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1、煤矿用乳化液油水质量比的检测62传感器技术(JourmlofTransducerTechnology)2003年第22卷第9期煤矿用乳化液油水质量比的检测马方清,刘云霞(1.中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;2.南京工程学院电气系,江苏南京211100)摘要:提出了煤矿井下乳化液配置油水质量比的种传感检测方法.该方法以Ventmi流量计测量原理为基础,利用BemouUi方程计算出所配制乳化液油水质量比.根据不同的进水压力,可通过乳化液的液面,来改变所配制的乳化液的油水质量比.方法简单直观.利用此原理设计的自动配液装置结构简单,配液准确度稳定,适合煤矿井下以及相关场合应用.关
2、键词:传感器;文丘流量计;油水质量配比;乳化液中图分类号:TP212文献标识码:A文章编号:10009787(2003)09006203DetectionofqualityratioofoiltowaterforemulsionincoalmineMAFangqing.LIUYun-xia2(1.CoiloflnfoandElecEngin,OlinaUniversityofMiningandTechnotogy,Xuzhou221008,Chil;2.DeptofElec,NanjingEngineerCollege,Nanjing211100,aI)Abstract:Anewmethodo
3、fdetectingqualityratioofoiltowaterforthenulsionincoalmineisgiven.ThemethodisbaseduponthemechanismofVenturimeters.thequalitymtioofoiltowatercsnhecskuhtedfromBemoulliequation.Thenulsioncanheadjustedbyadjustingthepressureofinputwaterandtheleveloftheoil.Themethodissimpleanddirectlyobservable.Thedevicest
4、ructureissimpleandthedislxlemulsionaccuracyisstable.ItiSsuitableforusinginundergroundc.mineandtheothers.Keywords:sensor;Venturimeters;qualityratioofoiltowater;emulsion0前言机械化生产是煤矿生产效益提高的主要依据.而乳化液泵站,负责向系统提供一定的压力,流量和清洁的工作介质,是采煤工作面设备的重要组成部分L1,2j.为维护液压系统各元件和延长其使用寿命,必须严格控制工作介质乳化液的配置,乳化液中油水质量比检测与配置越来越重要.煤矿
5、井下控制系统中所采用的工作介质乳化液,其基本组成为:乳化油3%5%,水95%9r7%混合而成.目前,国内外在实际生产中所使用的乳化液的配置方法有三种【3j:一是由人工混合配置;二是机械配液;三是自动配液.人工混合配液方式存在劳动强度大,乳化液配置难控制,清洁度差等缺点;机械方法配液需要人工监测液位,根据操作者经验调节乳化液中油水比例,因此操作者不易掌握而且配置的乳化液质量难以得到保证;目前在自动配制乳化液的方法中,大多数采用光电技术.光电收稿日期:20030322技术对环境的要求比较高,由于井下环境比较潮湿,现有的自动配液装置不适合用于井下.因此设计一简单而且适合于井下环境的乳化液自动配液装置
6、,并能够准确监测乳化液配置中油水质量比,将具有重要的实际意义和可观的经济价值.1煤矿井下乳化液配置检测原理煤矿井下乳化液配置检测基本原理如图1所示.圈1煤矿井下乳化液配量检曩1ni喇p-e埘孥锄0fde蚰嚷蜘l日-毗d印0|.岫h哪瞻第9期马方清等:煤矿用乳化液油水质量比的检测在图1中具有一定压力的水流进Venturi管,此水流的压力为P1,流速为V1,断面1.1的直径为d1,经渐缩管后进入中间喉管,水流流速为V2,断面2.2的直径为d2,由水流管的连续性方程可以得到总流量Q为Q=Q1=O2,而Q1=S1?V1,Q2=S2?V2,其中Q1为流过断面1.1的质量流量;Q2为流过断面2.2的质量流
7、量;S1为断面1.1的面积,即S1=口21;S2为断面22的面积,即S2=22.由此可得喉管处流速为=V1().(1)当将所有管路看作光滑管,忽略摩擦的影响时,对断面1.1和2.2列总流的Bernoulli方程有粤+:P22+.(2)y.gy.2g由Bernoulli方程能量守恒定理有+:一t,式中Pl为静压水头;为位置水头Vl为速度水头;y为水的重度,y=Pg;P为水密度.由式(1),式(2)和Venturi管特性可得出水通过断面1.1的流速为V1=于是水的流量Q水=1Xd-2gAh,X/2gAb,其中为流量系数,一般取0.98;Ah为断面1.1和断面2.2压强的测压水头差.由式(1),式(
8、2)两式可得P2=Pl+D水(0.5vf一0.5).(3)由于d1>d2,故通过渐缩管的水流速度增加,当此高速的水流流经渐扩管时,由于渐扩管的截面积不断增大,使水流速度降低,压力随之增加,在渐扩管处形成负压区.由于此时压力梯度为正,故在进入渐扩管的开始部位形成的负压最大.因此在此处开口最容易将油吸上来,从而实现水,油的自动配比.此时水流的能量损失只出现在渐扩管处,其损失主要是由锥角的角度和渐扩管两端的面积决定.这里选择面积比为o=4,即al=2.(4)Z”Z造成其损失的两个因素是一般的表面摩擦以及发散截面因散流而引起的过流扰动.忽略摩擦,损失仅由锥角角度决定,通过Jepson实验表明在2
9、0=5.7.时,即能使能量损失降低,又不会发生水的扩散分离使压力恢复下降,故可以选择20=5.根据压力容器的开口原则要求开口的尺寸应小于或等于开口所在处容器直径的三分之一.在此取d41d23(5)当忽略摩擦和粘滞力的作用时,可认为中间喉管的压力处处相同.又因为在渐扩管进I:l处的紊流状态不明显,因此可认为3.3断面处压强仍为P2.对断面3.3和4.4列总流的Bernoulli方程有Pa=+H,式中P为标准大气压;H为油面与开I:l处的高度差;V4为油的平均流速;y为油的重度.所以有V4=2一2gH,则Q油=s=私2一2gH.(6)根据煤矿井下乳化液配比要求,如果要得到Q油/Q,=5/95,在P
10、1,d1一定的情况下,可通过Venturi管测得的水的流量从而计算出油面的落差H,通过调节油面的高度来达到油水比例的调节,也即实现乳化液配置检测与控制.将式(1),式(3),式(4),式(5)代入式(6)可求得H:一0.297gYl.=_=一.:2Q油/Q.与日关系煤矿井下其乳化液配置即Q/Q,一般在之间变化.通过实验计算得,油面的落差H与Q/Q,的变化如表1所示.64传感器技术第22卷从表1可以看出,Q油/Q水与H呈线性关系变化,故适当控制H即可实现控制和调节Q油/Q水比例,从而实现对乳化液配置中的乳化油与水质量比例检测控制.3结论从上面分析可得,只要选择合适管径比例,就可以在管喉的末端开口
11、处形成较大的负压,使乳化液在负压的作用下,达到一定的流量.而乳化液的流量在配液装置的几何尺寸确定后,只与喉管开口处与油面的水平高度有关.通过调整油面的高度,就可以检测,改变所配置乳化液中的乳化油水质量比.利用此原理研制了乳化液自动配液及其油水质量比配置传感检测装置.在水压稳定情况下,只要精确控制油面高度,就可以精确控制乳化液中的乳化油与水质量比.乳化液传感检测与自动配置装置,已在兖州矿业集团兴隆庄煤矿井下综采5318工作面监测监控系统得到成功应用,应用效果令人满意.这种乳化液油水质量比配置与检测方法也可用于相关液体质量比检测与配置.参考文献:1马维绪,许昭轼.乳化液泵站M.北京:煤炭工业出版杜
12、,1987.1315.2蒋国安,郭福君.液压支架M.济南:山东科技出版杜,1980.2023.3吴晓兰,陆泉.乳化液方式的发展J.煤矿机械,1999,(8):78.4张亮,李云波.流体力学M.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2o01.7075.5刘鹤年.流体力学M.北京:中国建筑工业出版杜,2001.6777.作者简介:马方清(1963一),男,江苏南京人,中国矿业大学信息与电气工程学院博士后.曾获得国家科技进步奖一次,部级科技进步奖二次.主要从事智能控制,工业过程监测监控应用研究等.,p(上接第59页)4结束语将I)-S证据理论数据融合方法应用到多传感器火灾检测系统中,并用模糊数学中隶属函数的
13、概念给出传感器的信度函数分配,跟单一传感器的数据相比,经过融合后的数据具有准确度高,可信度高的特点.实验表明,这种方法对提高火灾检测的可靠性是实用而且有效的.另外采用1一WIRE总线为基础设计的系统硬件,也具有简单可靠,成本低廉的优点.I)-S证据理论在目标模式判别方面的应用中,0(上接第61页)4结论具有很大的优越性,但在获得传感器的信度函数分配方面,还未形成统一的理论,各种方法都需要人为地给出一些参数,对此方法理论上的研究正方兴未艾.参考文献:1朱大奇,于盛林.基于D-S证据理论的数据融合算法及其在电路故障诊断中的应用J.电子,2002,30(2):153155.2蓝金辉,马保华,蓝天,等
14、.D-S证据理论数据融合方法在目标识别中的应用J.清华大学(自然科学版),2001,41(2):5355.作者简介:田亮(1976一),男,河北保定市人,讲师,博士,从事火力发电厂自动控制和智能仪表方向的研究.该系统用4节内部电池供电,内配有充电器,并有欠压指示提示.设计的主要功能有:测量,存储,显示,打印.测量温度范围为一3070,误差为0.5,存储容量可达400个粮囤的数据(每个粮囤64个测试点).通过在多个粮仓的实际测量,本文所介绍的测温仪收到良好的效果,而且由于它体积小,准确度高,携带方便,具有一定的实用价值,也完全可以应用到其它领域中去.参考文献:1张有德,赵志英,涂时亮.单片微型机原理,应用与试验M.上海:复旦大学出版杜,1993.7275.2郑仁元.传感器应用100例M.北京:电子工业出版杜,1986.3638.3谢光忠,蒋亚东,吴志明,等.温湿度智能数据采集控制系统的研制J.传感器技术,2000,19(4):2930.作者简介:刘勇(1971一),男,四川省永川市人.中国电子科技集团公司第四十九研究所助理工程师,专业方向是温度传感器.
