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智能電磁流量計的安裝、組態及故障處理

文章出處:AG贵宾厅實業 人氣:發表時間:2018-02-13 11:17

    流體計量常用的流量計有電磁流量計、差壓式流量計、渦輪流量計、超聲波流量計等,這些流量計各有特點。尤其是電磁流量計因其測量過程不受被測介質溫度、粘度、密度等因素影響, 測量速度快、精度高、口徑寬、線性度好,與被測介質不接觸,耐腐蝕、抗磨損,流體壓力損失小,廣泛應用在工業、農業、醫學等多個領域,特別是在工農業及城市給水排水中,電磁流量計逐漸成為計量的主流儀表。但是,電磁流量計也有其不足,安裝使用不當會導致計量誤差偏大, 降低控製精度,影響產品質量。本文以橫河公司的ADMAG AE係列電磁流量計為例, 結合筆者的工程實踐, 介紹電磁流量計安裝、使用和注意事項,並分析幾種故障的產生原因及處理措施。
1 新電磁流量計的工作原理
    電磁流量計的工作以電磁感應定律為基礎, 即當一個導體在電磁場中運動, 並且運動方向垂直於電磁場時就會產生感應電動勢, 所產生的感應電動勢的方向垂直於導體運動和電磁場運動的方向, 感應電動勢的大小與導體的運動速度和磁場的磁感應強度成正比。當導電流體以平均流速V(m/s)通過一根內徑為D (m)的管子時,若管子內存在一個磁感應強度為B(T) 的磁場,那麽就可產生一個垂直於磁場方向和流體流動方向的電動勢
    E(V):E=DVB   (1)
    容積流量Q(m3/s):Q=πD2V/4 (2)
    將式(1)代入式(2)並處理得:
    E=(4B/πD)×Q (3)
    如B是常數,那麽從式(3)可看出,E與Q成正比。電磁流量轉換器把電動勢E 放大並轉換成標準4 ~20mA電流信號或脈衝信號輸出, 作為對應的流量信號。
1.1機雙頻矩形波勵磁原理
    電磁流量計常用勵磁方法有直流勵磁、工頻正弦波勵磁、低頻矩形波勵磁和雙頻矩形波勵磁。直流勵磁技術不產生渦流效應、變壓器效應,但存在電極極化效應和零點飄移。工頻正弦波勵磁能消除電極極化效應,但是會帶來一係列電磁感應幹擾和噪聲。低頻矩形波勵磁既具有直流勵磁技術不產生渦流效應、變壓器效應( 正交幹擾)的特點,又具有工頻正弦波勵磁基本不產生極化效應、能避免直流放大器零點漂移、噪聲、穩定性等問題的優點,以及有較好的抗幹擾性能, 得以在電磁流量計中廣泛應用。但是它在測量固液兩相導電性流體(如工業廢水)時,存在泥漿幹擾與流體噪聲。雙頻矩形波勵磁技術成功地解決了電磁流量計的零點穩定和對液固兩相導電性流體以及低導電率流體流量的適應問題, 開拓了電磁流量計新的應用領域。
    ADMAG AE電磁流量計采用雙頻率勵磁原理, 在電磁流量計測量管內形成含有兩個頻率分量的電磁場: 高頻勵磁分量不受液體幹擾的影響, 而低頻勵磁分量則有著極好的零點穩定性,根據高、低頻定時檢測到的各分量信號經過計算, 便可得到流量信號。
    A D M A G A E電磁流量計的測量原理如圖1 所示。一個由高低頻分量迭加而成的電磁場通過勵磁線圈被施加到被測液體中, 勵磁波形是在一個低頻矩形波上迭加一個高於市電頻率的矩形波而得到的波形。在產生的電動勢中, 低頻分量通過一個大時間常數的積分電路獲得一個零點穩定性好的平穩流量信號。而由漿液或低電導率流體產生的低頻噪聲可被不受噪聲影響的高頻采樣電路所抑製, 有著同樣時間常數的流量信號經過一個差分電路以確定流速信號的變化, 把這兩種不同頻率采樣所得的信號結合起來可獲得一個穩定實時的流速信號, 該信號不受噪聲幹擾, 且有較高的零點穩定性。
圖1電A D M A G A E測量原理示意圖
    圖1電A D M A G A E測量原理示意圖
1.2機電磁流量計的組成
    電磁流量計主要由變送器(又稱一次裝置、檢出器或傳感器)和轉換器(又稱二次裝置或變換器)及流量顯示儀表三部分組成, 如圖2 所示。變送器的作用是將通過測量管的被測液體的流量轉換為相應的感應電勢。轉換器則是把電磁流量變送器輸出的與流量成比例的毫伏級電壓信號放大, 並轉換成為可被工業儀表接收的標準直流電流信號或脈衝信號輸出,以便與其它儀表及調節器配合,實現流量的指示、記錄和運算。
圖1電A D M A G A E測量原理示意圖
    圖1電A D M A G A E測量原理示意圖
2 新電磁流量計的安裝
    電磁流量計根據電磁感應原理工作, 因此安裝時應遠離變頻器、變壓器、電動機等易產生電磁幹擾的設備,安裝位置應避免陽光直射。被測流體電導率應基本均勻。同時還應注意以下幾方麵:
    (1)要有“足夠”長度的上下遊直管段過氧為了使現場使用的流量儀表獲得與實流校驗相同的精度,一定要滿足規定的流動條件。電磁流量計工作時要求上遊流體均勻流動, 下遊配管件的擾動不會上溯影響測量值,即要求一定長度上下遊直管段。一般要求在電磁流量計上遊的各種閥門、彎管、縮徑管等距流量計的直管段的長度必須在5~10D以上(D是流量計的內徑),下遊直管段長度應在2 ~3D以上。
    (2)液體應始終充滿管道過氧電磁流量計可以水平、垂直或與水平成任何角度安裝,但是管路結構必須保證測量管中始終充滿液體,否則就會產生誤差。當不得不裝在自上而下的垂直管道上時,流量計應裝在管道的下部, 且流量計下遊裝有節流閥門使下遊產生一背壓。
    (3)液體中無氣泡過氧管路設計應確保液體中不會分離出氣泡。因為閥門動作時,會使管道中的壓力變化,從而產生氣泡,所以,流量計應安裝在閥的上遊。
    (4)電極所在平麵應與地麵平行電磁流量計水平安裝或與地麵成一角度時,電極連線與地麵平行。如果電極連線與地麵垂直的話,上一個電極附近容易集結氣泡阻擋液體與之接觸,而下麵的電極容易被泥漿覆蓋。
    (5)液體電導率應穩定
    不要把電磁流量計安裝在流體電導率極不均勻的地方。尤其在儀表上遊有化學物質注入的情況下,極易導致電導率的不均勻性,從而對儀表指示產生嚴重影響。在這種情況下應在儀表下遊注入化學物質,如需在上遊注入則注入點應與流量計保持一定距離, 使液體混合均勻。
    (6)接地
    由於電磁流量計的感應信號電壓很小, 容易受噪聲的影響,因此流量計必須良好接地。電磁流量計都配有接地環, 其作用是通過與液體接觸, 建立液體接地, 並且保護內襯, 隻有這樣才能保證傳感器的基準電位、轉換器/放大器的基準電位都與被測液體電位相同, 也與地電位相同, 減少噪聲對測量結果的影響。必須強調, 電磁流量計一定要單獨接地。因為若與其他儀表或電氣裝置共同接地,接地線中的漏電流對測量信號將產生串模幹擾,嚴重時流量計將無法工作。另外, 接地點應遠離大型用電器, 避免地電流串入流量計, 造成幹擾源。
    此外,在安裝過程中還應注意:焊接時千萬不可碰傷流量計裏麵的電極和橡膠襯裏(電極一般為兩粒白色金屬點),安裝流量計時,法蘭之間應加橡膠墊圈,以防漏水。陰雨天應避免室外接線。
3新電磁流量計的使用
3.1機接線
    一般的過程測量儀表都是二線製儀表, 電源和信號共用兩根電線。而電磁流量計則采用四線製,電源與信號線分開,既可用直流供電也可用交流供電,輸出信號既有電流信號也有脈衝和報警信號,接線時必須注意,不能將電源線和信號線接錯, 以免損壞流量計。
3.2機參數設置
    電磁流量計從與流體的流速相對應的微小感應電壓中計算出體積流量, 並輸出1 個4 ~20mA的信號。為保證獲得正確的信號,使用前必須設定3個參數,即通徑、儀表係數和流量量程, 其中前2 個參數出廠時已經校好, 用戶不需要設定,而流量量程即輸出電流為20mA時的瞬時流量值,使用前必須進行標定。此外,流量計的顯示模式、報警模式等也必須設定。流量計的參數設置(組態)有兩種方法:其一是利用顯示麵板上的按鍵,其二則是利用手持智能終端。
3.2.1機麵板按鍵設定
    ADMAG AE係列電磁流量計一般都配有顯示麵板,其上有6位LCD顯示器、3隻按鍵和狀態指示燈等。數據顯示類型有三種模式:流量數據顯示模式、設定模式和報警顯示模式。利用SET、SHIFT和INC三個鍵的組合就可以設定所有的參數,如顯示模式、顯示單位、量程等。具體設定應參照電磁流量計的使用手冊。
3.2.2機BT智能終端設定
    具有智能通信功能的儀表能與智能終端通信。橫河的智能終端有BT100、BT200等型號,簡稱BT智能終端,它們采用BRAIN 協議,將1個±2mA、2.4kHz的調製信號迭加到4 ~20mA的模擬信號上用作信號傳輸。由於調製信號是交流信號,所以迭加不會影響模擬信號的數值。
    BT智能終端與流量計的連接有兩種方式: 其一是直接與流量計端蓋下麵的BT端子相連, 這種方式適用於現場調試或流量計不具備智能通信功能的情況;其二是與4~20mA直流信號線的連接,BT智能終端可以連接在從控製櫃到流量計信號線的任何位置, 最大距離可達2km,隻要保證整個回路的負載電阻在250~750Ω之間,就可以可靠地通信。這種方式操作者不必去現場,在控製室就可對流量計進行設置和在線監測, 是使用最多的一種方式。BT智能終端采用菜單式操作,可以隨時顯示和修改電磁流量計的各種參數, 其基本的操作有:
    (1)流量計自檢:任何流量計在使用以前或出現故障時, 應首先進行自檢, 利用流量計的自檢功能, 可以了解流量計的狀態, 確定故障的內容和範圍, 以便檢修和維護。隻有自檢正常的儀表才可正常工作。
    (2)量程調整:流量計在使用以前和使用一段時間以後, 必須調校零點和量程, 保證流量計輸出的20mA對應最大瞬時流量。無流量時輸出為4mA,即獲得一個與流量成正比的4 ~20mA 信號, 減少測量和轉換誤差。
    (3)顯示方式設置:流量計的顯示方式可以根據需要進行設置, 如顯示的位數、顯示的單位、顯示瞬時流量或累積流量、顯示量值的大小或其百分比等,用戶可根據需要選擇。
    (4)報警設置:可以預先根據需要設定報警電流的大小, 選擇報警輸出的方式, 設定報警狀態等, 以便出現故障時提醒操作者及時處理, 避免故障進一步擴大。
    (5)其它設置:操作者還可根據實際情況設定流量計的時間常數, 消除脈動流, 改變液體的流向等。
4新電磁流量計常見故障及處理措施
4.1機液體中含有氣泡的現象
    現象:液體中含有氣泡現象導致測量不準或測量值波動(輸出波動)。
    成因: 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) 轉變成遊離狀氣泡兩種途徑。若液體中含有較大氣泡,則因擦過電極時能遮蓋整個電極,使流量信號輸入回路瞬間開路, 導致輸出信號出現晃動。
    判別方法:簡單判別方法是當遇到晃動時,切斷磁場勵磁回路電流,如果此時儀表依然有顯示且不穩定時,說明大多是由於氣泡影響造成。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,但該測試需要靠專業人員長期積累的測試經驗和數據。
    解決方法:對於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係高點而滯留氣體或外界吸入空氣造成流量計晃動的話, 更換安裝位置是最徹底的解決方法,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,建議在流量計上遊安裝集氣包和排氣閥。
4.2機電極腐蝕
    現象: 在排除氣泡的因素後有因電極腐蝕而造成測量值晃動的情況, 且都以傳感器失效而告終。
    成因: 由於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。
    判別方法: 由於電極材料不耐腐蝕所造成的故障隻有在電極被腐蝕後才會表現出來, 之前通常無法判別。
    解決方法:隻有更換新的電極。傳統的電極腐蝕故障診斷處理都屬於事後維護處理的方法。
4.3機電極結垢
    現象:應用於原水和汙水等計量環境,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。
    成因:當被測介質的粘度較高時,易在管壁附著和沉澱,若附著的介質是非導電物質,就形成AG贵宾厅日常所說的電極結垢, 使電極開路而不能工作。
    解決方法: 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。
4.4機外部強電磁場幹擾
    現象: 信號失真, 輸出信號表現非線性或信號晃動。過氧成因:由於流量信號小易受外界幹擾影響,而幹擾源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場等。電磁流量計的設計製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,強磁場幹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並形成雜散磁場而影響輸出的線性度。電場幹擾則是由於噪聲破壞測量管內電勢平衡造成輸出信號波動異常。過氧判別方法: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幹擾影響,反之也有可能是電磁流量計本身的電器故障。對電場幹擾,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幹擾。
    解決方法:防止磁場幹擾,通常隻有將電磁流量傳感器的安裝位置遠離強磁場源。強電場幹擾的防止,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。
    總之,電磁流量計以其穩定性好和精確度高、可雙向計量等優點廣泛應用於給水的計量中。但由於其操作有一定的隱蔽性,以及其測量的非直觀性,常常使用戶對使用電磁流量計進行計量的水量產生種種懷疑進而引起糾紛。因此,若電磁流量計用作流體計量結算時,應加強儀表安裝前的依法管理工作。此外,電磁流量計還存在一些局限性,如工作溫度一般不高於120℃、不能測量蒸汽等。全麵了解電磁流量計的特點,有助於AG贵宾厅更好的使用。

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