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            電磁流量計

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            E-mag電磁流量計應用中的安裝調試、常見故障及處理

            來源:作者:發表時間:2022-01-14 10:02:05

            摘 要: 介紹了E-mag 電磁流量計工作原理、結構性能特點、安裝調試、日常維護中常見故障檢查分析及故障排除措施.
             
            E-mag 電磁流量計是集流量檢測、信號變送為一體的高穩定性、高精度流量測量儀表,在寶鋼集團廣東韶關鋼鐵有限公司( 以下簡稱“韶鋼”) 板材廠水流量測量得到了廣泛應用,其測量數據的準確性對生產過程有重要影響. 實際應用中,諸多因素會直接影響到儀表性能,而不能達到用戶的期望值. 在安裝、調試和維護的整個過程中,需要盡量保證儀表正常運行的基本條件,使儀表運行在良好的工作狀態.
             
            1 E-mag 電磁流量計系統工作原理
            1. 1 E-mag 電磁流量計的原理
            電磁流量計的基本原理是法拉第電磁感應定律,即導體在磁場中切割磁力線運動時在其兩端產生感應電動勢. 如圖 1 所示,導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內流動,與流動方向垂直的方向上產生與流量成比例的感應電勢,電動勢的方向按“弗來明右手規則”,其值如下式
            E = κBD珚V ( 1)
            式中 E———感應電動勢,即流量信號,V;
            κ———系數; B———磁感應強度,T; D———測量管內徑,m; 珔V———平均流速,m / s.
            電磁流量計測量原理
            設液體的體積流量為qv( m3 s) ,qv = πD2珚V/4. 則 E = ( 4κB /πD) qν = Kqν ( 2) 式中 K 為儀表常數,K = 4 κB /πD.
            測量管
            E-mag 電磁流量計由流量傳感器和轉換器兩大部分組成. 如圖 2 所示,測量管上下裝有激磁線圈,通激磁電流后產生磁場穿過測量管,一對電極裝在測量管內壁與液體相接觸,引出感應電勢,送到轉換器. 激磁電流則由轉換器提供.
             
            1. 2 流量測量系統原理
            E-mag 型電磁流量計采用 4 線制 220V 交流供電和( 4 - 20) mA 直流信號輸出. 整套流量檢測系統的原理圖如圖 3 所示.
            流量檢測系統原理
            如圖 1 所示,板材廠流量檢測系統的流量傳感器安裝在現場,用以檢測流量,采用屏蔽線進行信號傳輸,減少電磁干擾. 信號隔離器、PLC、上位機均在配電房和操作室,可在最大限度上減少現場惡劣環境對系統的干擾,提高系統的穩定性,提高數據的準確度. 信號隔離器接受電磁流量計變送輸出的 4 -20 mA 標準信號,進行光電隔離后輸入 PLC,再把數據傳送到上位機上,供操作人員使用.
             
            2 E-mag 型電磁流量計的安裝調試
             
            2. 1 E-mag 型電磁流量計的安裝要求
            1) 流量計測量管內必需充滿流體介質( 即不允許有空管或不滿管現象) . 
            2) 流量計的電極軸線應近似水平. 
            3) 流量計( 從電極軸線起測量) 的入口上游直管段最少為 5D 長,出口的下游直管段為 2D 長. 
            4) 被測流體流動方向應與流量計的流向標志所指方向一致. 
            5) 為了安裝、維護和保養的方便,應在管道法蘭附近確保有足夠的操作與維護空間. 
            6) 當管道直徑與流量計通徑不一致時,可以在流量計兩端安裝漸擴管或漸縮管,其圓錐角應小于15.
            7) 電磁流量計安裝場所應避免有強磁場及強震動源. 在流量計的兩邊管道上應有固定支座. 
             
            8) 分體安裝的流量計轉換器應安裝在通風、干燥場所,應避免雨水淋澆、積水受淹. 以防儀表的電氣元件受潮,造成絕緣性能下降及損壞. 
             
            2. 2 接地要求
            為了使電磁流量計穩定可靠地工作,保證其測量精度不受外界電磁場的干擾,流量計有良好的單獨接地. 若連接流量計的管道內涂有絕緣層或是非金屬管道,流量計應加裝接地( 液) 環【1】. 
             
            2. 3 調試要求
            1) 所有廠家的電磁流量計出廠前已經過精確調整、實流標定,可以不進行任何調整即可投入運行. ( 新安裝需核對流量計的參數與工藝參數是否相符) . 
            2) 打開流量計上游閥門,使被測介質充滿流量計的測量管. 
            3) 接通電源,流量計( 或轉換器) 輸出為 4 mA.
            4) 打開并調節流量計下游閥門,流量計( 或轉換器) 電流輸出應有相應變化. 
            5) 即可投入使用.
             
            3 E-mag 型電磁流量計的日常維護
            1) 每天至少一次巡檢,及時向工藝操作人員了解設備運行情況,且注意觀察流量計端的法蘭接口有無滯漏現象,如有應及時加以處理. 
            2) 流量計 ( 或轉換器) 安裝在環境較差( 如灰尖、及氧化鐵皮較多) 的地方時,應定期( 一個星期)清掃一次積灰,以防由此而引起電源短路故障. 
            3) 在生產期間,對流量計的管道流量控制閥門進行一次關→閉作業,看一下流量顯示有無變化,以檢驗一下流量計是否正常工作. 
            4 ) 當流量計用于測量含較多易吸附雜質的流體時,為保證其測量精度,至少二年一次對變送器的內管道進行積垢清除. 
            5) 當流量計在日常生產中,發現所檢測的流量不準,且經檢查( 包括電器檢查) 后仍不能排除故障時,應及時換下,送廠家檢修.
             
            4 E-mag 型電磁流量計常見故障分析及故障排除
            4. 1 無流量信號輸出檢查和采取措施
             
            4. 1. 1 故障原因
            1) 電源方面故障. 
            2) 連接電纜( 激磁回路,信號回路) 故障. 
            3) 液體流動狀況方面故障. 
            4) 傳感器零部件損壞故障. 
            5) 轉換器元器件損壞故障.
             
            4. 1. 2 故障檢查和采取措施
            1) 查電源方面故障.
            首先查主電源和激磁電流熔絲,若接入符合規定電流值新熔絲再通電而又熔斷,必須找出故障所在點. 查電源線路板輸出各路電壓是否正常,或置換整個電源線路板. 
            2) 查連接電纜系統方面故障.
            分別檢查連接激磁系統和信號系統的電纜是否通,連接是否正確. 
            3) 查液體流動方向和管內液體充滿性.
            液體流動方向必須與傳感器殼體上箭頭方向一致. 對于能正反向測量的電磁流量計,若方向不一致雖仍可測量,但設定的顯示流動正反方向不符,必須改正之. 若管道未充滿液體,主要是管網工程設計或傳感器安裝位置不妥. 若傳感器安裝在 a、e 位置和虛線管排放 b 位置,應將其改裝到 c,d 位置,見圖 4.
            電磁流量計傳感器安裝位置
            4) 查傳感器完好性. 主要檢查各接線端子和激磁線圈完好性. 激磁線圈及其系統出現的故障常有: 
            a) 線圈斷開; 
            b) 線圈或其端子絕緣下降. 二類故障中以絕緣下降出現的頻度相對較高. 線圈斷開和絕緣下降可方便地使用萬用電表和兆歐表檢查. 
            5) 查轉換器的故障.電磁流量計轉換器檢查方法常采用以線路板備件替代法試排除故障. 
             
            4. 2 輸出晃動故障原因、檢查和采取措施
            4. 2. 1 故障原因
            1) 流動本身是波動或脈動的,實質上不是電磁流量計的故障,僅如實反映流動狀況.
            2) 管道未充滿液體或液體中含有氣泡.
            3) 外界雜散電流等電、磁干擾.
             
            4. 2. 2 故障檢查和采取措施
            1) 流動本身的波動.
            若流動本身波動,儀表輸出晃動則是如實反映波動狀況. 檢查方法可在使用現場向操作人員和流程工藝人員詢問或巡視有否波動源. 電磁流量計上游管道中有否阻流件產生旋渦. 在有脈動流動源的管線上,要減緩其對流量儀表測量的影響,通常采取流量傳感器遠離脈動源,利用管流流阻衰減脈動; 或在管線適當位置裝上稱作被動式濾波器的氣室緩沖
            器,吸收脈動. 
             
            2) 管道未充滿液體或液體中含有氣泡
            本類故障主要是管網工程設計不良使傳感器的測量管未充滿液體或傳感器安裝不妥所致. 傳感器下游無背壓或背壓不足,如裝在位置 e,液流經下游很短一段管段即排人大氣,若閥門 2 全開,傳感器測量管內有可能未充滿液體. 有時候流體的流量較大能充滿則儀表運行正常,流量減小就有可能液體充不滿而使儀表失常. 液體中含有氣體,輸出信號晃動更大. 而液體中含有微小氣泡,在流動過程中會逐漸在高點或死角積聚,遮蓋電極而造成輸出晃動. 
             
            3) 外界電磁干擾.
            電磁流量計由于流量信號小易受外界干擾影響,干擾源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場. 管道雜散電流主要靠電磁流量計良好接地保護,通常接地電阻要小于 10 Ω,不要和其他電機和電器共用接地. 
             
            4. 3 零點不穩定檢查和采取措施
            4. 3. 1 故障原因
            1) 管道未充滿液體或液體中含有氣泡. 
            2) 主觀上認為管系液體無流動而實際上存在微小流動; 其實不是電磁流量計故障,而是如實反映流動狀況的誤解. 
            3) 傳感器按地不完善受雜散電流等外界干擾. 
            4) 液體方面( 如液體電導率均勻性,電極污染等問題) 的原因. 
            5) 信號回路絕緣下降.
             
            4. 3. 2 故障檢查和采取措施
            1) 管道未充滿液體或液體中含有氣泡.
            可參閱管道未充滿液體或液體小有含有氣泡的內容.
            2) 管道有微量流動.
            本類故障主要是管線的截止閥密閉性差,電磁流量計所檢測到的微小泄漏量,誤解為零點變動或零點不穩定. 
            3) 接地不完善受外界干擾影響和接地電位變動影響.
            管道雜散電流等外界干擾影響主要靠電磁流量計良好的接地保護,通常要求接地電阻小于 10 Ω,不要和其他電機電器共用接地. 
             
            4) 檢查液體物性.
            液體電導率變化或不均勻,在靜止時會使零點變動,流動時使輸出晃動.液體若含有雜質,或雜質沉積測量管內壁,或在測量管內壁結垢,或電極被油脂等污穢等等,均有可能出現零點變動. 措施是清除污穢和沉積垢層; 若零位變動大也可嘗試重新調零.
             
             5) 檢查信號線路絕緣.
            信號回路絕緣下降會形成零點不穩. 信號回路絕緣下降的主要原因是電極部位絕緣下降所引起的,但也不能排除信號電纜及其接線端子絕緣下降或破壞. 因為有時候現場環境十分嚴酷,且儀表蓋、導線連接處密封不慎,彌漫著潮氣酸霧或粉粒塵埃侵入儀表接線盒或電纜保護層,使絕緣下降. 信號回路絕緣電阻檢查分別按電纜側和流量傳感器側兩部分進行,用兆歐表測試. 分兩次進行. 
            a) 充滿液體測量電極表面液體接觸電阻 流量傳感器信號線,用萬用表分測量每電極與接地點間的電阻,兩電極對地電阻值之間應在 10!~ 20!. 
            b) 空管測量電極絕緣 放空測量管,用干布揩于內表面,待完全干燥后,用 H500 VDC 兆歐表測量各電極與地間的電阻值,阻值必須在 100M Ω 以上. 
             
            4. 4 流量測量值與實際值不符的檢查和采取措施
             
            4. 4. 1 故障原因
            1) 轉換器設定值不正確. 
            2) 傳感器安裝位置不妥,未滿管或液體中含有氣泡.
            3) 未處理好信號電纜或使用過程中電纜絕緣下降.
            4) 傳感器上游流動狀況不符合要求.
            5) 傳感器極間電阻變化或電極絕緣下降.
             
             
            4. 4. 2 故障檢查和采取措施
            1) 復核轉換器設定值和檢查零點、滿度值.
            首先檢查相配套傳感器和轉換器的編號是否對號. 當代大部分電磁流量計在制造廠實流校準后在傳感器名牌( 或隨表附《使用說明書》) 標明校準的儀表常數,并在所配套的轉換器內設定好. 因此新安裝儀表調試前首先要復核儀表常數,傳感器編號和轉換器編號是否配對. 因為這類失配的事件時有發生,還需復核口徑、量程和計量單位等設定值. 
             
            2) 查管道液狀況和是否含有氣泡.
            本類故障主要是管網工程設計不良或相關設備不完善所引起的,可參閱管道未充滿液體或液體含有少許氣泡的內容. 
             
            3) 檢查信號電纜系統;
            查連接電纜匹配是否適當? 連接是否正確? 絕緣是否下降?
             
            通常人們檢查電磁流量計測量流量不符的故障原因,往往忽視連接傳感器和轉換器之間的電纜系統,經常遇到以下事例: a) 將所附整根電纜割斷后重新連接,使用一階段后連接處吸入潮氣,絕緣下降; b) 信號線末端未處理好,內屏蔽層、外屏蔽層和信號芯相互間有短接,或與外殼短接; c) 不用規定型號( 或所附) 的電纜; d) 電纜長度超過受液體電導率制約的長度上限; e) 液體電導率較低而傳感器和轉換器相距較遠, 
             
            4) 調查傳感器上游流動狀況.
            傳感器上游流動狀況常因受安裝空間限制,偏離規定要求,如接近產生擾流的阻流件而無足夠長度的直管段,這些會引入影響測量準確的因素. 特別是接近傳感器上游設置調節閥或未全開的閘閥,能圓滿解決的很好辦法是改動傳感器的安裝位置; 在上游直管段長度不足的情況下,調整安裝位置. 
             
            5) 檢測電極與液體間接觸電阻和電極絕緣;
            電極與液體接觸電阻值主要取決于接觸面積和液體電導率.
             
            充滿電導率為 150 × 10 - 6 s /cm 的生活和工業用水時,電極與液體接觸電阻約為 15 kΩ. 電極絕緣電阻應大于 100 MΩ.
             
            5 結 語
            熟悉掌握 E-mag 型電磁流量計的安裝調試,日常維護保養,故障檢查,分析各種故障并及時處理,是計量設施正常運行的有力保證.
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