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把握大勢 · 以科技強企業摘要：論述了電磁流量計在測量過程中常見的故障現象，給出了判別及解決方法。
關鍵詞：電磁流量計；電極，磁場；襯里
1電磁流量計原理
電磁流量計是利用法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內流動，在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“右手規則”，其值如E=kDBV所示。
式中：E-感應電動勢，即流量信號；k-系數：B一磁感應強度，T:D-測量管內徑，m:V-平均流速，m/s。
電磁流量計適用于各種導電液體的流量檢測，是一種智能型的電磁感應式流量儀表。當導電液體流過電磁流量計時，導體中會產生感應電動勢。導電液體流過垂直于流動方向磁場，感應出一個與平均流速成正比的電壓，其感應電壓信號通過2個或2個以上與液體直接接觸的電極檢出，并通過電纜傳送至轉換器智能化處理，然后，LCD顯示測量值或轉換成標準信號4~20mA輸出。
2常見故障源判別
電磁流量計運行中產生故障的第一類為儀表本身故障，即儀表結構件或元器件損壞引起的故障；另一類為外界原因引起的故障，如安裝不妥流動畸變，沉積和結垢等。重點討論應用方面和第二類外界原因的故障。
2.1液體中含有氣泡
液體中泡狀氣體的形成有從外界吸入和液體中溶解氣體（空氣）轉變成游離狀氣泡2種途徑。若液體中含有較大氣泡，則因經過電極時能遮蓋整個電極，使流量信號輸人回路瞬時開路，導致輸出信號出現晃動。最簡單的判別方法是當遇到晃動時。切斷磁場的勵磁回路電流，如果此時儀表依然有顯示且不穩定，說明大多是由于氣泡影響造成。如果此時以指針式萬用表測量電極電阻，可測量到電極的回路電阻要比正常時高。對于被測介質中含有空氣的情況，如果判斷是由安裝位置引起的，如因電磁流量計裝在管系高點而貯留氣體或外界吸入空氣造成流量計晃動，變換安裝位置是最快解決方法，在管線最低點或采用U型管安裝。但很多應用情況是口徑較大或者安裝的位置不易改換。建議在流量上游安裝集氣包和排氣閥，1臺DN2200口徑的電磁流量計，因氣泡造成顯示的晃動可達20%~50%，在安裝了排氣裝置后，測量即恢復正常。
2.2非滿管
非滿管現象可以看作液體中含有氣泡的一種極端情況。液體未充滿管道可分為液面高度高于測量電極水平面或低于水平面2種情況。當管內液面高于電極水平面時，若管系的前后直管段比較理想時，電磁流量計的測量大多能夠穩定，但流量計所計量的液體體積包含了管內的氣體體積，故這種測量存在著很大的測量誤差。當管內液面高度低于電極表面時，此時，電極裸露在空氣中，測量回路實際處于開路狀態。電磁流量計的測量值和輸出處于一種隨機的狀態，不停地晃動或是滿度。非滿管的情況多出現在靠流體自流或流量計后無任何背壓的直接排放口，例如在污水行業經常遇到。可采用前述氣泡判別的方法進行判別，此時以指針式萬用表測量電極電阻，可發現電極的回路電阻明顯變高，若以水對比，用萬用表以1kΩ的量程測量，所測得的阻值不會大于100kΩ，大于此值，可絕對判定電極回路異常，在排除電纜開路的前提下，判定空管是可信的。如果條件允許，還可觀察流量計后端液體排放口，當排放出的液體明顯不充滿即可判斷電磁流量計安裝為非滿管。在流量計安裝時盡量避免出現非滿管的情況。如前面提及的在管線最低端安裝或有意將流量計安裝在U型管道。另外，現在市場上已有能夠在非滿管情況下測量的智能電磁流量計。
2.3電極腐蝕
在排除氣泡的因素后有因電極腐蝕而造成測量值晃動的情況，且都導致傳感器失效。其成因是由于電極材料的選擇不當造成電極為被測液體所腐蝕，從而導致流量計輸出晃動。由于電極材料不耐腐蝕所造成的故障只有在電極被腐蝕后才會表現出來，所以以前通常無法判別。電極一旦被腐蝕后，當前市場上最新的電磁流量計從因電極腐蝕形成的電極噪聲入手，對電極腐蝕形成的噪聲進行分析處理，從而給出量化的腐蝕判斷依據。如漢森爾的HSRD電磁流量計可經過噪聲量化處理軟件對流量測量信號中夾雜的噪聲信號進行分離處理，當噪聲信號超過預設值時，即報警。
2.4電極結垢及電極短路電極短路的判別比較簡單，若被測介質中含有金屬物質時，電極短路較易診斷，此時測量值明顯偏小或趨于零，但這種現象在日常運行中并不多見。因電磁流量計經常應用于原水和污水等計量環境，電極結垢的發生幾率較高。當電極結垢時，表現為信號逐漸減小，直至絕緣而使得信號回路開路，此時流量信號被隔絕。當被測介質的黏度較大時，易在管壁附著和沉淀，若附著的介質是比被測液體電導率高的導電物質，則信號電勢被分流而不能工作，即電極短路。若是非導電層，即通常所稱的電極結垢，則使電極開路而不能工作。若附著于襯里管壁異物層為氧化鐵銹層，或以金屬為主要成分的染料，其電導率大于液體電導率，測得的流量值將比實際流量值低：若為碳酸鈣等水垢層，其電導率低于液體，測得的流量值將低于實際流量。建議選用不易附著的尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。
刮刀式電極可在傳感器外定期手動刮除塵垢。也有暫時斷開測量電路，在電極間，通以短時間的低壓大電流，焚燒清除油脂類附著層。在易產生附著層的場合，采用提高流速以達到自清掃管壁的目的，是一個比較有效的方法。當然，采用易清洗的管道連接是一個比較徹底的方法，例如，某柴油機廠工具車間電解切削工藝試驗裝置上，用DN80mm儀表測量和控制飽和食鹽電解液流量以獲取最佳切削效率。起初，該儀表運行正常，間斷使用2個月后，流量顯示值越來越小，直到流量信號接近為零。現場檢查，發現絕緣層表面沉積薄薄一層黃銹，擦拭清潔后，儀表運行正常。黃銹層是電解液中大量氧化鐵沉積所致。
本實例屬運行期故障，若黑色金屬管道銹蝕嚴重，沉積銹層，也會有此短路效應。凡是開始運行正常，隨著時間推移，流量顯示越來越小，就應分析有類故障的可能性。
2.5電導率過低
液體電導率若接近下限值也有可能出現晃動現象。因為制造廠儀表規范規定的下限值是在各種使用條件較好狀態下可測量的最低值，而實際條件不可能都很理想。億利公司就多次遇到在測量低度蒸溜水或去離子水時，具電導率接近電磁流量計規范規定的下限值5μS/cm，使用時卻出現輸出晃動。通常認為，能穩定測量的電導率下限值要高一二個數量級。接液電阻測量熱擴散現象判別方法：液體電導率可查閱附錄或有關手冊，若缺少現成數據時，則可用電導率儀取樣測定。但有時候現場并不配備電導率儀，因此，最簡單的方法可以用萬用表測出液體的接液電阻，再用同樣的方法測試現場普通自來水的接液電阻，比較二者的測試結果，若介質的接液電阻比自來水大一個數量級，此時介質的電導率約為30~50μS/cm（自來水一般為30~50μS/cm）。由于接液電阻和電導率是反比關系，直接以所測得的接液電阻值進行判別也可以。下式即是接液電阻的經驗公式：R=1/μd式中：μ為液體電導率，d為電極直徑。如當液體電導率為5×106μS/cm，電極直徑為1cm時，計算得接液電阻200kΩ。所以，任何接液電阻值大于該值的液體都可認為液體電導率過低不適合使用常規的電磁流量計。解決方法是：電導率過低超出了儀表所容許的測量范圍，此時唯一的解決方法是選用其他能滿足要求的低電導率電磁流量計（如電容式電磁流量計）或者是其他原理的流量計。
2.6襯里變形
襯里變形在現場一般無法判別，現用的判別方法是，在實際應用過程中發覺流量誤差較大時，即將傳感器從工藝管道上拆下后以肉眼觀察傳感器的損球情況，但此時襯里的故障往往已經形成。成因：襯里變形，大多發生在氟塑料襯里發生此時現象較多。造成這種現象的原因有2種，一是蒸氣滲透引起氟塑料襯里的熱擴散，所謂熱擴散是當管道內介質（氣體或蒸汽）流過氟塑料襯里時所發生的自然的物理現象，通常滲透的程度主要取決于襯里材料、液體和蒸汽的類型、襯里的厚度（當襯里的厚度增加時，滲透程度則相應減小）、襯里內外的溫差（當襯里內外溫差很大時，滲透則加劇）和管道壓力等多個因素；二是氟塑料襯里特別是聚四氟乙烯（PTFE）襯里本身的工藝結構，因為聚四氟乙烯與管壁間僅靠壓貼，無粘結力，故不能用于負壓管道。解決方法是：在法蘭和線圈盒間增加隔熱措施，減小溫差及熱擴散，這將在很大程度上改善襯里內外溫差情況，從而降低滲透率和蒸汽在測量管壁內的凝聚；用厚聚四氟乙烯（PTFE）村里厚度或提供其他形式的襯里，如PFA和陶瓷襯里。
2.7外部強電磁場干擾
外部強電流磁場干擾使電磁流量計信號失真，輸出信號表現為非線性或信號晃動。其成因是，由于流量信號小，易受外界干擾影響，而干擾源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場等。電磁流量計的設計制造應符合電磁兼容性要求，在規定輻射電磁場環境下能正常工作。但現場應用表明，強磁場（如在電解廠和較大的電融爐附近）干擾會導致磁場回路飽和及外部磁場進入電磁流量計的磁場回路并形成雜散磁場而影響輸出的線性度。電場干擾則是由于噪聲破壞測量管內的電勢平衡，造成輸出信號波動異常。判別方法是，當輸出信號表現為非線性時，可通過專用的模擬信號儀來判斷，如電磁流量計轉換器的輸出為線性，可判別為外界的磁場干擾影響，反之，也有可能是電磁流量計本身的電器故障。對電場干擾，可在先不加激磁電流時，用示波器測量兩極間的電勢，其值應為零，如測得有交流電勢，則可判別為漏電流等電場干擾。解決方法是，防止磁場干擾，通常只有將電磁流量傳感器的安裝位置遠離強磁場源。防止強電場于擾，可采取增強屏蔽等措施。如仍無效，則可將電磁流量傳感器與連接管道絕緣。例如，電磁流量傳感器與連接管道絕緣，消除大雜散電流影響，浙江省某自來水公司安裝2臺DN900電磁流量計，一臺運行正常，另一臺在一二個小時周期內，出現有高達50%FS波動，用戶認為2臺儀表使用條件相仿，故障是由儀表方面原因引起的。樹察現場周圍環境，上下游緊接流量傳感器的足兩段長0.5m，有良好接地的無襯里短鋼管，然后，連接到有水泥襯里的鋼管。接地等電氣連接均符合要求，同時，排除了管網流動脈動的可能性。轉換器與傳感器相距約10m。有一個數百kVA的三相變壓器裝在附近，分別離轉換器和傳感器約2m和8m。分析故障原因有以下2種可能：（1）大功率變壓器產生的磁場干擾；（2）管道上雜散電流干擾。要證明是否是變壓器磁場干擾影響，因要關閉變壓器，涉及面廣，安排為第二步檢查。首先，檢查是否是管道雜散電流干擾。不加激磁電流，用示波器測量兩極間電勢，其值應為零。然而實際測得峰值Vpp高達1V的波形畸變交流電勢。初步判定即使良好接地，儀表還是受到管道雜散電流干擾影響。采取將電磁流量傳感器連同二段短鋼管與管網管道電氣絕緣，使流量傳感器與液體同電位的措施后，儀表投入運行，輸出顯示即呈穩定正常，也排除）電力變壓器磁場于擾對流量測量的影響。同時，測得干擾電流有60mAAC，電流方向來自流量傳感器上游。這一措施也適用于有陰極保護電流的管道，作為試排除管道電流干擾影響的方法。
2.8電纜的故障
電纜的故障反映為流量計在運行一段時間后，出現工作異常，具體表現為測量值變大或變小，或者是不停地波動，且經現場檢查已排除管道不滿管、介質含氣等現象的可能性。這類問題的產生與用戶的安裝、維護不當有關。由于管道絕大多數是埋敷在地下，傳感器具有IP68防護結構，轉換器安裝在儀表箱或室內，二者通過電纜連接。由于地面沉陷等現場情況的變化。傳感器和轉換器的相對安裝位置有了變動，或者是因故移動了儀表的安裝位置而引起電纜的短缺，施工單位或是用戶簡單地用電纜予以續接加長，并未徹底做好電纜接頭處的防潮（防水）等處理，且接頭處常以絞接的方法連接。使用日久，如果恰逢該接頭處于潮濕的環境，如儀表井、電纜溝等，潮氣侵入電纜接頭，可能造成以下一些故障：信號線對地絕緣下降，引起信號衰減，最終是測量結果偏小：信號電纜連接處接觸電阻變大，使測量值變小，若該接觸電阻不穩定，則測量值無法穩定，且易引入干擾；勵磁線圈對地絕緣下降，造成測量結果偏小；勵磁回路電纜連接處接觸電阻變大，使轉換器的勵磁回路處于非恒流工作區域，勵磁電流下降，同樣造成測量結果偏小；若該接觸電阻不穩定，則測量值出現波動。信號線、勵磁線對地絕緣性能下降，使得測量結果遠大于正常的數據；如這種干擾不穩定，對儀表的影響也變化不定，繼而出現波動：信號電纜、勵磁電纜2個連接頭相靠較近，會產生耦合作用。通常能使實際運行結果增大幾成，此時儀表的零點變化就是由干擾引起的。判別方法是，對于這類異常情況，在排除流量計其他幾類故障的可能性后，就應檢查電纜是否有問題，尤其是電纜曾有中間接續處。因發生在信號回路，判斷有一定難度，需要儀表生產廠家的配合支持。對于勵磁回路電纜的故障，儀表維護人員只要把現場的勵磁回路電阻測量值與廠方提供的數據作比較，即可得知問題所在，繼而采取措施。也可在斷開1根勵磁線的情況下，觀察儀表的顯示或輸出信號，此時，儀表應處于零流量的狀態，若測量值偏大，則可確定是信號線、勵磁線的絕緣不良或有耦合。徹底的解決方法只有更換整根電纜，但這通常需要由儀表生產廠家配合支持。
3總結
隨著電子及計算機技術的發展與應用，電磁流量計擴大了應用范圍，可以測量以往不能測量的一些流體：能進行各種誤差補償，提高測量精度，具有轉換線路異常，檢測部分異常，誤設定，空管，過限報警等自診斷功能。可通過手操器或計算機等實現遠程通信，以調整電磁流量計的零點，量程變更，阻尼變更等。近年來，生產廠家推出了許多形式的電磁流量計，以適應不同性質流體的測量，如陶瓷襯里電磁流量計，無電極電磁流量計和采用多電極電磁流量計。
