ZNE电磁流量计的使用及常见故障分析    本文阐述ZNE电磁流量计的组成及工作原理,具体分析了ZNE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.     1 引言     随着人类节水意识的日益增强,对水资源的科学管理更加重要.在供水系统中,只有通过对水资源的科学检测与计量,才能合理有效地使用能源、分配能源、管理能源,达到节约能源的目的.     目前,对水的流量测量方法有多种:差压式、靶式、涡轮式、浮子式、超声式、电磁式等.其中,在工业系统中常用的形式有超声波流量计和ZNE电磁流量计两种.而超声波流量计因其存在稳定性差、容易产生干扰等缺点,一般不优先使用,只有在现有的工艺改造过程中,由于管道不能中断或内部带压的情况下,因其安装简便,才使用超声波流量计.一般情况下,为了保证测量精度,使检测信号稳定可靠,我们常使用ZNE电磁流量计来进行水量测量.     2 电磁流量传感器的工作原理 ZNE电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律的原理制造的. 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,安装两个与液体相接触的电极(如图2所示),管道的直径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,两电极间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V成正比.即:E=BDV,而对于流过一定管径的流体而言,其瞬时体积流量为: Q=π/4•D2•V 故而得出:Q=π/4•D•E/B 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.     3ZNE电磁流量计的故障分析 ZNE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起的故障;另一类为外界原因引起的故障,如安装不妥、流动畸变、沉积、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 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. 3.2 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. 3.3管道内壁附着层 当ZNE电磁流量计测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. 3.4 管道系统和安装等方面 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网高点;流量传感器后无背压,液体径直排入大气,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. 3.5 雷电击 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.雷电击损坏仪表由三条引入途径: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),因此,设置控制室仪表电源线防雷设施是非常重要的.     4 ZNE电磁流量计的组成 ZNE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,如图1所示. 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.     5 ZNE电磁流量计的故障现象与检查 ZNE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.  5.1 输出晃动 • 被测流体本身是波动或脉动的,非流量计自身的故障.这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,待工艺过程平稳后输出会稳定下来. • 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入空气,可在流量计下游侧加装U形弯并安装排气阀. • 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.检查传感器接地是否良好,通常接地电阻要<10Ω(或100Ω);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.     5.2无流量信号输出 • 检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.检查连接励磁系统和信号系统的电缆是否完好,接线端子是否松动,电缆屏蔽是否接好,屏蔽线是否接地,接点是否正确等情况. • 检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. • 检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,检查线圈是否断开或匝间短路,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,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.然后再检查测量电极接触电阻,以判断电极状况. • 转换器故障.一般采用更换线路板来排除故障.     5.3 输出信号超满度值 • 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. • 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. • 转换器方面故障.检查转换器仪表常数与各参数是否相符,并核对与传感器是否配套,试换备用线路板检查各单元线路故障.     5.4 流量测量值与应用参比值不符     • 转换器设定值不正确.调出仪表菜单,检查仪表常数、管道口径和计量单位等设定值,调整转换器零点和量程.     • 检查管道充液状况及是否含有气泡.     • 未处理好信号电缆或使用过程中电缆绝缘下降.     • 传感器上游流动状况不符合要求,直管段长度不够.     • 传感器极间电阻变化或电极绝缘下降.     • 所测量管系存在未纳入考核的流入/流出值.     5.5 零点不稳定 • 管道未充满液体或液体中含有气泡. • 主观上认为管道液体无流动而实际上存在微小流动.其实不是ZNE电磁流量计故障,而是如实反映流动状况的误解. • 受杂散电流等外界干扰,传感器接地不完善. • 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;若液体内杂质在测量管内壁沉积,测量电极被覆盖,也可能造成零点变动. • 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10~20%之间.放空测量管,电极与地之间的阻值必须在100MΩ以上.     6 总结     随着工业技术的不断进步,ZNE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,目前情况来看,ZNE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ZNE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ZNE电磁流量计进行使用和维护了.     参考文献     [1]ZNE电磁流量计使用说明书.     [2]中国石化出版社出版的《电磁流量计》:54-65. 推荐产品.电磁流量计,压力变送器,孔板流量计,V锥型流量计,超声波流量计,涡街流量计,涡轮流量计,热电偶.