引言

                瓦斯抽采計量是煤礦瓦斯治理最直接有效的手段，也是瓦斯利用的必經(jīng)環(huán)節(jié)，為預防瓦斯爆炸提供監(jiān)測數(shù)據(jù)和預警手段。可見瓦斯抽采計量是瓦斯監(jiān)測計量的最重要參數(shù)，但由于現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，管道流量的煤氣中含水、油和雜質(zhì)而造成的很大的零點漂移，導致無法測量的弊端。從現(xiàn)有常用的瓦斯電磁流量計，了解到由于流量計本身設計原理和結(jié)構特點的因素，都存在一定的不足。

 

                現(xiàn)場普遍使用的電磁流量計大概有三種 [2] ：a) 渦輪流量計。現(xiàn)場管道流量煤氣中含水、油和雜質(zhì)等雜質(zhì)，經(jīng)常會造成機械機構卡死磨損等，難以長期保持校準特性，經(jīng)常需要人工校驗，且量程比較窄 [3] ；b) 振動流量計。一般包括渦街流量計和旋渦進動流量計兩種類型，

                容易受外界因素影響，介質(zhì)溫度對振動流量計的工作干擾很大；c) 容積式流量計。包括腰輪流量計和模式流量計等，缺點是測量量程比較小，安裝條件比較苛刻，只能水平或垂直放置安裝。現(xiàn)介紹一種GLD1000礦用本安型電磁流量計，它也屬于一種壓差流量計，但它和傳統(tǒng)的流量計軟硬件設計上有很大區(qū)別。其特點是可靠性高、重復性好、壓損小、無可動部件、量程比大、響應速度快、測量精度高，內(nèi)置自動溫壓補償。特別在大管徑、低流速、流量范圍變化大及特小流量測量方面具有明顯優(yōu)勢。

 

1 GLD1000礦用本安型電磁流量計工作原理

                本電磁流量計是利用微差壓技術為基礎，實現(xiàn)氣體流速的測量。流量計的測量探頭帶有微差壓流量計，2個差壓口利用皮托管原理檢測到流體管道中的差壓（絕壓測試范圍：0 kPa～200 kPa），再根據(jù)伯努利方程計算出管道氣體的流速，氣體流速和流量計算公式如下：流速：

 

                流量計的核心技術是微差壓技術，具體如下探頭和支桿方向：轉(zhuǎn)動支桿使儀表上標明的流動方向與實際氣體流動方向一致，偏角應小于20°，越小越好。插入深度：在流量計起探桿上標有不同管徑的插入深度，如圖1所示，根據(jù)安裝流量計的管徑擰緊螺母后，把探桿刻度位置對應于基座上端處即可。

 

                探頭有2個開口方向不同的導管檢測壓力，2個壓力引導管分別接有2個不同的高靈敏脈沖檢測元件，監(jiān)測脈沖型電壓信號200 Hz～1 000 Hz，脈沖寬度不小于0.3 ms，當氣流流過終端探頭時，分別通過兩導流管有規(guī)則地導流到上游對應的檢測元件，規(guī)則的氣流能產(chǎn)生雙向渦流，交替產(chǎn)生具有動能的脈沖信號，交替作用于下游脈沖檢測元件，使得檢測元件產(chǎn)生脈寬不同周期信號脈沖，脈沖隨著導管內(nèi)氣流規(guī)律變化。將2個檢測原件檢測的頻率信號經(jīng)調(diào)制電路處理疊加處理，送給高精度單片機微處理單元計算信號頻率，通過元件推導處頻率與流量關系，在實時顯示流量數(shù)據(jù)，并上傳到上位機單元，實時顯示流量數(shù)據(jù)、存儲和報警，工作原理如圖2。

 

                由于在檢測電路里附涵了溫度補償電路，抑制了溫度對整個檢測電路的影響，且能實時監(jiān)測工況溫度進行實時監(jiān)測，當氣流在檢測元件前通過熱敏器件，混合氣體中的水汽被加熱到100 ℃以上，即使有水汽通過也會被蒸發(fā)掉，避免了水汽的干擾。由于流量計探頭特殊的結(jié)構兩側(cè)正向和反向引出管含有一定量的空氣，阻止了被檢測氣體與空氣的混合，這就避免了被測氣體中粉塵和油污等雜質(zhì)的干擾。

 

                基于以上原理設計，GLD1000礦用本安型電磁流量計的主要技術性能如下：a) 結(jié)構簡單，質(zhì)量輕，安裝方便，成本低，可滿足不同管徑、不同領域的流量測量監(jiān)測；b) 量程比較大，可測量量程比1∶200；流速測量范圍：0.8 m/s～30 m/s （流量會根據(jù)管徑和流速自動換算顯示）；類型：頻率型 （響應頻率為200 Hz～1 000Hz ），脈沖寬度不小于0.3 ms；額定工作電壓DC 12 V（波動范圍：DC 9 V～19 V）；額定工作電流≤50 mA；本安參數(shù)：最高輸入電壓U i 為DC 19.5 V；最大輸入電流I i 為1 100 mA；最大不失爆電容C i 為2.2 μF；最大不失爆電感L i 為0.1 mH；c) 精確度比較高。誤差：±1.0%，數(shù)據(jù)可靠程度比較高；d) 流量計受外界振動和氣流影響比較小，幾乎為零，這一點比振動流量計優(yōu)越很多.

 

2 GLD1000礦用電磁流量計在煤礦的應用

                目前瓦斯抽采計量在井下鉆場測量，多采用傳統(tǒng)人工測量方式，即：“U”型壓差計帶皮托管的方法，花費大量人力和時間，效率低實時性差，難以為瓦斯抽放管理和危險區(qū)段監(jiān)控提供實時有效數(shù)據(jù)，且誤差較大 [4] 。新型GLD1000礦用電磁流量計通過對瓦斯現(xiàn)場實時監(jiān)測，實時顯示并統(tǒng)計鉆場“瞬時流量”“純量”“管道壓力””管道溫度”“累積流量”“流速”“管道甲烷”等信息。LCD（Liquid Crystal Display，液晶顯示器） 顯示屏如圖3所示。

 

                LCD顯示屏分兩屏顯示，第一屏有4行顯示內(nèi)容：第一行顯示內(nèi)容為 “瞬時流量 （工況和標況可以選擇）顯示”，第二行顯示為管道壓力，第三行顯示為管道甲烷濃度值，第四行顯示為管道溫度；第二屏有4行顯示內(nèi)容：第一行顯示內(nèi)容為累計量的開啟，第二行顯示為累計工況量，第三行顯示為累計標況量，第四行顯示為累計純量。

 

                流量計顯示板上具有紅外接收頭，能接受遙控信號，流量計參數(shù)和顯示切換通過遙控器設定。遙控器器選用本公司FYF5通用紅外遙控發(fā)射器。GLD1000礦用電磁流量計對現(xiàn)場瓦斯實時監(jiān)測，實時顯示并統(tǒng)計總流量和濃度，分析瓦斯?jié)舛鹊淖兓€，為選擇監(jiān)測抽放點抽采方法的有效型，調(diào)整安裝位置優(yōu)化系統(tǒng)的抽放參數(shù)提供可靠的監(jiān)測依據(jù)，也提高了抽采瓦斯氣體和計量效果。當瓦斯?jié)舛瘸鲈O定值時，瓦斯流量計會發(fā)出報警信號，以便分析原因，避免事故的發(fā)生和有效計量瓦斯流量。為了驗證GLD1000礦用電磁流量計的優(yōu)越性，與傳統(tǒng)差壓流量計進行比較試驗。在礦井下分別在工作面和瓦斯抽采管道上安裝2個監(jiān)測點1 # 和監(jiān)測點2 # 。測

試記入同一時間和同一地點Φ500 mm瓦斯抽采管道內(nèi)瓦斯流量，測試記入數(shù)據(jù)見表1 （表1中誤差計算結(jié)果以GLD1000礦用電磁流量計為基礎計算）。

 

                通過表1可看出，GLD1000礦用電磁流量計和傳統(tǒng)差壓流量計測量的數(shù)據(jù)基本一致，最大誤差為1.16%，所以GLD1000礦用電磁流量計流量測量原理是符合要求的，測量數(shù)據(jù)是可靠的。

 

3 結(jié)語

                煤礦瓦斯抽放計量是煤礦抽放管理中最重要的環(huán)節(jié)。試驗證明GLD1000礦用電磁流量計各項技術指標先進，具有如下優(yōu)點：a) 不易受外界干擾，抗干擾能力強，性能穩(wěn)定可靠；b) 精度高，重復使用誤差小，小于±1%；量程比1∶200，流速測量范圍0.8 m/s～30 m/s（流量會根據(jù)管徑和流速自動換算顯示；類型：頻率型（響應頻率為200 Hz～1 000 Hz ），脈沖寬度不小于0.3ms；額定工作電壓DC 12 V(波動范圍：DC 9 V～19V)；額定工作電流≤50 mA；c) 結(jié)構簡單、體積小、重量輕、插入固定安裝方便，可在不同場合地點安裝，滿足不同管道監(jiān)測的需求；可在現(xiàn)場管道流量煤氣中含水、油和雜質(zhì)等雜質(zhì)環(huán)境惡劣的管道進行瓦斯流量測量，對現(xiàn)場適應能力強；d) 現(xiàn)場振動影響小，氣流阻力損失小，幾乎接近零，對瓦斯抽采利用系統(tǒng)沒有任何影響，比普通差壓流量計有極大的優(yōu)越性；e) 整個微處理單元，無論是硬件還是軟件都進行了最大限度優(yōu)化。