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把握大勢(shì) · 以科技強(qiáng)企業(yè)摘要：論述了電磁流量計(jì)在測(cè)量過(guò)程中常見(jiàn)的故障現(xiàn)象，給出了判別及解決方法。
關(guān)鍵詞：電磁流量計(jì)；電極，磁場(chǎng)；襯里
1電磁流量計(jì)原理
電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，在與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的方向按“右手規(guī)則”，其值如E=kDBV所示。
式中：E-感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即流量信號(hào)；k-系數(shù)：B一磁感應(yīng)強(qiáng)度，T:D-測(cè)量管內(nèi)徑，m:V-平均流速，m/s。
電磁流量計(jì)適用于各種導(dǎo)電液體的流量檢測(cè)，是一種智能型的電磁感應(yīng)式流量?jī)x表。當(dāng)導(dǎo)電液體流過(guò)電磁流量計(jì)時(shí)，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。導(dǎo)電液體流過(guò)垂直于流動(dòng)方向磁場(chǎng)，感應(yīng)出一個(gè)與平均流速成正比的電壓，其感應(yīng)電壓信號(hào)通過(guò)2個(gè)或2個(gè)以上與液體直接接觸的電極檢出，并通過(guò)電纜傳送至轉(zhuǎn)換器智能化處理，然后，LCD顯示測(cè)量值或轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4~20mA輸出。
2常見(jiàn)故障源判別
電磁流量計(jì)運(yùn)行中產(chǎn)生故障的第一類(lèi)為儀表本身故障，即儀表結(jié)構(gòu)件或元器件損壞引起的故障；另一類(lèi)為外界原因引起的故障，如安裝不妥流動(dòng)畸變，沉積和結(jié)垢等。重點(diǎn)討論應(yīng)用方面和第二類(lèi)外界原因的故障。
2.1液體中含有氣泡
液體中泡狀氣體的形成有從外界吸入和液體中溶解氣體（空氣）轉(zhuǎn)變成游離狀氣泡2種途徑。若液體中含有較大氣泡，則因經(jīng)過(guò)電極時(shí)能遮蓋整個(gè)電極，使流量信號(hào)輸人回路瞬時(shí)開(kāi)路，導(dǎo)致輸出信號(hào)出現(xiàn)晃動(dòng)。最簡(jiǎn)單的判別方法是當(dāng)遇到晃動(dòng)時(shí)。切斷磁場(chǎng)的勵(lì)磁回路電流，如果此時(shí)儀表依然有顯示且不穩(wěn)定，說(shuō)明大多是由于氣泡影響造成。如果此時(shí)以指針式萬(wàn)用表測(cè)量電極電阻，可測(cè)量到電極的回路電阻要比正常時(shí)高。對(duì)于被測(cè)介質(zhì)中含有空氣的情況，如果判斷是由安裝位置引起的，如因電磁流量計(jì)裝在管系高點(diǎn)而貯留氣體或外界吸入空氣造成流量計(jì)晃動(dòng)，變換安裝位置是最快解決方法，在管線(xiàn)最低點(diǎn)或采用U型管安裝。但很多應(yīng)用情況是口徑較大或者安裝的位置不易改換。建議在流量上游安裝集氣包和排氣閥，1臺(tái)DN2200口徑的電磁流量計(jì)，因氣泡造成顯示的晃動(dòng)可達(dá)20%~50%，在安裝了排氣裝置后，測(cè)量即恢復(fù)正常。
2.2非滿(mǎn)管
非滿(mǎn)管現(xiàn)象可以看作液體中含有氣泡的一種極端情況。液體未充滿(mǎn)管道可分為液面高度高于測(cè)量電極水平面或低于水平面2種情況。當(dāng)管內(nèi)液面高于電極水平面時(shí)，若管系的前后直管段比較理想時(shí)，電磁流量計(jì)的測(cè)量大多能夠穩(wěn)定，但流量計(jì)所計(jì)量的液體體積包含了管內(nèi)的氣體體積，故這種測(cè)量存在著很大的測(cè)量誤差。當(dāng)管內(nèi)液面高度低于電極表面時(shí)，此時(shí)，電極裸露在空氣中，測(cè)量回路實(shí)際處于開(kāi)路狀態(tài)。電磁流量計(jì)的測(cè)量值和輸出處于一種隨機(jī)的狀態(tài)，不停地晃動(dòng)或是滿(mǎn)度。非滿(mǎn)管的情況多出現(xiàn)在靠流體自流或流量計(jì)后無(wú)任何背壓的直接排放口，例如在污水行業(yè)經(jīng)常遇到。可采用前述氣泡判別的方法進(jìn)行判別，此時(shí)以指針式萬(wàn)用表測(cè)量電極電阻，可發(fā)現(xiàn)電極的回路電阻明顯變高，若以水對(duì)比，用萬(wàn)用表以1kΩ的量程測(cè)量，所測(cè)得的阻值不會(huì)大于100kΩ，大于此值，可絕對(duì)判定電極回路異常，在排除電纜開(kāi)路的前提下，判定空管是可信的。如果條件允許，還可觀(guān)察流量計(jì)后端液體排放口，當(dāng)排放出的液體明顯不充滿(mǎn)即可判斷電磁流量計(jì)安裝為非滿(mǎn)管。在流量計(jì)安裝時(shí)盡量避免出現(xiàn)非滿(mǎn)管的情況。如前面提及的在管線(xiàn)最低端安裝或有意將流量計(jì)安裝在U型管道。另外，現(xiàn)在市場(chǎng)上已有能夠在非滿(mǎn)管情況下測(cè)量的智能電磁流量計(jì)。
2.3電極腐蝕
在排除氣泡的因素后有因電極腐蝕而造成測(cè)量值晃動(dòng)的情況，且都導(dǎo)致傳感器失效。其成因是由于電極材料的選擇不當(dāng)造成電極為被測(cè)液體所腐蝕，從而導(dǎo)致流量計(jì)輸出晃動(dòng)。由于電極材料不耐腐蝕所造成的故障只有在電極被腐蝕后才會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，所以以前通常無(wú)法判別。電極一旦被腐蝕后，當(dāng)前市場(chǎng)上最新的電磁流量計(jì)從因電極腐蝕形成的電極噪聲入手，對(duì)電極腐蝕形成的噪聲進(jìn)行分析處理，從而給出量化的腐蝕判斷依據(jù)。如漢森爾的HSRD電磁流量計(jì)可經(jīng)過(guò)噪聲量化處理軟件對(duì)流量測(cè)量信號(hào)中夾雜的噪聲信號(hào)進(jìn)行分離處理，當(dāng)噪聲信號(hào)超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，即報(bào)警。
2.4電極結(jié)垢及電極短路電極短路的判別比較簡(jiǎn)單，若被測(cè)介質(zhì)中含有金屬物質(zhì)時(shí)，電極短路較易診斷，此時(shí)測(cè)量值明顯偏小或趨于零，但這種現(xiàn)象在日常運(yùn)行中并不多見(jiàn)。因電磁流量計(jì)經(jīng)常應(yīng)用于原水和污水等計(jì)量環(huán)境，電極結(jié)垢的發(fā)生幾率較高。當(dāng)電極結(jié)垢時(shí)，表現(xiàn)為信號(hào)逐漸減小，直至絕緣而使得信號(hào)回路開(kāi)路，此時(shí)流量信號(hào)被隔絕。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的黏度較大時(shí)，易在管壁附著和沉淀，若附著的介質(zhì)是比被測(cè)液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì)，則信號(hào)電勢(shì)被分流而不能工作，即電極短路。若是非導(dǎo)電層，即通常所稱(chēng)的電極結(jié)垢，則使電極開(kāi)路而不能工作。若附著于襯里管壁異物層為氧化鐵銹層，或以金屬為主要成分的染料，其電導(dǎo)率大于液體電導(dǎo)率，測(cè)得的流量值將比實(shí)際流量值低：若為碳酸鈣等水垢層，其電導(dǎo)率低于液體，測(cè)得的流量值將低于實(shí)際流量。建議選用不易附著的尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。
刮刀式電極可在傳感器外定期手動(dòng)刮除塵垢。也有暫時(shí)斷開(kāi)測(cè)量電路，在電極間，通以短時(shí)間的低壓大電流，焚燒清除油脂類(lèi)附著層。在易產(chǎn)生附著層的場(chǎng)合，采用提高流速以達(dá)到自清掃管壁的目的，是一個(gè)比較有效的方法。當(dāng)然，采用易清洗的管道連接是一個(gè)比較徹底的方法，例如，某柴油機(jī)廠(chǎng)工具車(chē)間電解切削工藝試驗(yàn)裝置上，用DN80mm儀表測(cè)量和控制飽和食鹽電解液流量以獲取最佳切削效率。起初，該儀表運(yùn)行正常，間斷使用2個(gè)月后，流量顯示值越來(lái)越小，直到流量信號(hào)接近為零。現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)絕緣層表面沉積薄薄一層黃銹，擦拭清潔后，儀表運(yùn)行正常。黃銹層是電解液中大量氧化鐵沉積所致。
本實(shí)例屬運(yùn)行期故障，若黑色金屬管道銹蝕嚴(yán)重，沉積銹層，也會(huì)有此短路效應(yīng)。凡是開(kāi)始運(yùn)行正常，隨著時(shí)間推移，流量顯示越來(lái)越小，就應(yīng)分析有類(lèi)故障的可能性。
2.5電導(dǎo)率過(guò)低
液體電導(dǎo)率若接近下限值也有可能出現(xiàn)晃動(dòng)現(xiàn)象。因?yàn)橹圃鞆S(chǎng)儀表規(guī)范規(guī)定的下限值是在各種使用條件較好狀態(tài)下可測(cè)量的最低值，而實(shí)際條件不可能都很理想。億利公司就多次遇到在測(cè)量低度蒸溜水或去離子水時(shí)，具電導(dǎo)率接近電磁流量計(jì)規(guī)范規(guī)定的下限值5μS/cm，使用時(shí)卻出現(xiàn)輸出晃動(dòng)。通常認(rèn)為，能穩(wěn)定測(cè)量的電導(dǎo)率下限值要高一二個(gè)數(shù)量級(jí)。接液電阻測(cè)量熱擴(kuò)散現(xiàn)象判別方法：液體電導(dǎo)率可查閱附錄或有關(guān)手冊(cè)，若缺少現(xiàn)成數(shù)據(jù)時(shí)，則可用電導(dǎo)率儀取樣測(cè)定。但有時(shí)候現(xiàn)場(chǎng)并不配備電導(dǎo)率儀，因此，最簡(jiǎn)單的方法可以用萬(wàn)用表測(cè)出液體的接液電阻，再用同樣的方法測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)普通自來(lái)水的接液電阻，比較二者的測(cè)試結(jié)果，若介質(zhì)的接液電阻比自來(lái)水大一個(gè)數(shù)量級(jí)，此時(shí)介質(zhì)的電導(dǎo)率約為30~50μS/cm（自來(lái)水一般為30~50μS/cm）。由于接液電阻和電導(dǎo)率是反比關(guān)系，直接以所測(cè)得的接液電阻值進(jìn)行判別也可以。下式即是接液電阻的經(jīng)驗(yàn)公式：R=1/μd式中：μ為液體電導(dǎo)率，d為電極直徑。如當(dāng)液體電導(dǎo)率為5×106μS/cm，電極直徑為1cm時(shí)，計(jì)算得接液電阻200kΩ。所以，任何接液電阻值大于該值的液體都可認(rèn)為液體電導(dǎo)率過(guò)低不適合使用常規(guī)的電磁流量計(jì)。解決方法是：電導(dǎo)率過(guò)低超出了儀表所容許的測(cè)量范圍，此時(shí)唯一的解決方法是選用其他能滿(mǎn)足要求的低電導(dǎo)率電磁流量計(jì)（如電容式電磁流量計(jì)）或者是其他原理的流量計(jì)。
2.6襯里變形
襯里變形在現(xiàn)場(chǎng)一般無(wú)法判別，現(xiàn)用的判別方法是，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)覺(jué)流量誤差較大時(shí)，即將傳感器從工藝管道上拆下后以肉眼觀(guān)察傳感器的損球情況，但此時(shí)襯里的故障往往已經(jīng)形成。成因：襯里變形，大多發(fā)生在氟塑料襯里發(fā)生此時(shí)現(xiàn)象較多。造成這種現(xiàn)象的原因有2種，一是蒸氣滲透引起氟塑料襯里的熱擴(kuò)散，所謂熱擴(kuò)散是當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)（氣體或蒸汽）流過(guò)氟塑料襯里時(shí)所發(fā)生的自然的物理現(xiàn)象，通常滲透的程度主要取決于襯里材料、液體和蒸汽的類(lèi)型、襯里的厚度（當(dāng)襯里的厚度增加時(shí)，滲透程度則相應(yīng)減小）、襯里內(nèi)外的溫差（當(dāng)襯里內(nèi)外溫差很大時(shí)，滲透則加劇）和管道壓力等多個(gè)因素；二是氟塑料襯里特別是聚四氟乙烯（PTFE）襯里本身的工藝結(jié)構(gòu)，因?yàn)榫鬯姆蚁┡c管壁間僅靠壓貼，無(wú)粘結(jié)力，故不能用于負(fù)壓管道。解決方法是：在法蘭和線(xiàn)圈盒間增加隔熱措施，減小溫差及熱擴(kuò)散，這將在很大程度上改善襯里內(nèi)外溫差情況，從而降低滲透率和蒸汽在測(cè)量管壁內(nèi)的凝聚；用厚聚四氟乙烯（PTFE）村里厚度或提供其他形式的襯里，如PFA和陶瓷襯里。
2.7外部強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾
外部強(qiáng)電流磁場(chǎng)干擾使電磁流量計(jì)信號(hào)失真，輸出信號(hào)表現(xiàn)為非線(xiàn)性或信號(hào)晃動(dòng)。其成因是，由于流量信號(hào)小，易受外界干擾影響，而干擾源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場(chǎng)等。電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)制造應(yīng)符合電磁兼容性要求，在規(guī)定輻射電磁場(chǎng)環(huán)境下能正常工作。但現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，強(qiáng)磁場(chǎng)（如在電解廠(chǎng)和較大的電融爐附近）干擾會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)回路飽和及外部磁場(chǎng)進(jìn)入電磁流量計(jì)的磁場(chǎng)回路并形成雜散磁場(chǎng)而影響輸出的線(xiàn)性度。電場(chǎng)干擾則是由于噪聲破壞測(cè)量管內(nèi)的電勢(shì)平衡，造成輸出信號(hào)波動(dòng)異常。判別方法是，當(dāng)輸出信號(hào)表現(xiàn)為非線(xiàn)性時(shí)，可通過(guò)專(zhuān)用的模擬信號(hào)儀來(lái)判斷，如電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器的輸出為線(xiàn)性，可判別為外界的磁場(chǎng)干擾影響，反之，也有可能是電磁流量計(jì)本身的電器故障。對(duì)電場(chǎng)干擾，可在先不加激磁電流時(shí)，用示波器測(cè)量?jī)蓸O間的電勢(shì)，其值應(yīng)為零，如測(cè)得有交流電勢(shì)，則可判別為漏電流等電場(chǎng)干擾。解決方法是，防止磁場(chǎng)干擾，通常只有將電磁流量傳感器的安裝位置遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)源。防止強(qiáng)電場(chǎng)于擾，可采取增強(qiáng)屏蔽等措施。如仍無(wú)效，則可將電磁流量傳感器與連接管道絕緣。例如，電磁流量傳感器與連接管道絕緣，消除大雜散電流影響，浙江省某自來(lái)水公司安裝2臺(tái)DN900電磁流量計(jì)，一臺(tái)運(yùn)行正常，另一臺(tái)在一二個(gè)小時(shí)周期內(nèi)，出現(xiàn)有高達(dá)50%FS波動(dòng)，用戶(hù)認(rèn)為2臺(tái)儀表使用條件相仿，故障是由儀表方面原因引起的。樹(shù)察現(xiàn)場(chǎng)周?chē)h(huán)境，上下游緊接流量傳感器的足兩段長(zhǎng)0.5m，有良好接地的無(wú)襯里短鋼管，然后，連接到有水泥襯里的鋼管。接地等電氣連接均符合要求，同時(shí)，排除了管網(wǎng)流動(dòng)脈動(dòng)的可能性。轉(zhuǎn)換器與傳感器相距約10m。有一個(gè)數(shù)百kVA的三相變壓器裝在附近，分別離轉(zhuǎn)換器和傳感器約2m和8m。分析故障原因有以下2種可能：（1）大功率變壓器產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾；（2）管道上雜散電流干擾。要證明是否是變壓器磁場(chǎng)干擾影響，因要關(guān)閉變壓器，涉及面廣，安排為第二步檢查。首先，檢查是否是管道雜散電流干擾。不加激磁電流，用示波器測(cè)量?jī)蓸O間電勢(shì)，其值應(yīng)為零。然而實(shí)際測(cè)得峰值Vpp高達(dá)1V的波形畸變交流電勢(shì)。初步判定即使良好接地，儀表還是受到管道雜散電流干擾影響。采取將電磁流量傳感器連同二段短鋼管與管網(wǎng)管道電氣絕緣，使流量傳感器與液體同電位的措施后，儀表投入運(yùn)行，輸出顯示即呈穩(wěn)定正常，也排除）電力變壓器磁場(chǎng)于擾對(duì)流量測(cè)量的影響。同時(shí)，測(cè)得干擾電流有60mAAC，電流方向來(lái)自流量傳感器上游。這一措施也適用于有陰極保護(hù)電流的管道，作為試排除管道電流干擾影響的方法。
2.8電纜的故障
電纜的故障反映為流量計(jì)在運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)工作異常，具體表現(xiàn)為測(cè)量值變大或變小，或者是不停地波動(dòng)，且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查已排除管道不滿(mǎn)管、介質(zhì)含氣等現(xiàn)象的可能性。這類(lèi)問(wèn)題的產(chǎn)生與用戶(hù)的安裝、維護(hù)不當(dāng)有關(guān)。由于管道絕大多數(shù)是埋敷在地下，傳感器具有IP68防護(hù)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換器安裝在儀表箱或室內(nèi)，二者通過(guò)電纜連接。由于地面沉陷等現(xiàn)場(chǎng)情況的變化。傳感器和轉(zhuǎn)換器的相對(duì)安裝位置有了變動(dòng)，或者是因故移動(dòng)了儀表的安裝位置而引起電纜的短缺，施工單位或是用戶(hù)簡(jiǎn)單地用電纜予以續(xù)接加長(zhǎng)，并未徹底做好電纜接頭處的防潮（防水）等處理，且接頭處常以絞接的方法連接。使用日久，如果恰逢該接頭處于潮濕的環(huán)境，如儀表井、電纜溝等，潮氣侵入電纜接頭，可能造成以下一些故障：信號(hào)線(xiàn)對(duì)地絕緣下降，引起信號(hào)衰減，最終是測(cè)量結(jié)果偏小：信號(hào)電纜連接處接觸電阻變大，使測(cè)量值變小，若該接觸電阻不穩(wěn)定，則測(cè)量值無(wú)法穩(wěn)定，且易引入干擾；勵(lì)磁線(xiàn)圈對(duì)地絕緣下降，造成測(cè)量結(jié)果偏小；勵(lì)磁回路電纜連接處接觸電阻變大，使轉(zhuǎn)換器的勵(lì)磁回路處于非恒流工作區(qū)域，勵(lì)磁電流下降，同樣造成測(cè)量結(jié)果偏小；若該接觸電阻不穩(wěn)定，則測(cè)量值出現(xiàn)波動(dòng)。信號(hào)線(xiàn)、勵(lì)磁線(xiàn)對(duì)地絕緣性能下降，使得測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)大于正常的數(shù)據(jù)；如這種干擾不穩(wěn)定，對(duì)儀表的影響也變化不定，繼而出現(xiàn)波動(dòng)：信號(hào)電纜、勵(lì)磁電纜2個(gè)連接頭相靠較近，會(huì)產(chǎn)生耦合作用。通常能使實(shí)際運(yùn)行結(jié)果增大幾成，此時(shí)儀表的零點(diǎn)變化就是由干擾引起的。判別方法是，對(duì)于這類(lèi)異常情況，在排除流量計(jì)其他幾類(lèi)故障的可能性后，就應(yīng)檢查電纜是否有問(wèn)題，尤其是電纜曾有中間接續(xù)處。因發(fā)生在信號(hào)回路，判斷有一定難度，需要儀表生產(chǎn)廠(chǎng)家的配合支持。對(duì)于勵(lì)磁回路電纜的故障，儀表維護(hù)人員只要把現(xiàn)場(chǎng)的勵(lì)磁回路電阻測(cè)量值與廠(chǎng)方提供的數(shù)據(jù)作比較，即可得知問(wèn)題所在，繼而采取措施。也可在斷開(kāi)1根勵(lì)磁線(xiàn)的情況下，觀(guān)察儀表的顯示或輸出信號(hào)，此時(shí)，儀表應(yīng)處于零流量的狀態(tài)，若測(cè)量值偏大，則可確定是信號(hào)線(xiàn)、勵(lì)磁線(xiàn)的絕緣不良或有耦合。徹底的解決方法只有更換整根電纜，但這通常需要由儀表生產(chǎn)廠(chǎng)家配合支持。
3總結(jié)
隨著電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，電磁流量計(jì)擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，可以測(cè)量以往不能測(cè)量的一些流體：能進(jìn)行各種誤差補(bǔ)償，提高測(cè)量精度，具有轉(zhuǎn)換線(xiàn)路異常，檢測(cè)部分異常，誤設(shè)定，空管，過(guò)限報(bào)警等自診斷功能。可通過(guò)手操器或計(jì)算機(jī)等實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，以調(diào)整電磁流量計(jì)的零點(diǎn)，量程變更，阻尼變更等。近年來(lái)，生產(chǎn)廠(chǎng)家推出了許多形式的電磁流量計(jì)，以適應(yīng)不同性質(zhì)流體的測(cè)量，如陶瓷襯里電磁流量計(jì)，無(wú)電極電磁流量計(jì)和采用多電極電磁流量計(jì)。
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