摘要：本文分析了電磁流量計的特點(diǎn)和工作原理，介紹了其在日常工作中經(jīng)常發(fā)生的各種故障現(xiàn)象，并詳細(xì)介紹了故障出現(xiàn)的原因，從儀表和工藝兩個方面分別給出了故障判別方法和解決故障的方案。了解電磁流量計的故障解決方案，對其他流量計的故障診斷也有一定的借鑒意義。
0引言
電磁流量計從20世紀(jì)50年代開始進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段，至今已有70多年的歷史。目前在全世界范圍內(nèi)已得到廣泛而普遍的應(yīng)用，特別是在儲存交接貿(mào)易總量計量和過程控制流量測量中被廣泛采用，應(yīng)用領(lǐng)域包括：水/污水、醫(yī)藥、化工、造紙、食品等各個行業(yè)。根據(jù)管道的直徑分類，大口徑的電磁流量計多應(yīng)用在給排水領(lǐng)域，中小口徑的電磁流量計大多數(shù)用于固液雙相流體等難以測量的流體或更高要求的場合，小口徑和微小口徑的電磁流量計主要用在醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有對衛(wèi)生要求嚴(yán)格的場所。由于電磁流量計的性能優(yōu)越，當(dāng)前電磁流量計使用臺數(shù)在流量儀表諸品種中穩(wěn)居第三位，并一直以較高的增長率持續(xù)增長[1]。
電磁流量計的功能十分強(qiáng)大，操作也很簡單，其優(yōu)點(diǎn)有：
◇測量管內(nèi)無任何阻礙流體流動的部件，無壓力損耗，對直管段要求很低。
◇測量時不會受流體的黏度、密度、溫度、壓力和電導(dǎo)率等變化的干擾。
◇管道的襯里有PFA、PTFE、聚氨酯、硬橡膠等多種材質(zhì)可供選用。
◇電磁流量計的變送器部件可以提供直流和交流兩種模式供電，接線方式有二線制和四線制，非防爆型和防爆型，標(biāo)準(zhǔn)型和經(jīng)濟(jì)型等多種規(guī)格能滿足用戶的不同需求。
◇可靠性高，重復(fù)性好，每5年維護(hù)一次，其量程比可達(dá)1000:1。
1電磁流量計的工作原理
電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來進(jìn)行流量測量的，它可以測量具有一定電導(dǎo)率的流體，例如臟污液體、粘性液體、帶微粒、導(dǎo)電的腐蝕性液體和磨損懸浮液等流體的體積流量。電磁流量計由電磁流量傳感器和電磁流量轉(zhuǎn)換器兩個部分組成，其工作原理類似變壓器工作原理，即由電源向勵磁線圈供電，形成勵磁電流，而勵磁電流經(jīng)過線圈后產(chǎn)生感應(yīng)磁場，導(dǎo)電的介質(zhì)通過該磁場切割磁力線，在與磁場和流體的流動方向垂直的方向上形成感應(yīng)電動勢，在電極之間產(chǎn)生了和流體的流動速度成正比的電位差信號。在此過程中被測流體的流量經(jīng)過電磁流量傳感器轉(zhuǎn)換成了感應(yīng)電動勢，接著由電磁流量轉(zhuǎn)換器把感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)換成國際統(tǒng)一的4mADC～20mADC標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出，方便進(jìn)行控制和顯示。
2電磁流量計的故障判斷及處理
電磁流量計盡管按組成的環(huán)節(jié)不同可以分為：分體式電磁流量計和一體型電磁流量計兩種結(jié)構(gòu)，但是兩種結(jié)構(gòu)形式的流量計故障現(xiàn)象和檢修方法大致相同。電磁流量計通訊的電壓信號一般為2.5mV～8mV，如果流量較小時甚至可能只有幾微伏。工作人員在檢查電磁流量計的故障時，應(yīng)該先檢查其顯示儀是否正常顯示，按照顯示儀表→電磁流量轉(zhuǎn)換器→電磁流量傳感器→測量管道的順序進(jìn)行排查。如果是大口徑的電磁流量計，更換時工程量大，涉及面也廣，故需要反復(fù)檢查，根據(jù)每項檢查的結(jié)果來確定電磁流量計是否需要卸下更換或維修。
2.1儀表沒有流量數(shù)值顯示
電磁流量計顯示屏無流量信號輸出。
儀表本身原因可能有：電源與導(dǎo)線連接發(fā)生問題；傳感器或轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部元件有機(jī)械損壞。
工藝原因有：工藝管道內(nèi)的流體改變了流動狀態(tài)，內(nèi)壁附著層有毛刺或凸出物等。可按如下方法進(jìn)行檢修：
1）仔細(xì)觀察儀表表盤顯示的故障報警代碼，對照說明書中的故障報警代碼介紹，檢修故障。如果沒有故障報警，則依次檢查儀表電源是否正常，是否閉合了儀表開關(guān)，儀表內(nèi)的保險絲是否燒毀，要判斷故障位置可選用萬用表的電壓檔測量各部位的電壓。
2）如果電磁流量計供電沒問題，則檢測導(dǎo)線的連接，觀測信號電纜與勵磁電纜之間的連接線是否松開。若松開，需要用螺絲刀擰緊螺釘；如果接線端子腐蝕或氧化，要重新更換接線端子。
3）用萬用表檢查端子或勵磁線圈的電阻、絕緣電阻是否正常或下降，線圈是否斷路、短路。用萬用表測線圈端子之間的電阻值，若電阻正常則在80Ω～1500Ω之間，不同品牌的阻值略有不同。傳感器電纜和端子盒的密封墊片磨損、內(nèi)部進(jìn)水或受潮都會導(dǎo)致勵磁線圈的回路絕緣電阻小于100MΩ，可用吹風(fēng)機(jī)吹掃烘干。受潮的勵磁線圈如果可以拆卸，可將其卸下后，放進(jìn)烘箱調(diào)至低溫檔烘干。
4）安裝或更換傳感器時，應(yīng)使流體流動方向和傳感器標(biāo)注的箭頭一致，根據(jù)工藝要求決定傳感器管道內(nèi)是否需要充滿流體。
5）如果污物附著在傳感器的襯里層，會使其絕緣電阻下降。如果條件允許，可用小型手電筒照射拆開后的傳感器內(nèi)部，觀察是否有污物。若現(xiàn)場條件不允許拆卸時，可以用數(shù)字萬用表測量電極接觸電阻和其極化電壓的數(shù)值，從而間接地判斷出襯里層是否有污物。
2.1.1電極的接觸電阻的測量
測量電極的接觸電阻，實(shí)質(zhì)上是由測得電極與地之間的電阻，間接判斷出電極與襯里層之間有無污物，給工作人員判斷儀表的故障原因提供數(shù)值依據(jù)[2]。
若兩電極的接觸電阻差值增大，可能是其中一只電極的絕緣性能變差；若某電極對地電阻增加，可能是絕緣層覆蓋在該電極表面了；若某電極對地電阻變小，可能是有導(dǎo)電的堆積物附著在該電極表面或襯里層。
測量電極接觸電阻時，應(yīng)斷開傳感器的連接，并在流體充滿管道時進(jìn)行測量。要用同型號、同量程的數(shù)字萬用表，如×100檔，紅色表筆應(yīng)該接金屬管道或接地，黑色表筆接在電極上；測量時，表筆接觸端子后，應(yīng)該立刻讀取萬用表上顯示的最大值，沒必要多次測量，以免因?yàn)闃O化現(xiàn)象產(chǎn)生更大的測量誤差。
2.1.2電極極化電壓的測量
將數(shù)字萬用表打到直流電壓的2V檔位，測量兩個電極與地之間的極化電壓，極化電壓一般在幾毫伏之間。如果兩次測量數(shù)值基本一致，則說明沒有層積物覆蓋在電極上或者未被污染；若兩次測量數(shù)值不一致，則說明有層積物覆蓋在電極上或者電極已被污染。
轉(zhuǎn)換器上沒有流量數(shù)值信號顯示，應(yīng)先檢查轉(zhuǎn)換器和傳感器的連接有無故障。如果傳感器正常，懷疑轉(zhuǎn)換器發(fā)生故障時，可用正常的線路板替換檢查判斷。
2.2儀表示值為最大值
出現(xiàn)這種故障，可能原因有儀表本身原因和工藝上的原因。
儀表本身的原因有：接線錯誤、連接導(dǎo)線故障、信號回路開路等；傳感器與轉(zhuǎn)換器匹配錯誤；參數(shù)設(shè)置錯誤。
工藝原因有：設(shè)備的管道內(nèi)無流體。
可用以下方法檢測：
1）采取對分檢查法，即將被檢測的部分在中點(diǎn)進(jìn)行分割，對此點(diǎn)前后兩部分分別進(jìn)行檢查，例如對轉(zhuǎn)換器前后進(jìn)行分割檢查，從而縮小故障檢查范圍。
2）對電磁流量傳感器的輸出信號線3個端子短接，流量顯示為零，說明信號線正常。若流量顯示仍為最大值，需要繼續(xù)保持3個端子短接，測量轉(zhuǎn)換器3個連接端子的電阻大小，從而判斷信號電纜是否正常。
3）若信號電纜正常工作，再進(jìn)行其他檢查。測得兩電極的電阻值很大（數(shù)字萬用表）或者無窮大（指針萬用表），可能原因是液體沒有將傳感器的電極浸泡，例如一只電極或兩只電極沒有接觸到液體。
2.3儀表示值偏低或偏高
原因可能是：校準(zhǔn)設(shè)定電磁流量計的機(jī)械零點(diǎn)時，校準(zhǔn)錯誤，沒有注意工藝和現(xiàn)場的各種要求，導(dǎo)致傳感器的安裝位置不對；安裝傳感器的前、后直管段長度不當(dāng)；流體沒有充滿整個管道或有大量氣泡存在；電極阻值、電極的絕緣電阻等發(fā)生改變；在設(shè)定轉(zhuǎn)換器參數(shù)時，設(shè)置錯誤。
工藝原因有：管道內(nèi)部的流體流動狀況不符合測量要求。
可按以下方法檢查和處理：
1）通過對比儀表測量的歷史數(shù)據(jù)和其他種類的流量計測量結(jié)果，再依據(jù)整個工藝的物料守恒來大致估算，確保工藝上的數(shù)據(jù)與儀表測量的數(shù)據(jù)大致相同，這樣可以給工作人員判斷和處理故障帶來方便。
2）電磁流量計如果出現(xiàn)測量數(shù)據(jù)不正確，應(yīng)該首先檢查其傳感器和轉(zhuǎn)換器是否匹配，確定其直徑、測量范圍、單位等是否設(shè)置正確。可通過輸入模擬信號給轉(zhuǎn)換器，檢查其零點(diǎn)及最大值。
3）檢查導(dǎo)線與接線端口的連接是否松動，導(dǎo)線和電磁屏蔽的接零接地是否滿足工藝條件。用萬用表測量電極絕緣電阻，測量時傳感器要求斷電。首先拆下傳感器，排空管道內(nèi)的液體，擦干襯里內(nèi)部，再用萬用表分別測量2支電極與法蘭的電阻值。若測量電極的絕緣電阻>100MΩ則是正常；若阻值<100MΩ，說明電阻受潮，需要用電吹風(fēng)機(jī)調(diào)到熱風(fēng)檔對電極進(jìn)行烘干，使其阻值變大。
4）傳感器受工藝介質(zhì)的干擾最大，允許拆卸傳感器時，需要對其內(nèi)壁吹掃和清理，認(rèn)真檢查其內(nèi)壁是否有毛刺、凸起和雜物，它們都會導(dǎo)致電極絕緣電阻降低，使測量數(shù)值發(fā)生偏差。
2.4儀表顯示值波動
電磁流量計電壓信號很小，在2.5mV～8mV之間，流量小時可能只有幾微伏左右，故容易受外界靜電、電磁波、磁場等干擾的影響。
儀表自身的原因有：接線端口與導(dǎo)線老化，電路板銹蝕致使接觸不良，電子元件脫焊、虛焊等。工作人員在安裝傳感器時不細(xì)致，擋住流體通道截面產(chǎn)生了渦流現(xiàn)象。
工藝原因有：往復(fù)式壓縮泵的出口流量出現(xiàn)脈動特性。
設(shè)計和安裝不正確也會導(dǎo)致傳感器示值波動明顯，可按如下方法進(jìn)行檢查和處理：
1）克服電磁干擾最有效的措施就是良好的接地，傳感器接地阻值要<100Ω。管道上如果出現(xiàn)了雜散電流，也會影響傳感器的正常顯示，可采取增設(shè)新的接地點(diǎn)來消除，位置要求在原接地外側(cè)幾米處。信號線一定要用匹配對應(yīng)的電纜，盡量減少傳感器與轉(zhuǎn)換器的傳輸距離，這樣可以減小靜電和電磁波對儀表數(shù)值產(chǎn)生的干擾。若波動故障一直存在，可以嘗試將分體式儀表變更為一體式。
2）儀表的電氣線路接觸不良會導(dǎo)致顯示時而正常時而波動，可采取撥動或搖動電纜，輕敲轉(zhuǎn)換器的外殼等手段檢查轉(zhuǎn)換器的接線和接線端子是否牢固，進(jìn)一步觀察儀表顯示的示數(shù)是否變化。
3）第2）步中的各項檢查若正常，需要到現(xiàn)場繼續(xù)檢查傳感器、線路的連接狀態(tài)，插座是否腐蝕。如果傳感器接線盒內(nèi)部受潮或激磁線圈的絕緣電阻明顯下降，可用電吹風(fēng)機(jī)吹干水份。
4）脈動的流體如往復(fù)泵輸送的液體，會導(dǎo)致顯示數(shù)值上下波動，可以通過將傳感器的安裝位置遠(yuǎn)離脈動源，利用管道自身阻力減弱脈動流體干擾。若管道因?yàn)闂l件有限，長度不夠長，須在傳感器前加裝濾波器或緩沖器來削弱脈動。傳感器的安裝位置不當(dāng)，會使測量管道內(nèi)出現(xiàn)氣體、氣泡或液體不能充滿整個管道等現(xiàn)象，這些都會導(dǎo)致儀表顯示出現(xiàn)波動[3]。
2.5儀表的零點(diǎn)不穩(wěn)
無流量時，顯示的零點(diǎn)不穩(wěn)定。
儀表本身原因有：儀表機(jī)械零點(diǎn)沒有校驗(yàn)；儀表絕緣電阻改變；傳感器沒有很好地接地，受到外界電磁干擾等。
工藝原因有：管道內(nèi)的流體中含有小氣泡或者沒有充滿整個管道。可采用如下方法檢驗(yàn)：
1）接線端子絕緣電阻、信號電纜或電極絕緣電阻變小都會使信號測量回路的電阻下降。導(dǎo)線連接處和儀表表殼密封圈不牢固，會導(dǎo)致發(fā)生泄漏，此時工作現(xiàn)場的濕氣、粉塵、水霧就會乘虛入侵至電纜保護(hù)層內(nèi)和儀表接線盒內(nèi)，使其絕緣電阻下降。
2）被堆積物覆蓋的和已污染了的傳感器電極，也會出現(xiàn)零點(diǎn)不穩(wěn)定的故障。檢查前，必須在流體充滿整個管道時，測量電極的接觸電阻，然后在排凈流體，再次測量其電阻。
絕緣電阻的測量參數(shù)要求如下：
①滿管時，先拆下信號電纜線，用萬用表電阻檔測量電極與接地點(diǎn)的電阻大小，兩電極接觸電阻之差應(yīng)在10%～20%范圍內(nèi)，若超出該范圍，就會引起儀表零點(diǎn)不穩(wěn)。
②空管時，拆下傳感器及相關(guān)電纜線后，先擦凈傳感器內(nèi)表面的水滴，干燥完全后，測量每個電極與接地點(diǎn)電阻，絕緣電阻必須要>100MΩ。
3）儀表不能和電動機(jī)或其他電器設(shè)備共用接地點(diǎn)，接地電阻要<100Ω。周圍有大功率電機(jī)、變頻器、電焊機(jī)等電器設(shè)備時，也會導(dǎo)致原來正常顯示的儀表突然出現(xiàn)零位不穩(wěn)定的故障，需要移動到其他位置避免干擾。
3總結(jié)
檢查電磁流量計的故障，原則上是先工藝后儀表。工藝上的復(fù)雜多變都會使流量測量出現(xiàn)誤差，因此應(yīng)該先排除工藝上的問題后，再對流量儀表進(jìn)行檢查和處理。檢查變送器或轉(zhuǎn)換器故障時，要先檢查現(xiàn)場儀表及各種附件，例如供電電源、接線、安全柵等，還要檢查法蘭和殼體接地等。流量數(shù)值的各種不正常現(xiàn)象，都是先檢查零點(diǎn)，再檢查參數(shù)設(shè)置、導(dǎo)壓管、安裝位置等。熟悉了檢查順序，再加上不斷地總結(jié)歸納，電磁流量計的故障就可以被迅速地排除。
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