目前我國在建的大中型水電站有幾十個，正處在一個水利水電建設(shè)的新高潮，灌漿技術(shù)是水電建筑物地基處理常用的和重要的工程措施[1]，水泥的灌漿量非常大，例如貴州省構(gòu)皮灘水電站帷幕灌漿323km，固結(jié)灌漿418.9km，回填灌漿135.4km2，綜合考慮行業(yè)的特殊性以及不同對象儀表在使用、維護(hù)和施工工藝的具體要求及正確選用，這是保證施工質(zhì)量和儀表本體正確安全運(yùn)行極其重要的工作內(nèi)容，對日后的實際工作將帶來很大的好處。
                           
                        灌漿行業(yè)施工工藝中的漿液和水的流量測量非常重要，特別是所使用的液體流量檢測儀表，與一般企業(yè)有所不同，有其特殊要求，例如要便于頻繁清洗和承受高速漿液中顆粒的摩擦和惡劣環(huán)境等[2]，具體如下：
                            （1）傳感器測量回路簡單，沒有阻流件和容易滯流介質(zhì)的部位；
                            （2）與介質(zhì)接觸部件材料能承受水泥漿液中固相顆粒在高流速時的摩擦力與化學(xué)漿液的腐蝕作用；
                            （3）具有快速的響應(yīng)性能和較高的測量精度；
                            （4）能適應(yīng)現(xiàn)場高溫、潮濕、高灰塵的惡劣施工環(huán)境。
                           
                        在眾多液體流量儀器產(chǎn)品中，電磁EMF具有測量不受流體溫度、壓力、密度、黏度的影響、電磁流量計內(nèi)部直通光滑、直接進(jìn)行電測量，響應(yīng)速度快、檢測部無運(yùn)動部件，不會發(fā)生滴漏現(xiàn)象、計量精度高、內(nèi)襯可采用聚四氟乙烯塑料和氧化鋁陶瓷，具有很強(qiáng)的抗腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)[3]，近年來已成為灌漿工程流量測量的儀器。
                            1 工作原理
                           
                        電磁流量計（以下簡稱EMF）的工作原理（見圖1）是基于法拉第電磁感應(yīng)定律[3]。被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動，因而與介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢E
                                           （1）
                        式中：E為電動勢，V；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；D為測量管內(nèi)徑，m；為被測介質(zhì)的平均流速，m/s.
                            被測介質(zhì)的體積流量Q為
                                          （2）
                        式中Q為被測介質(zhì)的流量，m3/s。

                        由式（1）和式（2）可得：
                                    （3）
                           
                        由此可見，感應(yīng)電動勢E與被測介質(zhì)流量Q成正比。與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和測量內(nèi)徑D有關(guān)，而與其他物理參數(shù)的變化無關(guān)。測量系統(tǒng)的變送器輸出E是一個微弱的交變信號，其中包含各種干擾成分，且信號內(nèi)阻變化高達(dá)幾萬Ω，因此要求轉(zhuǎn)換器是一個高輸入阻抗，且能抑制各種干擾成分的交流mV轉(zhuǎn)換器。將感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)換成4～20mA的統(tǒng)一信號。轉(zhuǎn)換器有高輸入阻抗差動放大器、主放大器、正交干擾抑制器、相敏檢波器、直流放大器、霍爾乘法器等組成，zui后輸出信號電流為
                        Io=K·Q      （4）
                        式中：Io為輸出信號電流；K為儀表常數(shù)。
                            2 灌漿工程中EMF的使用
                           
                        圖2所示是灌漿過程的主要工藝流程[1]，為在施工中進(jìn)行有效的控制，需對施工過程中的水和水泥漿液進(jìn)行計量和控制。

                           
                        鉆孔、洗孔：灌漿施工首先要在巖層中自上而下分段進(jìn)行鉆孔，待單孔終孔，用大量清水洗孔，至回水變清，無流量測量點(diǎn)，故不展開討論。
                           
                        簡易壓水試驗：洗孔結(jié)束，下孔口管，密封孔口，以設(shè)計要求的壓力向孔內(nèi)送水，測定其相應(yīng)的流量值，并據(jù)此計算巖體的透水率。計算結(jié)果關(guān)系到巖體滲透特性的評價以及灌漿成果資料整理。這一測量點(diǎn)是十分重要和敏感的，準(zhǔn)確是首要指標(biāo)，水有一定的電導(dǎo)率，滿足EMF的測量要求，需要重點(diǎn)考慮的是EMF的口徑，因為壓水試驗和灌漿用的是相同的EMF。
                           
                        灌漿：壓水試驗后，灌漿泵將一定水灰比（比如3∶1，2∶1，1∶1，018∶1，015∶1）的水泥漿液壓送到孔中，一部分進(jìn)入裂隙而擴(kuò)散，余下的漿液經(jīng)回漿管返出孔外，流回到漿液攪拌機(jī)中，在規(guī)定的壓力下，當(dāng)注入率不大于014L/min時，繼續(xù)灌注30min；或不大于1L/min，繼續(xù)灌注60min，灌漿可以結(jié)束。每臺鉆孔設(shè)備都需要兩臺EMF分別記錄進(jìn)、返漿流量，灌漿量就等于進(jìn)漿量減去返漿量，現(xiàn)場管線與EMF安裝布置見圖3。

                           
                        由于現(xiàn)場灌漿泵泵量多為6m3/h（100L/min），故EMF的量程選為100L/min，由EMF的測量原理可知[4]，其流速的下限由同噪聲或偏移的信噪比S/N（信號與噪聲）來決定，上限則由測量管內(nèi)襯里的磨損和配管的經(jīng)濟(jì)速度等來決定[3]。由于水泥漿液中帶有水泥固體顆粒，考慮到對EMF襯里和電極的磨損，選用流速≤5m/s，另一方面水泥漿液又具有易粘附、沉淀、結(jié)垢的特性，故EMF測量管內(nèi)的流速應(yīng)不低于015m/s，以起到對電極和內(nèi)襯的自清掃作用。一般當(dāng)測量管內(nèi)實際流速<011m/s時，感應(yīng)電動勢已變得十分微弱（零點(diǎn)幾μV～幾μV），此時噪聲的影響逐步變?yōu)橹鲗?dǎo)，甚至淹沒信號電動勢[4]，由流速與相對誤差的關(guān)系圖（圖4）可知，為了保證儀表的檢測精度，流速應(yīng)大于015m/s.故推薦使用流速范圍為015～5m/s。

                           
                        灌漿施工時吸漿量大小一般在0～100L/min，進(jìn)、返漿上EMF相應(yīng)的流量范圍為30～100L/min，從流量、流速與口徑三者關(guān)系表（表1）可知：EMF口徑選擇DN25比較合適。DN25的測量范圍是14.72～147.18L/min，同時DN25和現(xiàn)場灌漿管道口徑一致，配套安裝時，不需要變徑。同時EMF的時間常數(shù)也應(yīng)該設(shè)置小一些，一般在1～3s，以提高測量的靈敏度。

                        注：*Q=1L/min
                            封孔：待灌漿結(jié)束后，按照施工技術(shù)要求壓漿封孔，無流量測量點(diǎn)，故不展開討論。
                            3 應(yīng)用注意事項
                            3.1 施工工藝的影響與處理
                           
                        按照循環(huán)灌漿的原理，返回漿液要流回攪拌桶，采用2臺EMF分別計量進(jìn)、返漿管道中漿液的流量（如圖3所示）。然而有些用戶去掉返漿管上的EMF，返漿管通過一個三通直接接在EMF下游的進(jìn)漿管上，返回漿液不返回攪拌桶，采用一臺EMF測量灌漿量[5]，其結(jié)果在巖層吸漿量很小和灌漿結(jié)束階段，漿液流過EMF的流速很小，遠(yuǎn)低于EMF的流速下限，信噪比S/N很小，測量誤差高達(dá)50%，無法計量。
                            3.2 測量管道內(nèi)附漿量的影響與處理
                           
                        每次灌漿結(jié)束后，要及時清除EMF測量管內(nèi)的殘余漿液，否則水泥漿液易在測量管道內(nèi)產(chǎn)生不同程度的膠結(jié)，甚至堵塞EMF測量管和相接的灌漿管道。EMF測量管內(nèi)的附著層會引起附加相對誤差Δε[7]，實踐證明其引起的誤差是很大的，假定其厚度相同，Δε由式（5）計算[6]：
                                                   （5）
                        式中：σω、σf分別為附著物和測量溶液的電導(dǎo)率；t為附著物厚度；d為直徑。
                            水泥顆粒的σω和水泥漿液σf相差很大，因為附著水泥層電導(dǎo)率極低，當(dāng)附著物有一定厚度時，Δε會比較大。
                            3.3 介質(zhì)中氣泡的影響與處理
                           
                        因工藝或介質(zhì)本身的原因，所測液體常含一些氣泡。EMF屬于流速型的流量方式，氣泡在管道圓截面中所占據(jù)的面積百分率，幾乎就等同于氣泡對流量測量的影響量[5]。此外由于氣泡經(jīng)過電極表面存在一個摩擦過程，由此會產(chǎn)生尖峰脈沖干擾電勢，其值遠(yuǎn)大于正常的流量信號。通常電磁流量轉(zhuǎn)換器無法有效地處理如此的干擾，輕者導(dǎo)致測量值不穩(wěn)定，嚴(yán)重時儀表根本無法工作，一些缺乏經(jīng)驗的用戶僅從工藝的要求出發(fā)，對EMF的安裝位置沒有考慮防止氣泡的產(chǎn)生，例如有些用戶把EMF安裝在灌漿泵的吸入端，吸入端的漿液中常會混入成泡狀流的小氣泡，故EMF一般要安裝在泵的排出端。EMF垂直安裝，漿液自下而上流動。水平安裝時要使電極軸線平行于地平線，不要垂直于地平線，因為處于底部的電極易被沉積物覆蓋，頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面。
                            3.4 惡劣施工現(xiàn)場環(huán)境的影響與處理
                           
                        灌漿施工現(xiàn)場的環(huán)境大部分時間比較惡劣，例如高溫、潮濕、高灰塵等，如果EMF外殼的密封不良，諸如接線盒，以及一些非焊接氣密封結(jié)構(gòu)的外殼，時間長了冷凝水和灰塵容易積聚在EMF的接線盒中，或透過密封不良的結(jié)合面滲入EMF殼體中，由于EMF的流量信號極其微弱（通常是幾mA），冷凝水和灰塵的存在，直接的后果是導(dǎo)致EMF轉(zhuǎn)換器輸入回路阻抗下降，衰減了欲輸往放大器的流量信號；或者是破壞勵磁回路和信號回路的絕緣，將高達(dá)幾十V的勵磁電壓引入到低電勢的信號回路中，造成EMF的嚴(yán)重故障[6]。為了避免此類故障的發(fā)生，可在接線盒中灌注絕緣材料，在維修和調(diào)試EMF的時候一定要避免進(jìn)水，保持接線盒內(nèi)的干燥與干凈，使用中一定要避免浸泡在水或漿液中。
                            4 結(jié)束語
                           
                        目前我國處于一個水電開發(fā)的新高潮，水泥灌漿量非常大，動態(tài)的計量水泥灌漿量至關(guān)重要，電磁EMF以其*的優(yōu)點(diǎn)成為灌漿工程流量測量的儀器。在全國的許多大、中型水電工程中取得了很好的使用效果。