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1、山西电子技术2 0 0 9 年第6 期应用实践文章编号：1 6 7 4-4 5 7 8(2 0 0 9)0 6-0 0 2 3 0 2电磁流量计的使用及常见故障分析陈毅宏，李日清(太原钢铁(集团)有限公司，山西太原0 3 0 0 0 3)摘要：阐述了电磁流量计的组成及工作原理。具体分析了电磁流量计在使用过程中常见的故障现象及原因，并提出了相应的措施。关键词：电磁流量计；传感器 转换器；故障中图分类号：T P 2 1 6文献标识码：A O 引言在供水系统中不论是从管理工序为目的，还是从经济利益为出发点，对各个工艺过程的流量检测是一个重要的测量手段。因此，流量仪表必须具备及时稳定、准确可靠的特性鉴
2、于此，我们常使用电磁流量计来进行水量测量。l 电磁流量计的组成电磁流量计由电磁流量传感器和电磁流量转换器组成，并连接显示、记录、积算、调节仪表或计算机网络，构成流量的测量系统。圈I 电磁流计的组成电磁流量传感器安装在流体传输工艺管道上用来将导电液体的流速(流量)线性地变换成感应电势信号。电磁流量转换器向传感器提供工作磁场的励磁电流并接受感应电势信号，将流速(流量)信号进行放大、处理并转换为统一的、标准的电流信号以及其他通讯信号供指示仪表、记录仪表、调节仪表和计算机网络实现对流量的远距离指示、记录、积算、控制与调节2 电磁流量传感器的工作原理电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律的原理制造的。圈2
3、电磁流量计原理圈我们把在管道内流动的导电液体流动看成导体的运动。当管道置于磁场内，在与磁场方向、管道的中心轴、管道的直径三者互相垂直的管道位置，装两个与液体相接触的电极(如图2)，管道的直径磁通方向B 可以看成导体的长度，当液体在管道内流动时。就可以看成导体在磁场内做切割磁力线运动。这时，两电极问就产生出感应电动势来。根据法拉第电磁感应定律，当磁场强度B 一定时，测得的感应电动势E 的大小与管道内流体的流速y 成正比。即E=B D y收稿日期：2 0 0 9 一0 9 2 7作者简介：陈教宏(1 9 6 3-)。男，山西太原人，工程师，本科而对于流过一定管径的流体而育，其瞬时体积流量为：Q=x
4、 4 鲁D 2*y板雨得出：Q _-曩以*D*E 徊即当磁场强度B 一定时，流过直径为D 的管道内的流体体积流量与电极两端所测得的电动势E 的大小成正比。3电磁流量计的故障分析电磁流量计在运行中产生的故障一般分两类。一类为仪表本身故障，即仪表结构件或元器件损坏引得故障；另一类为外界原因引起的故障，如安装不妥造成流动畸变，沉积和结垢或环境条件变化出现新干扰源等。下面就几种常见故障进行分析。3。1 管道系统和安装通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障常见的有传感器前直管段不符合要求，当上游侧泵或阀的工作状态产生变化时，流体产生扰动，影响到传感器的测量状态；将流量传感器安装在易积聚潴留气体的管
5、网高点；流量传感器后无背压液体径直排人大气。形成其测量管内非满管；装在自上向下流的垂直管道上，可能出现排空等原因。3 2 周围环境主要是管道杂散电流干扰，空间电磁波干扰大电机磁场干扰等。对管道杂散电流干扰通常采取良好的单独接地保护。如管道有强杂散电流，须采取流量传感器与管道绝缘的措施。空间电磁波干扰一般经信号电缆引入，通常采用单层或多层屏蔽予以保护。3 3 流体方面如果流体内含有大量气泡，会使信号输出波动。若气泡大到流过电极遮盖整个电极表面使电极信号回路瞬时断开输出信号将产生更大的波动；如果两种电导率不同的混合液体在未均匀混合前即进入流量传感器进行流量测量，输出信号亦会产生波动。3 4 管道内
6、壁附着层当电磁流量计测量含悬浮物较高或较脏的流体流量时，污物容易附着在管道内壁，使电极被覆盖。若附着层电导率与液体电导率相近，仪表还能正常输出信号，只是改变流通面积形成测量误差；若是高电导率附着层电极间电动势将被短路；若是绝缘性附着层电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作。万方数据2 4山西电子技术2 0 0 9 年3 5 霄电击雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流。进入仪表就会损坏仪表。雷电击损坏仪表有三条引入途径：电源线、传感器与转换器之间的流量信号线和励磁线。不过引起故障的感应瞬时高电压和浪涌电流大部分是从控制室电源线路引入的(控制室其他仪表也常常同时出现雷击事故)
7、，因此，设置控制室仪表电源线防雷设施是非常重要的。3 6 仪表井进水仪表并进水，使接线盒长期授水。造成输入端子短路使输出为零。此时如能及时将水排掉，晾干接线端子。去掉锈迹然后接好端子线。仪表还可恢复运行。如果经过严重的长期浸泡，传感器的励磁线圈将有可能被烧坏，仪表就不能修复。3 7 接线接线端子松动，电缆屏蔽不好，屏蔽线接地造成仪表显示不准。4电磁流量计的故障现象与检查电磁流量计常见故障现象有：无流量信号；输出晃动；零点不稳；流量测量值与应用参比值不符；输出信号超满度值等。4 1 无流量信号输出(1)查电源及连接电缆系统完好性。检查转换器电源、励磁电流熔丝，或置换整个电源线路板。查连接励磁系统
8、和信号系统的电缆是否完好，接点是否正确。(2)查液体流动方向和管内流体充满性。液体流动方向必须与传感器壳体上箭头方向一致，如果管道内流体不满管，应在流量计下游侧加装U 形弯。(3)查传感器完好性和测量管内壁状况。先检查各接线端子和励磁线圈的完好性。用万用表测线圈电阻及线圈对地电阻查线圈是否断开或匝闻短路，线圈及其端子绝缘是否下降。此类故障通常是由于仪表井进水使电气接线盒浸水造成的。再查测量电极接触电阻，以判断电极状况。(4)查转换器故障。一般采用更换线路板来排除故障。4 2 输出晃动(1)被测流体本身是波动或脉动的，非流量计自身的故障。是流量计上游动力源(如水泵)或下游阀门开度改变引起的波动。
9、待工艺过程平稳后输出会稳定下来。(2)管道未充满液体或液体中含有气泡原因是传感器下游无背压或背压不足。也可能是上游水泵吸人空气，可在流量计下游侧加装U 形弯并装排气阀。(3)外界电磁干扰，干扰源主要有管道杂散电流、静电、电磁波和磁场。检查传感器是否良好的接地，通常接地电阻要小于l oQ(或1 0 0Q)；将电磁流量传感器与其管道之间作电气绝缘隔离；检查传感器与转换器之间的信号线是否良好屏蔽电缆是否置于保护钢管内，移近转换器与传感器之间的距离，缩短连接电缆长度；排除强干扰源。4 3 零点不稳定(1)管道未充满液体或液体中含有气泡。(2)主观上认为管系液体无流动而实际上存在微小流动；其实不是电磁流
10、量计故障，而是如实反映流动状况的误解。(3)受杂散电流等外界干扰传感器接地不完善。(4)液体电导率变化或不均匀，在静止时会使零点变动。因此，流量计位置应远离注入药液点或管道化学反应段下游；若液体内杂质沉积测量管内壁测量电极被覆盖，也可能造成零点变动。(5)检查信号线绝缘情况。先检查信号电缆再检查接线端子，然后再检查电极的绝缘电阻。当管内充满液体时，用万用表分别测量每一电极与接地点之间的电阻。两电极对地电阻之差应在1 0 2 0 之问。放空测量管，电极与地同的阻值必须在1 0 0M Q 以上。4 4 流量测量值与应用参比值不符(1)转换器设定值不正确。调出仪表菜单，检查仪表常数、管道口径和计量单
11、位等设定值，调整转换器零点和量程。(2)查管道充液状况和是否含有气泡。(3)未处理好信号电缆或使用过程中电缆绝缘下降。(4)传感器上游流动状况不符合要求，直管段长度不够。(5)传感器极问电阻变化或电极绝缘下降。(6)所测量管系存在未纳入考核的流入流出值。4 5 输出信号超满度值(I)确认故障位置。将转换器两信号输入端子和功能地端子短路观察转换器输出信号是否到零。若能到零，则故障不在转换器；若不能到零，则转换器错误。(2)传感器或连接电缆故障。电极间无液体连通，电缆断开或接线错误都会造成信号回路断开，使输出超满度。(3)转换器方面。检查转换器仪表常数和各参数是否符合，核对与传感器是否配套。试换备
12、用线路板检查各单元线路故障。5结束语随着工业技术的不断进步电磁流量计的生产工艺日趋成熟，仪表的防护等级越来越高，仪表的使用性能更加可靠，所以，从目前情况来看电磁流量计本身一般不发生故障。因此。如果我们掌握了以上所述电磁流量计的各种类型的故障现象及其原因，在安装和使用时严格按标准进行，就可以很轻松地对电磁流量计进行使用和维护了。参考文献 1 王绍纯自动检测技术 M 第2 版北京：冶金工业出版社1 9 9 5 2 3粱国伟蔡武昌流量测量技术及仪表 M 北京：机械工业出版社2 0 0 2 6 3 3 蔡武昌电磁流量计 M 北京：中国石化出版社。2 0 0 4 3 T h eU s i n go fE
13、 l e c t r o m a g n e t i cF l o wM e t e ra n dt h eA n a l y s i so nI t sC o m m o nM a I f u n c t i o nC h e nY i-h o n g。L iR i-q i n g(T a i y a u nI r o n&S t e e l(G r o u 口)C o，L t d，T a i y u a nS h a n x i0 3 0 0 0 3，C h i n a)A b s t r a c t：T h et h e s i sd e s c r i b e st h ec o m
14、p O n e n t so fe l e c t r o m a g n e t i cf l o wm e t e ra n di t so p e r a t i o np r i n c i p l e；a n a l y z e st h ec o m。m o nm a l f u n c t i o n sa n dc a u s e si nt h eo p e r a t i n gp r o c e s so fi t，a n dp u t sf o r w a r dc o r r e s p o n d i n gs o l u t i o n s K e yw o r
15、d s：e l e c t r o m a g n e t i cf l o wm e t e r；t r a n s d u c e r；t r a n s f o r m e r；m a l f u n c t i o n万方数据电磁流量计的使用及常见故障分析电磁流量计的使用及常见故障分析作者：陈毅宏，李日清作者单位：太原钢铁,集团,有限公司,山西,太原,030003刊名：山西电子技术英文刊名：SHANXI ELECTRONIC TECHNOLOGY年，卷(期)：2009，(6)引用次数：0次 参考文献(3条)参考文献(3条)1.王绍纯.自动检测技术M.第2版.北京:冶金工业出版社,199
16、5.2.梁国伟,蔡武昌.流量测量技术及仪表M.北京:机械工业出版社,2002.6.3.蔡武昌.电磁流量计M.北京:中国石化出版社,2004.3.相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 余行良.程留恩 一种新型电磁流量计传感器-自动化博览2002,19(2)一种新型电磁流量计传感器,采用了诸多创新性的技术,使其能满足更多的市场需求.2.学位论文 沈丹平 多电极插入式电磁流量计的研究 2009 传统的单电极插入式电磁流量计由于自身传感器会对流体流速分布产生影响，因此其测量精度一直无法提高。本文在回顾国内外关于插入式电磁流量计的研究概况的基础上，针对插入式电磁流量计传感器对流场分布产生的影
17、响，及传感器两侧的绕流现象，提出并研究了能对受影响流场进行测量分析的一种多电极插入式电磁流量计的传感器组成结构，并实现了能对该方案进行验证测试的多电极插入式电磁流量计实验系统。电磁流量计一般根据电极处的流速推算出整个管道的平均流速。由于传感器的插入，插入式电磁流量计的流场比非插入式电磁流量计复杂得多，论文运用流体力学原理对插入式电磁流量计的流场进行了分析，并通过CFD仿真软件观察到了传感器两侧的绕流现象。论文对国内外现有的插入式电磁流量计传感器进行了分析研究，提出了由传统底端电极和新的侧面电极组成的可测量多点流速的传感器结构，以获得更多的流场信息。论文根据多电极入式电磁流量计的励磁系统以及信号
18、处理系统的特点，以Cygnal公司的混合信号片上系统芯片C8051F020为中心构建了具有多条信号处理通道的硬件系统，以满足多电极多通道信号处理要求，同时还设计了能与上位机进行数据通信的通信模块，为今后的研究搭建了一个实验平台。论文详细介绍了整个系统的软硬件设计。最后，通过实验证实了多电极传感器新增电极上信号的大小与流速呈线性关系，能真实反映流速的变化情况；验证了多电极传感器对流场分布和绕流信号的可测性，为最终降低流场分布对传感器测量的影响，以及提高插入式电磁流量计的精度提供了依据。3.期刊论文 徐立军.王亚.乔旭彤.徐苓安 多对电极电磁流量计传感器电极阵列设计-仪器仪表学报2003,24(4
19、)在多对电极电磁流量计系统中,传感器电极阵列的设计影响到整个流量计系统的测量精度.为了得到更高的测量精度,在介绍了多电极电磁流量计基本原理的基础上,用有限差分法求解了电磁流量计的基本方程,并采用弦端压差测量方法研究了不同的电极数目和电极尺寸对平均流速估计的影响,以及这两方面及其他物理条件如管道直径、后继转换电路阻抗匹配在电极阵列优化设计中的相互制约关系.为多电极电磁流量计的电极阵列设计提供了具体而明确的设计准则.4.学位论文 许翔 电磁流量计干标定装置“POTOK”的应用研究 2007 电磁流量计是一种被广泛应用的流体流量检测仪表。电磁流量计的标定通常有两种方法：湿标定和干标定。现阶段，电磁流
20、量计湿标定方法因其标定原理简单、精确度高而被广泛应用；相反，电磁流量计干标定方法相关理论尚欠成熟，不少研究成果还达不到工业应用的要求。不过电磁流量计干标定具有许多湿标定无法比拟的优势，拥有光明的应用前景，因此国际上许多科研工作者和电磁流量计生产厂家都对这项技术尤为关注。俄罗斯电磁流量计干标定技术基础理论相对完善，并且已经在俄罗斯国内实现了工业化应用，应用效果良好。浙江大学流体传动与控制国家重点实验室和俄罗斯联邦国家统一企业国家热工仪表科学研究院展开技术合作，从俄罗斯引入了一套电磁流量计干标定POTOK装置。本课题以中俄合作项目为背景，主要完成对POTOK装置的技术吸收工作，并配合俄方对POTO
21、K装置进行改进，使得POTOK装置引入中国后，能够适合我国电磁流量计行业的干标定需要。根据课题的内容和特点，本论文分以下五个章节来阐述课题的相关内容。论文第一章介绍了电磁流量计和电磁流量计标定的一些基本情况，概述了电磁流量计干标定技术的国内外研究状况，着重介绍了俄罗斯电磁流量计干标定技术，最后阐述了本课题的研究目的和研究内容。论文第二章首先介绍了俄罗斯电磁流量计干标定装置POTOK的组成和特点，接下来重点对POTOK装置干标定电磁流量转换器和传感器的原理和技术进行了剖析。论文第三章具体介绍了电磁流量计干湿对比试验。首先介绍了干湿对比试验的意义和试验样本的选择方法，接下来分两部分具体阐述干湿对比
22、试验的内容：电磁流量计湿标定试验和电磁流量计干标定试验。论文第四章进行POTOK装置验收试验，对俄罗斯电磁流量计干标定技术在我国电磁流量计产品中的应用效果进行检验，并在试验结束后给出了相应的试验结果。论文第五章总结了课题研究中的几个关键技术，同时也列举了研究发现的POTOK装置在实际应用中的一些不足，最后对我国电磁流量计干标定技术的研究前景进行了展望。5.会议论文 何玉国 电磁流量计使用中的几个问题 2007 简单介绍电磁流量计使用中的维护,通过几个例子中的一些常见的故障现象,说明传感器接地的重要性和信号线不正常带来的问题。6.期刊论文 杨建国.张宁.郭浏.Yang Jianguo.Zhang
23、 Ning.Guo Liu 电磁流量计的选型及应用-河南冶金2006,14(4)阐述了按照被测量介质的性质和使用环境,如何正确选择电磁流量计的口径、衬里材料、电极材料、电极形式等,并提出了电磁流量计的正确安装方法,以保证在流量监测中体现电磁流量计的优异特性.7.学位论文 曹金亮 多参数电磁流量计及其实现技术的研究 2007 电磁流量计是一种利用电磁感应原理进行测量的仪表。作为一种常用的测量导电介质体积流量的计量仪表，从1832年英国科学家法拉地最早提出到现在已经发展了一百多年，经历了多个发展阶段。二十世纪70、80年代电磁流量计在信号处理技术方面取得了重大进展，新的适应不同测量条件的种类被不断
24、的开发出来。由于它本身具有测量精度高、量程比宽、管道压力损失小等特点，使它成为应用广泛的一类流量计，在流量仪表中的占有率不断上升，在工农业生产中发挥着重要作用。电磁流量计原理上的优点是：当导电性流体在磁场B下流动时，测量电极间的流体感应电势E通过仪表系数K与流体平均流速V具有对应关系。在与磁场强度、管道直径和信号放大器输入阻抗参数相关的仪表系数K不变的假设条件下，具有可由感应电势值直接度量流量值的特点。近几十年来在满足上述假设条件的应用领域中，电磁流量计已成为最典型的流量仪表。尽管电磁流量计在水计量方面一直是一种首选仪表，但随着环保和给排水等领域流量计量方式的日益增加，不满足上述假设条件的应用
25、需求不断出现。如在给排水、水利、污水排放监测等领域对非满管状态的流量检测需求日益增加。而流体的非满管流动使电磁流量计的仪表系数K成为一个变化值，非满管状态的流量检测需要对流速和液位等多参数进行准确测量。近年来，研究具有多参数测量能力的电磁流量计成为了流量检测领域的研究热点之一。在研究电磁流量计传感器技术中，可以注意到这样一个重要特点：在仪表的流速信号变送环节中，两个接触流体的测量电极与信号放大处理器组成了一个特有的流体内电势测量回路。论文希望利用这个特点，研究建立附加的测量关系和原理，从而解决对仪表系数K变化状态的检测方法与技术。实现具有多参数测量能力的电磁流量计。本论文的整个工作直接利用了电
26、磁流量计的测量电极与导电流体直接接触的特点，提出了基于附加激励的参数测量原理，通过在流体内电势测量回路中引入新的激励来建立新的测量方程，展开对多参数电磁流量计的实现方法和技术的研究。为了全面研究应用附加激励原理来实现多参数测量，论文分别对被动附加激励和主动附加激励两种附加激励模式进行了多参数测量方法的研究。在理论方面，论文研究了电磁流量计电极测量回路的基本信号传输模型，推导了附加激励条件下利用电极测量回路对流体电导进行测量的基本测量方程。在此基础上，论文对两种类型的激励源的来源、特点及作用于电极回路进行测量的模型进行了进一步的研究：(1)建立并推导了两种不同被动附加激励条件下进行电导测量的基本
27、方程，并通过理论分析和试验证明，利用这两种被动附加激励信号可以用来实现电磁流量计的空管检测，据此，论文分别研究了利用这两种被动附加激励信号进行空管检测的数据处理方法及空管检测的判据。(2)根据电极测量回路的特点，研究利用主动附加激励作用于电极进行电导测量的方法和实现技术，建立了主动附加激励条件下的电导测量模型，并推导了测量方程。设计了并给出了利用主动附加激励实现电导测量的工作时序及数据处理方法。利用电导与其它状态参数的关系，实现了电导率测量、空管检测、非满管流量测量，为实现多参数功能的电磁流量计提供理论支撑和实现手段。为实现电磁流量计的多参数测量提供了必要的测量条件。作为多参数测量的一种重要应
28、用，非满管流量测量需要同时测量流量信号的大小和管道内流体的液位，并进行多参数测量的综合处理。论文在分析总结非满管流动的相关水力学理论的基础上，进行利用长弧形大电极的结构的传感器实现非满管电磁流量计的研究。利用附加激励测量电导的研究成果，研究了非满管流动状态时用电极测量的流体电导与液位之间的模型和测量关系，据此设计了一种非满管电磁流量计，给出了相应的测量时序关系和数据处理方法。在本文的研究成果的基础上，设计了一种主动附加激励的模块并完成了多参数非满管电磁流量计样机和能够进行非满管流量测量的试验平台，进行了以下验证试验：(1)用传统的双点电极传感器，利用主动附加激励测量方法，进行测量流体电导率的试
29、验和空管检测的试验；(2)利用设计的大电极传感器，与标准的电磁流量计进行了满管流量测量的对比试验；(3)利用设计的大电极传感器进行了非满管流量测量的试验。相关试验证明了本文研究的实用性及方法的可行性。从而在理论和技术上实现了用电磁流量计进行多参数测量。论文最后提出了有待于进一步解决的问题。论文制作的多参数电磁流量计样机参加了2006年11月上海举办的“中国国际工业博览会”的创新成果区的演示和展出。样机的参数测量指标达到了当前国际同类产品的水平，受到业内人士的关注。8.期刊论文 贺宣庆 电磁流量计的正确选择和使用-仪器仪表标准化与计量2004(2)本文阐述了如何按照被测量介质的性质和使用环境正确
30、选择电磁流量计的口径、衬里材料、电极材料、电极形式等参数和主要材质,并提出了电磁流量计的正确安装和使用方法,以保证在流量监测中体现电磁流量计的优异性能.9.学位论文 史骥 双激励式非满管电磁流量计研究 2007 本文对双激励式非满管电磁流量计进行了研究。文章在分析和比较国外已有的几种非满管电磁流量计的测量方法的基础上，提出了一种基于双激励的非满管电磁流量计的测量方法，设计了两种电极结构，比较了它们实际测量管道液位的效果，探讨了在电压激励作用下，测量电极间的等效电导与管道液位的关系，建立了一种等效阻抗模型，并通过采用标定分段查表校正测量的方法，得到了较为准确的测量结果，实现了管道液位高度的测量。10.会议论文 李艳玲 电磁流量计的选用及安装探讨 本文是电磁流量计的选用及安装探讨，近年来,生产厂家推出了更多形式的电磁流量计以适应不同性质流体的测量.论文结合设计及施工实际,针对不同使用场合,对电磁流量计的选用及正确安装作了详细介绍。本文链接：http:/