1 引言

        化工生產(chǎn)中流量的測量是一項(xiàng)重要的參數(shù)，因此只有流量測量靈敏可靠，才能保證生產(chǎn)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。電磁流量計(jì)便是在化工生產(chǎn)中流量測量過程中經(jīng)常使用的重要儀表，電磁流量計(jì)雖具有著結(jié)構(gòu)簡單、量程范圍極寬、無機(jī)械慣性和反應(yīng)靈敏等優(yōu)良特性，但是目前它還有一些不足之處，以致在使用上受到一定限制。

 

2 工作原理

        電磁流量計(jì)測量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。即當(dāng)導(dǎo)電液體流過電磁流量計(jì)時(shí)，導(dǎo)體液體中會(huì)產(chǎn)生與平均流速V(體積流量)成正比的電壓，其感應(yīng)電壓信號(hào)通過兩個(gè)與液體接觸的電極檢測，通過電纜傳至放大器，然后轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的輸出信號(hào)。基于電磁流量計(jì)的測量原理，要求流動(dòng)的液體具有最低限度的電導(dǎo)率。

 

        電磁流量計(jì)包括變送器和轉(zhuǎn)換器兩個(gè)部分，兩者之間使用連接線相互連接。變送器是基于電磁感應(yīng)定律工作的，如圖1所示，被測介質(zhì)垂直于磁感線方向流動(dòng)，做切割磁感線運(yùn)動(dòng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢E。

       

        式中，B—電磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；

        d—兩電極間距離，cm；

        v—被測介質(zhì)平均流速，m/s；

        轉(zhuǎn)換器是一個(gè)高輸入阻抗，且能抑制各種干擾成分的交流毫伏轉(zhuǎn)換器。

 

3 電磁流量計(jì)的主要特點(diǎn)以及使用的局限性

3.1 主要特點(diǎn)

        (1)電磁流量計(jì)的變送器結(jié)構(gòu)簡單，沒有可動(dòng)部件，也沒有任何阻礙流體流動(dòng)的節(jié)流部件，所以當(dāng)流體通過時(shí)不會(huì)引起任何附加的壓力損失，同時(shí)它不會(huì)引起諸如磨損，堵塞等問題，特別適用于測量帶有固體顆粒的礦漿，污水等液固兩相流體，以及各種粘性較大的漿液等。同樣，由于它結(jié)構(gòu)上無運(yùn)動(dòng)部件，故可通過附上耐腐蝕絕緣襯里和選擇耐腐材料制成電極，起到很好的耐腐蝕性能，使之可用于各種腐蝕性介質(zhì)的測量。

 

        (2)電磁流量計(jì)是—種體積流量測量儀表，在測量過程中，它不受被測介質(zhì)的溫度、粘度、密度以及電導(dǎo)率(在一定范圍內(nèi))的影響。因此，電磁流量計(jì)只需經(jīng)水標(biāo)定以后，就可以用來測量其它導(dǎo)電性液體的流量，而不需要附加其它修正。

        (3)電磁流量計(jì)的量程范圍極寬，同一臺(tái)電磁流量計(jì)的量程比可達(dá)1：100。此外，電磁流量計(jì)只與被測介質(zhì)的平均流速成正比，而與軸對稱分布下的流動(dòng)狀態(tài)(層流或紊流)無關(guān)。

        (4)電磁流量計(jì)無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量瞬時(shí)脈動(dòng)流量，而且線性好。因此，可將測置信號(hào)直接用轉(zhuǎn)換器線性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，可就地指示，也可遠(yuǎn)距離傳送。

 

3.2 使用局限性

        (1)電磁流量計(jì)不能用于測量氣體、蒸氣以及含有大量氣體的液體。

        (2)電磁流量計(jì)目前還不能用來測量電導(dǎo)率很低的液體介質(zhì)，被測液體介質(zhì)的電導(dǎo)率不能低于10－5(S/cm)，相當(dāng)于蒸餾水的電導(dǎo)率．對石油制品或者有機(jī)溶劑等還無能為力。

        (3)由于測量管絕緣襯里材料受溫度的限制，目前工業(yè)電磁流量計(jì)還不能測量高溫高壓流體。

        (4)電磁流量計(jì)受流速分布影響，在軸對稱分布的條件下，流量信號(hào)與平均流速成正比。所以，電磁流量計(jì)前后也必須有一定長度的前后直管段。

        (5)電磁流量計(jì)易受外界電磁干擾的影響。

 

4 電磁流量計(jì)運(yùn)行管理

4.1 安裝工程要點(diǎn)

        電磁流量計(jì)在運(yùn)行中產(chǎn)生的故障一般分兩類。一類為儀表本身故障，即儀表結(jié)構(gòu)件或元器件損壞引得故障；另一類為外界原因引起的故障，如電磁流量計(jì)安裝不妥造成流動(dòng)畸變，沉積和結(jié)垢或環(huán)境條件變化出現(xiàn)新干擾源等。下面就幾種常見故障進(jìn)行分析。

        (1)管道系統(tǒng)和安裝：通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障，常見的有傳感器前直管段不符合要求，當(dāng)上游側(cè)泵或閥的工作狀態(tài)產(chǎn)生變化時(shí)，流體產(chǎn)生擾動(dòng)，影響到傳感器的測量狀態(tài)；將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網(wǎng)高點(diǎn)；流量傳感器后無背壓，液體徑直排入大氣。形成其測量管內(nèi)非滿管；裝在自上向下流的垂直管道上，可能出現(xiàn)排空等原因。

 

        (2)周圍環(huán)境：主要是管道雜散電流干擾，空間電磁波干擾，大電機(jī)磁場干擾等。對管道雜散電流干擾通常采取良好的單獨(dú)接地保護(hù)。如管道有強(qiáng)雜散電流，須采取流量傳感器與管道絕緣的措施。空間電磁波干擾一般經(jīng)信號(hào)電纜引入，通常采用單層或多層屏蔽予以保護(hù)。

        (3)流體方面：如果流體內(nèi)含有大量氣泡，會(huì)使信號(hào)輸出波動(dòng)。若氣泡大到流過電極遮蓋整個(gè)電極表面，使電極信號(hào)回路瞬時(shí)斷開，人輸出信號(hào)將產(chǎn)生更大的波動(dòng)；如果兩種電導(dǎo)率不同的混合液體在未均勻混合前即進(jìn)入流量傳感器進(jìn)行流量測量，輸出信號(hào)亦會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。

 

        (4)管道內(nèi)壁附著層：當(dāng)電磁流量計(jì)測量含懸浮物較高或較臟的流體流量時(shí)，污物容易附著在管道內(nèi)壁，使電極被覆蓋。若附著層電導(dǎo)率與液體電導(dǎo)率相近，儀表還能正常輸出信號(hào)，只是改變流通面積形成測量誤差；若是高電導(dǎo)率附著層，電極間電動(dòng)勢將被短路；若是絕緣性附著層，電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現(xiàn)象均會(huì)使儀表無法工作。

 

        (5)雷電擊：雷電擊在線路中感應(yīng)瞬時(shí)高電壓和浪涌電流。進(jìn)入儀表就會(huì)損壞儀表。雷電擊損壞儀表有三條引入途徑：電源線、傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的流量信號(hào)線和勵(lì)磁線。不過引起故障的感應(yīng)瞬時(shí)高電壓和浪涌電流大部分是從控制室電源線路引入的(控制室其他儀表也常常同時(shí)出現(xiàn)雷擊事故)，因此，設(shè)置控制室儀表電源線防雷設(shè)施是非常重要的。

 

        (6)儀表井進(jìn)水：儀表井進(jìn)水，使接線盒長期授水。造成輸入端子短路，使輸出為零。此時(shí)如能及時(shí)將水排掉，晾干接線端子。去掉銹跡，然后接好端子線。儀表還可恢復(fù)運(yùn)行。如果經(jīng)過嚴(yán)重的長期浸泡，傳感器的勵(lì)磁線圈將有可能被燒壞，儀表就不能修復(fù)。

 

        (7)電氣接線：接線端子松動(dòng)，電纜屏蔽不好，屏蔽線接地，造成儀表顯示不準(zhǔn)。

 

4.2 常見故障解析

        電磁流量計(jì)常見故障現(xiàn)象有：無流量信號(hào)；輸出晃動(dòng)；零點(diǎn)不穩(wěn)；流量測量值與應(yīng)用參比值不符；輸出信號(hào)超滿度值等。下面我們就這些常見的故障現(xiàn)象做出相應(yīng)的處理方法和檢查流程，具體如下所示：

        (1)無流量信號(hào)輸出：A.查電源及連接電纜系統(tǒng)完好性。檢查轉(zhuǎn)換器電源、勵(lì)磁電流熔絲，或置換整個(gè)電源線路板。查連接勵(lì)磁系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)的電纜是否完好，接點(diǎn)是否正確。B.查液體流動(dòng)方向和管內(nèi)流體充滿性。液體流動(dòng)方向必須與傳感器殼體上箭頭方向一致，如果管道內(nèi)流體不滿管，應(yīng)在流量計(jì)下游側(cè)加裝U形彎。C.查傳感器完好性和測量管內(nèi)壁狀況。先檢查各接線端子和勵(lì)磁線圈的完好性。用萬用表測線圈電阻及線圈對地電阻，查線圈是否斷開或匝聞短路，線圈及其端子絕緣是否下降。此類故障通常是由于儀表井進(jìn)水，使電氣接線盒浸水造成的。再查測量電極接觸電阻，以判斷電極狀況。D.查轉(zhuǎn)換器故障。一般采用更換線路板來排除故障。

 

        (2)輸出晃動(dòng)：A.被測流體本身是波動(dòng)或脈動(dòng)的，非流量計(jì)自身的故障。是流量計(jì)上游動(dòng)力源(如水泵)或下游閥門開度改變引起的波動(dòng)。待工藝過程平穩(wěn)后輸出會(huì)穩(wěn)定下來。B.管道未充滿液體或液體中含有氣泡，原因是傳感器下游無背壓或背壓不足。也可能是上游水泵吸人空氣，可在流量計(jì)下游側(cè)加裝U形彎并裝排氣閥。C.外界電磁干擾，干擾源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場。檢查傳感器是否良好的接地，通常接地電阻要小于l0Ω (或100Ω)；將電磁流量傳感器與其管道之間作電氣絕緣隔離；檢查傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的信號(hào)線是否良好屏蔽，電纜是否置于保護(hù)鋼管內(nèi)，移近轉(zhuǎn)換器與傳感器之間的距離，縮短連接電纜長度；排除強(qiáng)干擾源。

 

        (3)零點(diǎn)不穩(wěn)定：A.管道未充滿液體或液體中含有氣泡。B.主觀上認(rèn)為管系液體無流動(dòng)而實(shí)際上存在微小流動(dòng)；其實(shí)不是電磁流量計(jì)故障，而是如實(shí)反映流動(dòng)狀況的誤解。C.受雜散電流等外界干擾傳感器接地不完善。D.液體電導(dǎo)率變化或不均勻，在靜止時(shí)會(huì)使零點(diǎn)變動(dòng)。因此，流量計(jì)位置應(yīng)遠(yuǎn)離注入藥液點(diǎn)或管道化學(xué)反應(yīng)段下游；若液體內(nèi)雜質(zhì)沉積測量管內(nèi)壁，測量電極被覆蓋，也可能造成零點(diǎn)變動(dòng)。E.檢查信號(hào)線絕緣情況。先檢查信號(hào)電纜，再檢查接線端子，然后再檢查電極的絕緣電阻。當(dāng)管內(nèi)充滿液體時(shí)，用萬用表分別測量每一電極與接地點(diǎn)之間的電阻。兩電極對地電阻之差應(yīng)在10％～20％之間。放空測量管，電極與地同的阻值必須在100MΩ以上。

 

        (4)流量測量值與應(yīng)用參比值不符：A.轉(zhuǎn)換器設(shè)定值不正確。調(diào)出儀表菜單，檢查儀表常數(shù)、管道口徑和計(jì)量單位等設(shè)定值，調(diào)整轉(zhuǎn)換器零點(diǎn)和量程。B.查管道充液狀況和是否含有氣泡。C.未處理好信號(hào)電纜或使用過程中電纜絕緣下降。D.傳感器上游流動(dòng)狀況不符合要求，直管段長度不夠。E.傳感器極問電阻變化或電極絕緣下降。F.所測量管系存在未納入考核的流入/流出值。

 

        (5)輸出信號(hào)超滿刻度值：A.確認(rèn)故障位置。將轉(zhuǎn)換器兩信號(hào)輸入端子和功能地端子短路。觀察轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)是否到零。若能到零，則故障不在轉(zhuǎn)換器；若不能到零，則轉(zhuǎn)換器錯(cuò)誤。B.傳感器或連接電纜故障。電極間無液體連通，電纜斷開或接線錯(cuò)誤都會(huì)造成信號(hào)回路斷開，使輸出超滿度。C.轉(zhuǎn)換器方面。檢查轉(zhuǎn)換器儀表常數(shù)和各參數(shù)是否符合，核對與傳感器是否配套，試換備用線路板檢查各單元線路故障。

 

5 結(jié)束語

        電磁流量計(jì)在化工生產(chǎn)使用的過程當(dāng)中，會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)各種故障現(xiàn)象，但只要我們了解該儀表的工作原理，并能夠深入學(xué)習(xí)和努力分析，就一定能夠很好地加以排除解決，保證儀表的指示準(zhǔn)確而靈敏，從而為生產(chǎn)長周期打下基礎(chǔ)。