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电磁流量计

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日常中电磁流量计经常发生的各种故障现象和原因及解决方案

来源:作者:发表时间:2020-09-07 12:00:56

 摘 要 :本文分析了电磁流量计的特点和工作原理,介绍了其在日常工作中经常发生的各种故障现象,并详细介绍了故障出现的原因,从仪表和工艺两个方面分别给出了故障判别方法和解决故障的方案。了解电磁流量计的故障解决方案,对其他流量计的故障诊断也有一定的借鉴意义。

 
0 引言
       电磁流量计从 20 世纪 50 年代开始进入工业应用阶段,至今已有 70 多年的历史。目前在全世界范围内已得到广泛而普遍的应用,特别是在储存交接贸易总量计量和过程控制流量测量中被广泛采用,应用领域包括 :水 / 污水、医药、化工、造纸、食品等各个行业。根据管道的直径分类,大口径的电磁流量计多应用在给排水领域,中小口径的电磁流量计大多数用于固液双相流体等难以测量的流体或更高要求的场合,小口径和微小口径的电磁流量计主要用在医药工业、食品工业、生物工程等有对卫生要求严格的场所。由于电磁流量计的性能优越,当前电磁流量计使用台数在流量仪表诸品种中稳居第三位,并一直以较高的增长率持续增长 [1]。
 
电磁流量计的功能十分强大,操作也很简单,其优点有 :
      ◇ 测量管内无任何阻碍流体流动的部件,无压力损耗,对直管段要求很低。
      ◇ 测量时不会受流体的黏度、密度、温度、压力和电导率等变化的干扰。
      ◇ 管道的衬里有 PFA、PTFE、聚氨酯、硬橡胶等多种材质可供选用。
      ◇ 电磁流量计的变送器部件可以提供直流和交流两种模式供电,接线方式有二线制和四线制,非防爆型和防爆型,标准型和经济型等多种规格能满足用户的不同需求。
      ◇ 可靠性高,重复性好,每 5 年维护一次,其量程比可达 1000:1。
 
1 电磁流量计的工作原理
      电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律来进行流量测量的,它可以测量具有一定电导率的流体,例如脏污液体、粘性液体、带微粒、导电的腐蚀性液体和磨损悬浮液等流体的体积流量。电磁流量计由电磁流量传感器和电磁流量转换器两个部分组成,其工作原理类似变压器工作原理,即由电源向励磁线圈供电,形成励磁电流,而励磁电流经过线圈后产生感应磁场,导电的介质通过该磁场切割磁力线,在与磁场和流体的流动方向垂直的方向上形成感应电动势,在电极之间产生了和流体的流动速度成正比的电位差信号。在此过程中被测流体的流量经过电磁流量传感器转换成了感应电动势,接着由电磁流量转换器把感应电动势转换成国际统一的 4mA DC ~ 20mA DC 标准电流信号输出,方便进行控制和显示。
 
2 电磁流量计的故障判断及处理
      电磁流量计尽管按组成的环节不同可以分为 :分体式电磁流量计和一体型电磁流量计两种结构,但是两种结构形式的流量计故障现象和检修方法大致相同。电磁流量计通讯的电压信号一般为 2.5mV ~ 8mV,如果流量较小时甚至可能只有几微伏。工作人员在检查电磁流量计的故障时,应该先检查其显示仪是否正常显示,按照显示仪表→电磁流量转换器→电磁流量传感器→测量管道的顺序进行排查。如果是大口径的电磁流量计,更换时工程量大,涉及面也广,故需要反复检查,根据每项检查的结果来确定电磁流量计是否需要卸下更换或维修。
 
2.1 仪表没有流量数值显示
电磁流量计显示屏无流量信号输出。仪表本身原因可能有 :电源与导线连接发生问题 ;传感器或转换器的内部元件有机械损坏。
 
工艺原因有 :工艺管道内的流体改变了流动状态,内壁附着层有毛刺或凸出物等。可按如下方法进行检修 :
1)仔细观察仪表表盘显示的故障报警代码,对照说明书中的故障报警代码介绍,检修故障。如果没有故障报警,则依次检查仪表电源是否正常,是否闭合了仪表开关,仪表内的保险丝是否烧毁,要判断故障位置可选用万用表的电压档测量各部位的电压。
2)如果电磁流量计供电没问题,则检测导线的连接,观测信号电缆与励磁电缆之间的连接线是否松开。若松开,需要用螺丝刀拧紧螺钉 ;如果接线端子腐蚀或氧化,要重新更换接线端子。
3)用万用表检查端子或励磁线圈的电阻、绝缘电阻是否正常或下降,线圈是否断路、短路。用万用表测线圈端子之间的电阻值,若电阻正常则在 80Ω ~ 1500Ω 之间,不同品牌的阻值略有不同。传感器电缆和端子盒的密封垫片磨损、内部进水或受潮都会导致励磁线圈的回路绝缘电阻小于 100MΩ,可用吹风机吹扫烘干。受潮的励磁线圈如果可以拆卸,可将其卸下后,放进烘箱调至低温档烘干。
 
4)安装或更换传感器时,应使流体流动方向和传感器标注的箭头一致,根据工艺要求决定传感器管道内是否需要充满流体。
5)如果污物附着在传感器的衬里层,会使其绝缘电阻下降。如果条件允许,可用小型手电筒照射拆开后的传感器内部,观察是否有污物。若现场条件不允许拆卸时,可以用数字万用表测量电极接触电阻和其极化电压的数值,从而间接地判断出衬里层是否有污物。
 
2.1.1 电极的接触电阻的测量
测量电极的接触电阻,实质上是由测得电极与地之间的电阻,间接判断出电极与衬里层之间有无污物,给工作人员判断仪表的故障原因提供数值依据 [2]。若两电极的接触电阻差值增大,可能是其中一只电极的绝缘性能变差 ;若某电极对地电阻增加,可能是绝缘层覆盖在该电极表面了 ;若某电极对地电阻变小,可能是有导电的堆积物附着在该电极表面或衬里层。测量电极接触电阻时,应断开传感器的连接,并在流体充满管道时进行测量。要用同型号、同量程的数字万用表,如 ×100 档,红色表笔应该接金属管道或接地,黑色表笔接在电极上 ;测量时,表笔接触端子后,应该立刻读取万用表上显示的**大值,没必要多次测量,以免因为极化现象产生更大的测量误差。
 
2.1.2 电极极化电压的测量
将数字万用表打到直流电压的 2V 档位,测量两个电极与地之间的极化电压,极化电压一般在几毫伏之间。如果两次测量数值基本一致,则说明没有层积物覆盖在电极上或者未被污染 ;若两次测量数值不一致,则说明有层积物覆盖在电极上或者电极已被污染。
 
转换器上没有流量数值信号显示,应先检查转换器和传感器的连接有无故障。如果传感器正常,怀疑转换器发生故障时,可用正常的线路板替换检查判断。
 
2.2 仪表示值为**大值
出现这种故障,可能原因有仪表本身原因和工艺上的原因。
仪表本身的原因有 :接线错误、连接导线故障、信号回路开路等 ;传感器与转换器匹配错误 ;参数设置错误。
工艺原因有 :设备的管道内无流体。
 
可用以下方法检测 :
       1)采取对分检查法,即将被检测的部分在中点进行分割,对此点前后两部分分别进行检查,例如对转换器前后进行分割检查,从而缩小故障检查范围。
       2)对电磁流量传感器的输出信号线 3 个端子短接,流量显示为零,说明信号线正常。若流量显示仍为**大值,需要继续保持 3 个端子短接,测量转换器 3 个连接端子的电阻大小,从而判断信号电缆是否正常。
       3)若信号电缆正常工作,再进行其他检查。测得两电极的电阻值很大(数字万用表)或者无穷大(指针万用表),可能原因是液体没有将传感器的电极浸泡,例如一只电极或两只电极没有接触到液体。
 
2.3 仪表示值偏低或偏高
       原因可能是 :校准设定电磁流量计的机械零点时,校准错误,没有注意工艺和现场的各种要求,导致传感器的安装位置不对 ;安装传感器的前、后直管段长度不当 ;流体没有充满整个管道或有大量气泡存在 ;电极阻值、电极的绝缘电阻等发生改变 ;在设定转换器参数时,设置错误。
       工艺原因有 :管道内部的流体流动状况不符合测量要求。
 
可按以下方法检查和处理 :
       1)通过对比仪表测量的历史数据和其他种类的流量计测量结果,再依据整个工艺的物料守恒来大致估算,确保工艺上的数据与仪表测量的数据大致相同,这样可以给工作人员判断和处理故障带来方便。 
       2)电磁流量计如果出现测量数据不正确,应该首先检查其传感器和转换器是否匹配,确定其直径、测量范围、单位等是否设置正确。可通过输入模拟信号给转换器,检查其零点及**大值。
       3)检查导线与接线端口的连接是否松动,导线和电磁屏蔽的接零接地是否满足工艺条件。用万用表测量电极绝缘电阻,测量时传感器要求断电。首先拆下传感器,排空管道内的液体,擦干衬里内部,再用万用表分别测量 2 支电极与法兰的电阻值。若测量电极的绝缘电阻 >100MΩ 则是正常 ;若阻值 <100MΩ,说明电阻受潮,需要用电吹风机调到热风档对电极进行烘干,使其阻值变大。
       4)传感器受工艺介质的干扰**大,允许拆卸传感器时,需要对其内壁吹扫和清理,认真检查其内壁是否有毛刺、凸起和杂物,它们都会导致电极绝缘电阻降低,使测量数值发生偏差。
 
2.4 仪表显示值波动
       电磁流量计电压信号很小,在 2.5mV ~ 8mV 之间,流量小时可能只有几微伏左右,故容易受外界静电、电磁波、磁场等干扰的影响。
       仪表自身的原因有 :接线端口与导线老化,电路板锈蚀致使接触不良,电子元件脱焊、虚焊等。工作人员在安装传感器时不细致,挡住流体通道截面产生了涡流现象。
       工艺原因有 :往复式压缩泵的出口流量出现脉动特性。设计和安装不正确也会导致传感器示值波动明显,可按如下方法进行检查和处理 :
       1)克服电磁干扰**有效的措施就是良好的接地,传感器接地阻值要 <100Ω。管道上如果出现了杂散电流,也会影响传感器的正常显示,可采取增设新的接地点来消除,位置要求在原接地外侧几米处。信号线一定要用匹配对应的电缆,尽量减少传感器与转换器的传输距离,这样可以减小静电和电磁波对仪表数值产生的干扰。若波动故障一直存在,可以尝试将分体式仪表变更为一体式。
       2)仪表的电气线路接触不良会导致显示时而正常时而波动,可采取拨动或摇动电缆,轻敲转换器的外壳等手段检查转换器的接线和接线端子是否牢固,进一步观察仪表显示的示数是否变化。
       3)第 2)步中的各项检查若正常,需要到现场继续检查传感器、线路的连接状态,插座是否腐蚀。如果传感器接线盒内部受潮或激磁线圈的绝缘电阻明显下降,可用电吹风机吹干水份。
       4)脉动的流体如往复泵输送的液体,会导致显示数值上下波动,可以通过将传感器的安装位置远离脉动源,利用管道自身阻力减弱脉动流体干扰。若管道因为条件有限,长度不够长,须在传感器前加装滤波器或缓冲器来削弱脉动。传感器的安装位置不当,会使测量管道内出现气体、气泡或液体不能充满整个管道等现象,这些都会导致仪表显示出现波动 [3]。
 
2.5 仪表的零点不稳
       无流量时,显示的零点不稳定。
       仪表本身原因有 :仪表机械零点没有校验 ;仪表绝缘电阻改变 ;传感器没有很好地接地,受到外界电磁干扰等。
工艺原因有 :管道内的流体中含有小气泡或者没有充满整个管道。可采用如下方法检验 :
 
       1)接线端子绝缘电阻、信号电缆或电极绝缘电阻变小都会使信号测量回路的电阻下降。导线连接处和仪表表壳密封圈不牢固,会导致发生泄漏,此时工作现场的湿气、粉尘、水雾就会乘虚入侵至电缆保护层内和仪表接线盒内,使其绝缘电阻下降。
       2)被堆积物覆盖的和已污染了的传感器电极,也会出现零点不稳定的故障。检查前,必须在流体充满整个管道时,测量电极的接触电阻,然后在排净流体,再次测量其电阻。
 
绝缘电阻的测量参数要求如下 :
       ① 满管时,先拆下信号电缆线,用万用表电阻档测量电极与接地点的电阻大小,两电极接触电阻之差应在10% ~ 20% 范围内,若超出该范围,就会引起仪表零点不稳。
       ② 空管时,拆下传感器及相关电缆线后,先擦净传感器内表面的水滴,干燥完全后,测量每个电极与接地点电阻,绝缘电阻必须要 >100MΩ。
 
       3)仪表不能和电动机或其他电器设备共用接地点,接地电阻要 <100Ω。周围有大功率电机、变频器、电焊机等电器设备时,也会导致原来正常显示的仪表突然出现零位不稳定的故障,需要移动到其他位置避免干扰。
 
3 总结
       检查电磁流量计的故障,原则上是先工艺后仪表。工艺上的复杂多变都会使流量测量出现误差,因此应该先排除工艺上的问题后,再对流量仪表进行检查和处理。检查变送器或转换器故障时,要先检查现场仪表及各种附件,例如供电电源、接线、安全栅等,还要检查法兰和壳体接地等。流量数值的各种不正常现象,都是先检查零点,再检查参数设置、导压管、安装位置等。熟悉了检查顺序,再加上不断地总结归纳,电磁流量计的故障就可以被迅速地排除。