圈的长度在充磁线圈的0.1倍以下。两线圈一般以0.3mm的漆包线绕制。在充磁线圈上等时间间隔加载矩形脉冲，两脉冲的时间间隔与矿浆的流速范围有关，可连续调整、设定。检磁线圈通过信号传输线将检磁信号送至分析处理器进行计算显示。充电电流的大小与矿浆的磁性强弱和流速有关，可实验调整、设定。两线圈可连续排列或留有厘米量级的间隔。

通上电流之后，充磁线圈所产生磁场的磁感应强度的空间分布如图2所示。磁感强度空间变化率的最大位置出现在管轴线与磁感分布曲线的两个交点P₁和P₂上，这两个交点与它们各自所在侧充磁线圈的端面距离设为Δ，充磁线圈两个端面到检磁线圈中心线的距离分别为L₁和L₂。加载在充磁线圈上的电流脉冲宽度在毫秒量级，该脉冲信号在检磁线圈上会立刻激发出感应电动势，该电动势在充磁脉冲上、下沿的两个时刻分别获得方向相反的两个极大值。被充磁的磁流体呈圆柱状，该柱体内的磁场分布与图2的磁场分布具有强正相关关系。考虑该柱体匀速穿越检磁线圈，由于感生电动势的大小与磁通变化率成正比，因此当柱体前、后磁感强度变化率最大处即位置P₁和P₂处通过检磁线圈的两时刻会产生方向相反的两个感生电动势极大值。

充磁脉冲在检磁线圈上激发的两个电动势峰值的时刻，由充磁脉宽所决定为已知量，所以通过测量充磁矿浆柱体P₁和P₂两个位置通过检磁线圈所激发的两个电动势峰值的所在时刻，便可计算出相应的流经时间，由于充磁线圈两个端面到检磁线圈中心线的距离L₁和L₂已知，据此便可计算出矿浆的流速。

图3、图4给出了充磁脉冲与检磁线圈感应电动势的时间对应关系，其中充磁柱体P₁位置到达检磁线圈中线的距离为L₁+Δ，P₂到达的距离为L₂-Δ(见图2)，而相应的时间分别为τ₁和τ₂。

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\τ}}_1=t_2-t_0\\ {\mathrm{\τ}}_2=t_3-t_1\end{array}---\left(1\right)\right.$

P₁和P₂的运动速度分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_1=\frac{L_1+\mathrm{\Δ}}{{\mathrm{\τ}}_1}\\ V_2=\frac{L_2-\mathrm{\Δ}}{{\mathrm{\τ}}_2}\end{array}---\left(2\right)\right.$

由于V₁＝V₂＝V分析式(2)得到：

$V=\frac{(L_1+\mathrm{\Δ})+(L_2-\mathrm{\Δ})}{{\mathrm{\τ}}_1+{\mathrm{\τ}}_2}=\frac{L_1+L_2}{{\mathrm{\τ}}_1+{\mathrm{\τ}}_2}---\left(3\right)$

应当注意到决定P₁和P₂位置的因素实际上十分复杂，因此Δ是无法测量的，故而式(3)的结果是重要和方便的。

实施例2：双线圈检测方式

该方案使用了两个检测线圈，在前检磁线圈5的左边设有后检磁线圈6，原理示意如图5。充磁线圈、充磁柱体的磁感分布、两个检磁线圈的空间关系见图6。图7、图8、图9是充磁脉冲与前、后检磁线圈感应电动势的时间对应关系图。

双检磁线圈检测方案的原理就是利用充磁柱体P₁和P₂分别穿越前、后两个检磁线圈所激发的一前一后两个电动势峰值的空间和时间关系，计算出磁流体的流速，此处仅对P₁穿越为例进行讨论。

由图6、图7、图8、图9可知：τ₁＝t₂-t₀为P₁穿越前检磁线圈中线的时间，行进距离为(L₁+Δ)。τ₃＝t₄-t₀为P₁穿越后检磁线圈中线的时间，行进距离为(L₃+Δ)。则矿浆流速为：

$V=\frac{(L_3+\mathrm{\Δ})-(L_1+\mathrm{\Δ})}{{\mathrm{\τ}}_3-{\mathrm{\τ}}_1}=\frac{L_3-L_1}{{\mathrm{\τ}}_3-{\mathrm{\τ}}_1}---\left(4\right)$

利用式(3)或者式(4)得到矿浆流速之后，对于管道输运、且为满管流时，则可得到磁流体的体积流量I：

            I＝SV                        (5)

式(5)中的S为输运管道内横截面积。

设计方案中所涉及的在线直接测量仅为时间测量，测量范围从1毫秒到数秒，考虑到现行的嵌入式计算芯片内置时钟的精度可轻易达到数十纳秒以内，因此时间测量误差容易控制在0.1％以内。

Claims (2)

1、一种磁标记式磁流体流量计，其特征在于：在磁性矿浆输运路径上串接有耐磨性能优良的改性MC尼龙管(4)，在尼龙管(4)上密绕有充磁线圈(3)和检磁线圈(2)，充磁和检磁线圈串行排列，充磁线圈在上游，检磁线圈在下游；在充磁线圈上等时间间隔加载矩形脉冲电流，检磁线圈将检磁信号通过信号传输线送至分析处理器进行计算显示。

2、根据权利要求1所述的一种磁标记式磁流体流量计，其特征在于：所述的检磁线圈由前检磁线圈(5)和后检磁线圈(6)两导线线圈相邻排列构成。

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