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環節，為預防瓦斯爆炸提供監測數據和預警手段。可見瓦斯抽采計量是瓦斯監測計量的最重要參數，但由于現場工作環境惡劣，管道流量的煤氣中含水、油和雜質而造成的很大的零點漂移，導致無法測量的弊端。從現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構特點的因素，都存在一定的不足。

 

                現場普遍使用的電磁流量計大概有三種 [2] ：a) 渦輪流量計。現場管道流量煤氣中含水、油和雜質等雜質，經常會造成機械機構卡死磨損等，難以長期保持校準特性，經常需要人工校驗，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，但它和傳統的流量計軟硬件設計上有很大區別。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則地導流到上游對應的檢測元件，規則的氣流能產生雙向渦流，交替產生具有動能的脈沖信號，交替作用于下游脈沖檢測元件，使得檢測元件產生脈寬不同周期信號脈沖，脈沖隨著導管內氣流規律變化。將2個檢測原件檢測的頻率信號經調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，在實時顯示流量數據，并上傳到上位機單元，實時顯示流量數據、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，且能實時監測工況溫度進行實時監測，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掉，避免了水汽的干擾。由于流量計探頭特殊的結構兩側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) 結構簡單，質量輕，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：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%，數據可靠程度比較高；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段監控提供實時有效數據，且誤差較大 [4] 。新型GLD1000礦用電磁流量計通過對瓦斯現場實時監測，實時顯示并統計鉆場“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行顯示內容：第一行顯示內容為 “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行顯示內容：第一行顯示內容為累計量的開啟，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通用紅外遙控發射器。GLD1000礦用電磁流量計對現場瓦斯實時監測，實時顯示并統計總流量和濃度，分析瓦斯濃度的變化曲線，為選擇監測抽放點抽采方法的有效型，調整安裝位置優化系統的抽放參數提供可靠的監測依據，也提高了抽采瓦斯氣體和計量效果。當瓦斯濃度超出設定值時，瓦斯流量計會發出報警信號，以便分析原因，避免事故的發生和有效計量瓦斯流量。為了驗證GLD1000礦用電磁流量計的優越性，與傳統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個監測點1 # 和監測點2 # 。測

試記入同一時間和同一地點Φ500 mm瓦斯抽采管道內瓦斯流量，測試記入數據見表1 （表1中誤差計算結果以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差壓流量計測量的數據基本一致，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，測量數據是可靠的。

 

3 結語

                煤礦瓦斯抽放計量是煤礦抽放管理中最重要的環節。試驗證明GLD1000礦用電磁流量計各項技術指標先進，具有如下優點：a) 不易受外界干擾，抗干擾能力強，性能穩定可靠；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，滿足不同管道監測的需求；可在現場管道流量煤氣中含水、油和雜質等雜質環境惡劣的管道進行瓦斯流量測量，對現場適應能力強；d) 現場振動影響小，氣流阻力損失小，幾乎接近零，對瓦斯抽采利用系統沒有任何影響，比普通差壓流量計有極大的優越性；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化。