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      電磁流量計

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      日常中電磁流量計經常發生的各種故障現象和原因及解決方案

      來源:作者:發表時間:2020-09-07 12:00:56

       摘 要 :本文分析了電磁流量計的特點和工作原理,介紹了其在日常工作中經常發生的各種故障現象,并詳細介紹了故障出現的原因,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 50 年代開始進入工業應用階段,至今已有 70 多年的歷史。目前在全世界范圍內已得到廣泛而普遍的應用,特別是在儲存交接貿易總量計量和過程控制流量測量中被廣泛采用,應用領域包括 :水 / 污水、醫藥、化工、造紙、食品等各個行業。根據管道的直徑分類,大口徑的電磁流量計多應用在給排水領域,中小口徑的電磁流量計大多數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藥工業、食品工業、生物工程等有對衛生要求嚴格的場所。由于電磁流量計的性能優越,當前電磁流量計使用臺數在流量儀表諸品種中穩居第三位,并一直以較高的增長率持續增長 [1]。
       
      電磁流量計的功能十分強大,操作也很簡單,其優點有 :
            ◇ 測量管內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,標準型和經濟型等多種規格能滿足用戶的不同需求。
            ◇ 可靠性高,重復性好,每 5 年維護一次,其量程比可達 1000:1。
       
      1 電磁流量計的工作原理
            電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律來進行流量測量的,它可以測量具有一定電導率的流體,例如臟污液體、粘性液體、帶微粒、導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,而勵磁電流經過線圈后產生感應磁場,導電的介質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電動勢,在電極之間產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過電磁流量傳感器轉換成了感應電動勢,接著由電磁流量轉換器把感應電動勢轉換成國際統一的 4mA DC ~ 20mA DC 標準電流信號輸出,方便進行控制和顯示。
       
      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節不同可以分為 :分體式電磁流量計和一體型電磁流量計兩種結構,但是兩種結構形式的流量計故障現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→電磁流量轉換器→電磁流量傳感器→測量管道的順序進行排查。如果是大口徑的電磁流量計,更換時工程量大,涉及面也廣,故需要反復檢查,根據每項檢查的結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 :電源與導線連接發生問題 ;傳感器或轉換器的內部元件有機械損壞。
       
      工藝原因有 :工藝管道內的流體改變了流動狀態,內壁附著層有毛刺或凸出物等。可按如下方法進行檢修 :
      1)仔細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,儀表內的保險絲是否燒毀,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、內部進水或受潮都會導致勵磁線圈的回路絕緣電阻小于 100MΩ,可用吹風機吹掃烘干。受潮的勵磁線圈如果可以拆卸,可將其卸下后,放進烘箱調至低溫檔烘干。
       
      4)安裝或更換傳感器時,應使流體流動方向和傳感器標注的箭頭一致,根據工藝要求決定傳感器管道內是否需要充滿流體。
      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部,觀察是否有污物。若現場條件不允許拆卸時,可以用數字萬用表測量電極接觸電阻和其極化電壓的數值,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,實質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值依據 [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,應斷開傳感器的連接,并在流體充滿管道時進行測量。要用同型號、同量程的數字萬用表,如 ×100 檔,紅色表筆應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,應該立刻讀取萬用表上顯示的**大值,沒必要多次測量,以免因為極化現象產生更大的測量誤差。
       
      2.1.2 電極極化電壓的測量
      將數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。
       
      轉換器上沒有流量數值信號顯示,應先檢查轉換器和傳感器的連接有無故障。如果傳感器正常,懷疑轉換器發生故障時,可用正常的線路板替換檢查判斷。
       
      2.2 儀表示值為**大值
      出現這種故障,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、連接導線故障、信號回路開路等 ;傳感器與轉換器匹配錯誤 ;參數設置錯誤。
      工藝原因有 :設備的管道內無流體。
       
      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進行分割,對此點前后兩部分分別進行檢查,例如對轉換器前后進行分割檢查,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**大值,需要繼續保持 3 個端子短接,測量轉換器 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,再進行其他檢查。測得兩電極的電阻值很大(數字萬用表)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 :校準設定電磁流量計的機械零點時,校準錯誤,沒有注意工藝和現場的各種要求,導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 ;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生改變 ;在設定轉換器參數時,設置錯誤。
             工藝原因有 :管道內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據和其他種類的流量計測量結果,再依據整個工藝的物料守恒來大致估算,確保工藝上的數據與儀表測量的數據大致相同,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測量數據不正確,應該首先檢查其傳感器和轉換器是否匹配,確定其直徑、測量范圍、單位等是否設置正確。可通過輸入模擬信號給轉換器,檢查其零點及**大值。
             3)檢查導線與接線端口的連接是否松動,導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,排空管道內的液體,擦干襯里內部,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,需要用電吹風機調到熱風檔對電極進行烘干,使其阻值變大。
             4)傳感器受工藝介質的干擾**大,允許拆卸傳感器時,需要對其內壁吹掃和清理,認真檢查其內壁是否有毛刺、凸起和雜物,它們都會導致電極絕緣電阻降低,使測量數值發生偏差。
       
      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致,擋住流體通道截面產生了渦流現象。
             工藝原因有 :往復式壓縮泵的出口流量出現脈動特性。設計和安裝不正確也會導致傳感器示值波動明顯,可按如下方法進行檢查和處理 :
             1)克服電磁干擾**有效的措施就是良好的接地,傳感器接地阻值要 <100Ω。管道上如果出現了雜散電流,也會影響傳感器的正常顯示,可采取增設新的接地點來消除,位置要求在原接地外側幾米處。信號線一定要用匹配對應的電纜,盡量減少傳感器與轉換器的傳輸距離,這樣可以減小靜電和電磁波對儀表數值產生的干擾。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致顯示時而正常時而波動,可采取撥動或搖動電纜,輕敲轉換器的外殼等手段檢查轉換器的接線和接線端子是否牢固,進一步觀察儀表顯示的示數是否變化。
             3)第 2)步中的各項檢查若正常,需要到現場繼續檢查傳感器、線路的連接狀態,插座是否腐蝕。如果傳感器接線盒內部受潮或激磁線圈的絕緣電阻明顯下降,可用電吹風機吹干水份。
             4)脈動的流體如往復泵輸送的液體,會導致顯示數值上下波動,可以通過將傳感器的安裝位置遠離脈動源,利用管道自身阻力減弱脈動流體干擾。若管道因為條件有限,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,會使測量管道內出現氣體、氣泡或液體不能充滿整個管道等現象,這些都會導致儀表顯示出現波動 [3]。
       
      2.5 儀表的零點不穩
             無流量時,顯示的零點不穩定。
             儀表本身原因有 :儀表機械零點沒有校驗 ;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 :
       
             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。導線連接處和儀表表殼密封圈不牢固,會導致發生泄漏,此時工作現場的濕氣、粉塵、水霧就會乘虛入侵至電纜保護層內和儀表接線盒內,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,也會出現零點不穩定的故障。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的電阻大小,兩電極接觸電阻之差應在10% ~ 20% 范圍內,若超出該范圍,就會引起儀表零點不穩。
             ② 空管時,拆下傳感器及相關電纜線后,先擦凈傳感器內表面的水滴,干燥完全后,測量每個電極與接地點電阻,絕緣電阻必須要 >100MΩ。
       
             3)儀表不能和電動機或其他電器設備共用接地點,接地電阻要 <100Ω。周圍有大功率電機、變頻器、電焊機等電器設備時,也會導致原來正常顯示的儀表突然出現零位不穩定的故障,需要移動到其他位置避免干擾。
       
      3 總結
             檢查電磁流量計的故障,原則上是先工藝后儀表。工藝上的復雜多變都會使流量測量出現誤差,因此應該先排除工藝上的問題后,再對流量儀表進行檢查和處理。檢查變送器或轉換器故障時,要先檢查現場儀表及各種附件,例如供電電源、接線、安全柵等,還要檢查法蘭和殼體接地等。流量數值的各種不正常現象,都是先檢查零點,再檢查參數設置、導壓管、安裝位置等。熟悉了檢查順序,再加上不斷地總結歸納,電磁流量計的故障就可以被迅速地排除。
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