电磁流量计的原理、应用与故障分析

1、电磁流量计的原理、应用及故障分析撰写人：和军单位：瑞普三元仪表撰写时间：2003年9月电磁流量计的原理、应用与故障分析1、电磁流量计的原理1.1电磁流量计的工作原理电磁流疑计通常是由非导磁和壁表面不导电的测疑管、串联（或并联）的励磁线圈与 最少两个电极组成，电极与流体直接接触。通电的线圈产生一个磁场强度为B并垂直于管道轴线的磁场，这个磁场通过不导磁的 测量管传至测量管流动的导电介质，根据法第电磁感应泄律（导体在磁场中作切割磁力线时, 导体的两端要产生感应电动势），在导体（被测量的介质）两端（即安装在管壁的两个电极） 产生一个与流速“V”成正比的感应电压“U”。如图1所示：U = K*B*D*V

2、U=与流速成正比的感应电压信号K=传感器的修正系数（无量纲的常数）B=磁感应强度D=电极间距（管道的直径）V=导电介质的流速这个感应电压“U”通过两个电极来检测， 并通过电极引线将感应电压信号“U”传送至转 换器的信号处理单元，将信号进行放大、整形、 滤波，然后送入微处理器，由计算机来进行信号 的转换处理，最后转换成所需要的流量、流速显示，并具备不同的信号输出7功能。对于均匀的电磁场和点电极的理论模型，只要流体特性是对称的，所测得的电压与流 体特性是无关的。因此，测量不受流体的密度、黏度、温度、压力和电导率变化的影响，对 带有微小颗粒及浆液的测量有独特的适应性，而且测量国非常宽。1.2电磁流量

3、计的结构电磁流量计主要由传感器和转换器组成，按两者之间的连接方式可分为一体型和分体 型。传感器常称为一次部分，转换器称为二次部分，因而，可满足不同的按装位巻的要求。电磁流量传感器电磁流量传感器由法兰、导管、衬里、电极、励磁线圈、磁轨等组成。法兰通常是普通钢料加材工而成，必要时也可以选用不锈钢，一般参照公制尺寸加工。导管必须使用非导磁材料（通常使用不锈钢），否则将影响磁场的磁路分布，从而影响 测量的精度和零点的稳泄性，因此在导管的选择时非常重要。衬里是覆在导管的壁的绝缘材料，正确的衬里材质选择可提供很好的防腐和耐磨保护。 衬里通常包括PTFE、软橡胶、硬橡较、聚氨酯及瓷。另一种新型衬里材料酚醛淸

4、漆正在电 磁界逐步被人了解，它是一种环氧树脂漆，非常光滑，具有很强的耐腐蚀和耐磨特性。电极直接与介质接触，感应电压信号通过电极输出到转换器的信号处理单元。电极的 材料有：不锈钢、哈氏金（哈氏B、哈氏C）、钮、钛、钳等。常用的为不锈钢和哈氏金。 电极材料的选择不仅要考虑化学性能，还要考虑具有良好的导电性。励磁线圈用来产生恒圧的磁场，直接安装在导管上，并与电极的轴线垂直，磁场的分 布将影响电磁流量汁的线性和重复性。励磁线圈通常被全封闭的壳体所保护，壳体通常采用 全焊接结构，以增强对环境温度和湿度的适应性。此外，电极而积的大小也重要。磁辄是为电磁反馈而设汁的，英作用是使磁力线能均匀地分布到电极轴线的

5、垂直而上, 以便提高传感器的测量精度和测量稳泄性（即保证很好的重复性）。122电磁流量转换器（简称转换器）传感器所产生的信号或测得的电压，英数疑级取决于流速的大小，通常为从PV到mV, 转换器的任务将测得的信号进行滤波、整形、放大，最后提取真正反映流速大小的电压信号, 这个电压信号通过A/D转换，转换成计算机可以直接进行处理的的数字信号。例如，Emag 转换器将反映流速大小的电压信号转换成频率信号，输入到微处理器中，由转换器的微处理 器进行信号处理，将测得的电压信号按一定比例变换成相应的流量信号，在转换器的显示器 中显示岀来，同时微处理器可以进行积算，计算出双向流量、净累讣流量，同时实时输出所

6、 需要的标准信号（累计量和实时量输出），如4一20mA输岀，频率脉冲输出，以及各种信 号报警输岀。还可以通过相应的数字接口（如RS-485、HART通讯及现场总线）传送数字信 号，直接用于过程控制系统当中。转换器的另一功能是为励磁线圈提供一个恒泄的电流，在过去的脉冲交流励磁的电磁 流量讣中，传感器的励磁电流和磁通密度通常由参考线圈来监控。现在的电磁流量计通常采 用直流脉冲方波励磁，以保证电磁流疑计的低功耗设讣，苴频率通常为1/10、1/20、1/ 40工频，有些电磁流量汁采用的是1 / 8、1/16、1/32工频。在某些特殊场合，有时需要 采用髙频励磁、双频励磁来解决浆液测量的稳定性。髙频励磁

7、、双频励磁在浆液测量中，逐 步得到应用。1.2、电磁流量计的优点一一电磁流量计没有节流部件，因而没有压力损失。一一可以测量含有微小颗粒的介质，没有阻塞的危险，例如一般污水。一一电磁流量计的通径与管道的通径完全相同。一一无起始流量的限制，可以测量接近于另的及小流量，并且在0.25m/s流速以上具 有很髙的线性度，量程圉比很宽。一一电磁流量计几乎与介质的粘度和密度无关。一一可以双向测量，在保证直管段的前提下具有相同的测量精度。一一电磁流量计的口径可以做得很大，也可以做得很小，如DN3、DN3OOO、DN38OO。1.3电磁流量计的缺点一一电磁流量计不能测量蒸汽、气体。一一电磁流疑计所测量的介质受最

8、小电导率的限制。对于易释放很髙静电的的介质 （如软化水）测量精度将受影响。一一对于多相介质及含高浓度颗粒介质的测量，如纸浆、矿浆、污染严重的废水等, 使用普通的直流方波励磁难以满足测量的要求，通常需要特殊订货。一一含有磁性矿物质的矿浆，将产生磁感应现象，并影响电磁场在测量管的分布，通常会使测量值偏高。2、电磁流量计的应用国的电磁流屋计工业应用从60年代开始，随着工业技术的髙速发展，电磁流疑计已广 泛应用于化工、电力、冶金、医药、食品、自来水厂、污水处理、集中供暧、造纸等行业。3、电磁流量计的故障分析3.1电磁流量计的故障原因电磁流量计在现场使用中可能出现各种各样、形形色色的故障，这些故障归纳起

9、来为 两个方而的原因，英一为电磁流量讣及关联设备不正常引起的，主要包括转换器的原因和传 感器的原因，这类原因引起的故障一般比较容易解决；英二为非电磁流量计引起的原因，主 要包括参数设苣不当、安装的不合理、介质特性引起的、等电势接地不可靠、外界电磁波干 扰、管路杂散电流干扰等，这类原因可谓扑溯迷离、形形色色。对于诸如此类的故障，除了 要熟悉该仪表性能以外，还要求维修工程师具有广博的知识和丰富的现场经验，进行推理分 析，更需要使用单位和制造厂密切配合，多方试验。有些时候受限于条件，可能要数月或数 年才能真正找到原因。电磁流量计的故障因其产生原因不同而不同，主要表现有：（1）零点不稳（2）输岀晃动（

10、3）流量测量与应用参比值不相符（测量值与用户的工艺参数不相符）（4）无流疑信号输出（5）输出信号超过满度值3.2电磁流量计的故障检查程序通常故障的检査程序如图2所示，从显示仪表工作是否正常开始，逆流量信号传送的 方向进行。常规的检查一般先用模拟信号器测式转换器，以判断故障发生在转换器及其后续 仪器还是在连接电缆和传感器发生的。若是转换器的故障，由于现在的转换器大部分都有互 换性，就可方便地试调换转换器部件甚至转换器整机：若是传感器的故障需要试调换时必须 停止笛道系统运行，涉及的而广往往不容易办到。特别是大口径的电磁流疑计。显示仪表或流虽:枳算仪表（上位机）转换器 为检查方向传感器为信号传递方向

11、图2 检查程序1、检査供电电谏及电源电压足否正常2、检査保险线足否烧断3、检查转换器足否冇烧坏的迹歛K检復出厂设理参数足否被更改2.且和显示仪茨（上位机）一致I足I正常l否1检在空官时电极及励磁线圏对地的绝缘电阳 足否为无穷大2检査励啟线圈足否斯线.线圈电阻是否和设计值一样测扯管内堡是否结垢丄瓦积淤世层2村里足否磨拐、变形丄反脱落3、传感器进口足否堆枳异物而改变流场影咆 测址值1. 电极线足否断线2. 电极是否结垢3. 测址管内壁足否沉枳导电层1、检15等电势接地是否牢固2、检査连接电缆的型号是否和说明书一致3、检査各连接导线与端子的连接谓况4、检査屏蔽线足否接地1、传感器上有半开的球阀足将改

12、变流速的分布.影响测fit值.需移至下游2、若餌门一定妥製在上谕时.彊好相距10D.且要全开3、不能离泵太近相距要人于10D调节阀塑安装在下游K检査足否满足宜辔段的要求2、檢代安 位R是否在管iu的低处或1道的I升处3. 必要时检査上游足否装有气体分离器1、检査歧管的阀门足否关严2. 计建测fit值的准确性时是否将歧管的流入.页脚图3电磁流量计的故障检查流程流出扯纳入3.3电磁流量计的故障检查流程电磁流量计的故障检査流程图如图3所示，大体分三步：（1）向用戸询问该仪表的过 去的工作情况及故障情况，査看记录曲线；（2）到现场初步检査仪表本身是否发生故障及安 装位苣情况：（3）检查管网系统及周边的

13、作业情况。检查转换器首先要检查给转换器供电的电源电压是否和转换器的标称电压一致，并且确认电源已 经供给，检查保险丝是否完好，确认转换器的电路板是否有烧坏的迹象。注意排查，并纠正。 若是转换器的故障，由于现在的转换器大部分都有互换性（出厂时经过标准信号源统一标 定），就可方便地试调换转换器部件甚至转换器整机：然后在检査仪表设定的参数是否被更 改，或和显示仪表（上位机）一致。因仪表参数设置不当或用户不小心把岀厂参数更改后导 致仪表不能正确测量的事件经常发生。检查传感器到现场的第二步是要检査传感器本身是否发生故障，然后在对其它相关情况作分析， 判断传感器是否故障的三个要点：（1）空管时，传感器的电极

14、及引线对地的绝缘电阻应为无 穷大；（2）传感器的励磁线圈对地的绝缘电阻应为无穷大，且线圈电阻应符合设计参数（与 出厂值一致）：（3）满管时，电极及引线对地的电阻数量级应为几十千欧一一几百千欧，电 阻过大说明结垢或断线，电阻过小说明测量管沉积导电层。无论是结垢或是沉积导电层，都 将影响测量值显示的稳泄性，因此必须作相应的处理。必要时要对传感器的衬里的好坏作相 应的判断。在传感器的上游是否有影响流速分布的堆积物等。检查接线系统检査用户使用的导线型号是否说明书要求的型号一致，电磁流量计的等电势接地是否 牢固，若是分体型的电磁流Mih特别要注意励磁线及信号线的连接是否牢固，接线是否正 确，有的用户在接

15、线时用劲太大，导致接线端子根部折断，接触时断时续。有的用户对接地 的槪念不理解，屏蔽线不接地，或采用多点接地，造成测量值显示不稳泄。检查安装情况电磁流量计在国过程控制中使用的时间已经很长了，但在现场，经常能看到安装不合 理的情况，如安装在管道的髙处，不能满管运行，直管段不够，离泵太近等情况。这些都是 造成仪表不能准确测疑的重要而又不可忽略的因素。但是有些用户或设计员对此认识不够。 对于测戢值显示不稳定的情况，还要考虑杂散电流干扰的影响。检查歧管的流入、流出用户经常会反映测疑不准的情况，除了要做以上的各项检査外，还要考虑歧管的流入、 流岀是否纳入测量值的平衡计算。这一点用户经常会有想当然的思想，

16、作为一个高水平的技 术服务工程师一定要众观全局。3.4电磁流量计的典型故障分析例1：某啤洒厂用电磁流疑计测锅炉循环水，用户反映显示不稳定。现场检查发现满管时电 极对地的电阻较大，约为10MQ,两电极之间的直流电压差超过10mV,初步判断为电极结 垢，经在线淸洗电极处理后显示稳怎，两天后故障复现，后将传感器拆下，发现测量管壁完 全被黄铁锈覆盖，最终确认本故障原因是由测量管壁沉积导电层引起。例2：某纸浆厂使用电磁流疑计测量纸浆流量，以确立纸浆配比。现场流量显示不稳，经检 查，电磁流疑计安装在纸浆（良浆和尾浆）分离器的岀口，无直管段，且安装在管道下行管 上，本故障完全是由安装位置不当造成的。要想稳左测量，必须选择合适的安装位置。例3：辽河油田某热交换站，用电磁流量计来测量热水，使用一段时间后，测量值显示非常 不稳左，经现场检査，发现其中一电极对地的电阻为无穷大（满管下测量），判断为电极引 线有断点。属于传感器部故障。例4：某轧钢厂使用分体型电磁流量计来测量冷却水，调试阶段，流量显示非常不稳定，经 检查安装队在接线时用劲过大，适成连接励磁线的端子根部折