尿素流量計的原理以及構成故障檢查和步驟

摘要：本文描述了尿素流量計的原理以及構成，詳細講解了尿素流量計整機裝配的關(guān)鍵環(huán)節，分析了尿素流量計各種故障現象，并具體的講解了檢查方法和步驟，并總結了尿素流量計維護的經(jīng)驗，為用戶(hù)提供了很好的指導方案。
尿素流量計（以下簡(jiǎn)稱(chēng)EMF）是利用法拉*電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。50年代初尿素流量計實(shí)現了工業(yè)化應用，近年來(lái)**范圍尿素流量計產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jì)x表臺數的5%～6.5%。
1、尿素流量計的原理
1.1 尿素流量計的工作原理
尿素流量計的基本原理是法拉*電磁感應定律，即導體在磁場(chǎng)中切割磁力線(xiàn)運動(dòng)時(shí)，在導體兩端會(huì )感應一個(gè)與磁場(chǎng)方向和導體運動(dòng)方向相互垂直的感應電動(dòng)勢。感應電動(dòng)勢的大小與感應強度和運動(dòng)速度成正比。導電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測量管內流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應電勢，其值如下式：
E=K×B×D×V
式中 E---感應電動(dòng)勢，即流量信號，V。
K---傳感器的修正系數。
B---磁感應強度，T。
C---電*間距及測量管內徑，m。
D---導電介質(zhì)的平均流速，m/s。

感應電動(dòng)勢“E”是通過(guò)裝在內管道壁上的兩個(gè)電*來(lái)檢測的，并通過(guò)連接在電*上的引線(xiàn)將感應到的“E”信號傳至轉換器的信號處理單元，將信號進(jìn)行放大，通過(guò)單片機進(jìn)行處理，實(shí)現流量、流速的顯示，并轉換為統一的、標準的電流信號、頻率信號以及所需要的各種報警信號輸出，隨著(zhù)通訊技術(shù)的發(fā)展，尿素流量計也正在從單機儀表逐步走向網(wǎng)絡(luò )化儀表的過(guò)渡，可方便的實(shí)現遠程調試，監測及工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化處理。
1.2 尿素流量計的組成
尿素流量計主要由電磁流量傳感器和電磁流量轉換器組成，連接方式分為一體型和分體型。傳感器安裝在所測介質(zhì)的管道上，將導電介質(zhì)的流速（流量）線(xiàn)性的變換成感應電勢“E”信號。轉換器向傳感器提供工作磁場(chǎng)的勵磁電流，并接受感應電勢信號，并將信號進(jìn)行一系列的處理，轉換成電流、頻率信號輸出。
1.2.1 電磁流量傳感器
電磁流量傳感器的形式主要由勵磁方式?jīng)Q定，一般由4部分組成。
1）測量管：被測介質(zhì)流過(guò)的通道。一般由內襯絕緣襯里的非導磁材料、非導磁性金屬管子（通常使用不銹鋼）構成。
2）工作磁場(chǎng)：由勵磁線(xiàn)圈通電產(chǎn)生。勵磁系統主要由勵磁線(xiàn)圈、*靴板、磁軛等構成；勵磁線(xiàn)圈通電后產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，其直接安裝在導管上，并與電*軸線(xiàn)垂直，磁場(chǎng)的分布將會(huì )影響到電磁流量的線(xiàn)性和重復性。磁軛是使磁力線(xiàn)均勻的分布到電*軸線(xiàn)的垂直面上，以提高傳感器的測量精度和測量穩定性。
3）信號檢測部分：包括電*、電*引出線(xiàn)、電*屏蔽罩和接線(xiàn)端子盒等；電*直接與被測介質(zhì)接觸，感應電壓信號通過(guò)電*輸出到轉換器的信號處理單元。
4）殼體：起磁路與外界隔離、保護作用。
1.2.2 電磁流量轉換器
傳感器產(chǎn)生的電*信號或測得的電壓，其數值(或信號)*其微弱，通常為μV到mV，并且干擾成分相當復雜，信號幅度直接受到磁場(chǎng)變動(dòng)的影響，故感應信號不能直接用于流量的顯示。而轉換器的任務(wù)是將傳感器測得的信號進(jìn)行濾波、整形、放大，提取真正反應流速大小的電壓信號，這個(gè)信號通過(guò)A/D轉換成計算機可以直接處理的數字信號。轉換器一般由低頻矩形波（雙頻、高頻）恒流源勵磁電路、差動(dòng)前置放大器、主放大器、同步采樣和保持電路、模擬電流輸出和頻率輸出及流量積算的變換電路、CPU 與外圍存儲器、鍵盤(pán)顯示驅動(dòng)和數字通訊電路、輔助功能如勵磁報警、空管報警電路、電源電路等。轉換器的一般輸出類(lèi)型有4mA～20mA輸出、頻率/脈沖輸出及上下限和異常報警輸出等。它還可以通過(guò)相應的數字接口如：RS485、HART通訊、PROFIBUS-PA（現場(chǎng)總線(xiàn)）傳遞數字信號，直接用于過(guò)程系統當中。轉換器的類(lèi)型從勵磁方法上可分為恒流源勵磁和磁場(chǎng)變動(dòng)補償方式，一般常用的是恒流源勵磁，它為勵磁線(xiàn)圈提供一個(gè)恒定的電流?，F在的尿素流量計通常采用直流脈沖方波勵磁，以保證尿素流量計的低功耗。
1.3 尿素流量計的特點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
結構簡(jiǎn)單，尿素流量計的測量通道是一段無(wú)阻流檢測件的光滑直管，因不易阻塞適用于測量含有固體顆?；蚶w維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。
尿素流量計因其沒(méi)有節流件，被測介質(zhì)在傳感器測量管道內流動(dòng)時(shí)，不產(chǎn)生因檢測流量所形成的壓力損失，僅消耗10W～20W的電功率，節能效果顯著(zhù)，對于要求低阻力損失的大管徑供水管道*為適合。
尿素流量計所測得的體積流量，實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率（只要在某閾值以上）變化明顯的影響。
尿素流量計測量范圍度大，無(wú)起始流量的限制，可以測量接近于零的及小流量，對于同一口徑的傳感器，滿(mǎn)量程流速在15m/s以下任意設定，可選流量范圍寬。
尿素流量計的口徑范圍比其他品種流量?jì)x表寬，從幾毫米到3m?？蓽y正反雙向流量，儀表輸出本質(zhì)上是線(xiàn)性的，在保證直管段的前提下具有相同的測量精度。
耐腐蝕性能好，易于選擇與流體接觸件的材料品種，可應用于腐蝕性流體。
缺點(diǎn)：
尿素流量計不能測量電導率很低的液體，一般電導率在5μS/cm以下的介質(zhì)，如石油制品和有機溶劑等。不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。
通用型尿素流量計由于襯里材料和電氣絕緣材料限制，不能用于較高溫度的液體；有些型號儀表用于過(guò)低于室溫的液體，因測量管外凝露（或霜）而破壞絕緣。
2、尿素流量計的應用
尿素流量計應用領(lǐng)域廣泛，大口徑儀表較多應用于給排水工程。中小口徑常用于難測流體或高要求場(chǎng)所，如：測量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠(chǎng)的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強腐蝕液等。小口徑、微小口徑常用于醫藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛生要求的場(chǎng)所。
3、尿素流量計的整機裝配與檢測
3.1 電磁流量轉換器的檢測
檢查購進(jìn)的電磁流量轉換器的整體性能和技術(shù)指標是否符合設計標準，所使用的儀器：臺式電流表、頻率計、萬(wàn)用表、尿素流量計模擬信號器。按照企業(yè)標準和外購轉換器的技術(shù)協(xié)議，對轉換器進(jìn)行復檢，檢驗的內容如下。
3.1.1 對于RPmag60系列及智能型尿素流量計轉換器需查
---外觀(guān)檢查
裝配合理，電路板焊接符合標準，液晶顯示板無(wú)較明顯的劃痕。
---功能性檢查
*先輸入用戶(hù)密碼，檢查儀表是否能設置和調整。主要檢查項目如下：測量管道口徑、儀表量程設置、測量阻尼時(shí)間、測量方向設定、流量零點(diǎn)修正、小信號切除點(diǎn)、流量積算顯示、電流輸出類(lèi)型、脈沖輸出方式、脈沖單位當量、頻率輸出范圍、空管報警允許、空管報警閾值、上、下限報警允許、上、下限報警數值、傳感器系數值、勵磁方式選擇、流量標定系數、儀表計算系數、電流零點(diǎn)修正、電流滿(mǎn)度修正、出廠(chǎng)標定系數。
---技術(shù)指標檢查
用頻率計和萬(wàn)用表觀(guān)察輸出頻率和輸出電流是否與模擬信號器輸入的流速信號一致，并與轉換器的原始記錄一致。
以上各項合格之后，將轉換器接上模擬信號源，通電進(jìn)行老化，時(shí)間為168h。
3.1.2 對于西門(mén)子尿素流量計轉換器（SITRANSFM系列轉換器）需查
---外觀(guān)檢查
記下轉換器的類(lèi)型（MLFB編號），轉換器的系列號。
---計量性能檢查
轉換器接收信號端與模擬流量信號發(fā)生器相連，接收勵磁信號的兩個(gè)接收端與模擬流量信號發(fā)生器對應端相連，模擬流量信號發(fā)生器一般使用1.55m/s，內部程序寫(xiě)入為DN50；轉換器的流量顯示值是否和模擬流量信號發(fā)生器設置的流量一致。
---轉換器的標識檢查
接通電源，查看轉換器MLFB編碼是否與轉換器外部提供的編碼相一致，查看無(wú)誤后，裝袋入庫。
3.2 整機裝配與檢測在尿素流量計計量標定完成后，需進(jìn)行整機裝配工作，整機裝配之前，轉換器和傳感器要一一對應。下面以西門(mén)子尿素流量計整機裝配為例，具體步驟如下。
3.2.1 西門(mén)子尿素流量計一體型整機裝配和檢測
---在傳感器的SMART-PLUG信號傳輸小板上插入寫(xiě)好的PIC12C509A芯片，打開(kāi)轉換器液晶顯示板，拔下用于勵磁傳輸的端子，將接在傳感器上的勵磁端子插入。
---接電源：此時(shí)要注意轉換器是220V電源還是24V電源，若接錯電源將會(huì )燒壞轉換器電源保險。
---開(kāi)機時(shí)查看傳感器序列號（如99900102）能否出現，初步判斷轉換器和傳感器通訊傳輸是否正常，隨后查看出現的轉換器出廠(chǎng)編號是否與轉換器銘*上的編號一致。
---查看轉換器上的菜單
為避免寫(xiě)PIC12C509A程序時(shí)出錯，要驗證6.7.2、6.7.3、6.7.4、5.2.6.1是否與標定值或實(shí)際的傳感器要求一致。
＊6.7.2 CFH值（1m/s液壓參比工作條件下的水標定值）
＊6.7.3 ZPH值（液壓零點(diǎn)的水標定值）
＊6.7.4 勵磁頻率（勵磁頻率取決于傳感器和電源，一般DN2~DN100為12Hz，DN125~DN600為6Hz，DN700~DN3000為3Hz）
＊6.5.1 勵磁電壓（勵磁電壓的控制值，一般在23000~30000）
＊5.2.6.1 通徑（傳感器的內部通經(jīng)，及兩個(gè)電*之間的距離，從SMART-PLUG中讀?。?br /> ---查看各項參數值正確之后，在傳感器上用于傳輸信號的扁平電纜的接口處用熱溶膠密封，以免在裝配或使用中扁平電纜脫落或松動(dòng)，待熱溶膠固化后，將轉換器和傳感器用配套螺絲上緊，由于在緊固螺絲時(shí)，有時(shí)會(huì )壓到勵磁線(xiàn)，使勵磁線(xiàn)和管道相連，造成勵磁電壓為零，故需再查一遍菜單6.5.1勵磁電壓一項。
---以上工序完成之后，將事先打好的標簽分別貼到轉換器和傳感器上，裝接地釘。
3.2.2 西門(mén)子尿素流量計分體型整機裝配和檢測
在進(jìn)行西門(mén)子尿素流量計分體型整機裝配和檢測之前，以及在水標定之前，將傳感器和轉換器分別接上接線(xiàn)盒和端子板。具體裝配和檢測如下：
---打開(kāi)接在傳感器接線(xiàn)盒上的端子板，將事先寫(xiě)好的PIC12C509A芯片插入SMART-PLUG小板上，后連接好傳輸扁平電纜。
---將轉換器接好電源，注意事項同一體型。
---將用于檢測傳輸是否正確的三芯勵磁電纜線(xiàn)和五芯信號電纜線(xiàn)按如下表格1連接：切記轉換器和傳感器上的電纜線(xiàn)連接一定要一一對應。

---接好電纜線(xiàn)后，打開(kāi)電源，檢查尿素流量計各項參數是否正確，方法同一體型。
---插下各端子板上的電纜線(xiàn)，在傳感器上與SMART小板相連的扁平電纜接口處密封熱溶膠，待熱溶膠固化后，將端子板固定在接線(xiàn)盒上，此時(shí)要注意勵磁線(xiàn)不能被壓在端子板和鋁環(huán)之間，否則勵磁線(xiàn)短路，將燒壞勵磁保險，接好端子板后，使用萬(wàn)用表歐姆檔測量5、6、7端子之間的絕緣性能，5、6端子為勵磁線(xiàn)，阻值為16Ω左右，5、7和6、7阻值為無(wú)窮大。
---分體型尿素流量計防護等級分IP67和IP68，IP67型防護等級為防塵、防浸水級，IP68為防塵防潛水級。若防護等級為IP68型，則需要接西門(mén)子防水電纜線(xiàn)。在傳感器接好防水電纜后需灌封膠，目的是防止水進(jìn)入傳感器內部。
以上工序完成之后，將標簽分別貼到轉換器和傳感器上，裝接地釘。
4 尿素流量計的常見(jiàn)故障檢查和分析
尿素流量計運行中產(chǎn)生故障的*一類(lèi)為儀表本身故障，即儀表結構件或元器件損壞引起的故障；*二類(lèi)為外界原因引起的故障，如：安裝不妥，管道內有沉積和污垢等。尿素流量計常見(jiàn)故障現象有：無(wú)流量信號、輸出晃動(dòng)、零點(diǎn)不穩、流量測量值與應用參比值不符（測量值與用戶(hù)的工藝參數不相符）、輸出信號超滿(mǎn)度值等。通常檢查整個(gè)測量系統和判斷故障的程序如圖2所示。檢查環(huán)節包括尿素流量計本身的傳感器和轉換器以及連接兩者的電纜，尿素流量計上位的工藝管道，下位顯示儀表和連接電纜。

通常采用的檢查方法及檢查內容如下：
---電阻法：
＊保險絲的通斷
＊傳輸信號電纜和勵磁電纜的通斷
＊勵磁線(xiàn)圈的通斷
＊電*對稱(chēng)性測量
＊電*對地的絕緣電阻
＊勵磁線(xiàn)圈對地的絕緣電阻
---電流法：
＊測量勵磁電流
＊測量輸出電流
---電壓法：判別工作電源（包括供電和轉換器本身電源）是否正確。
---波形法：在熟悉線(xiàn)路基礎上測量關(guān)鍵點(diǎn)波形，判別故障所在。
---替代法：利用轉換器和傳感器間以及轉換器內各線(xiàn)路板部件間的互換性，以替代法判別故障所在位置。
---信號跟蹤法：用流量模擬信號發(fā)生器替代傳感器，在介質(zhì)未流動(dòng)的情況下提供流量信號，以測試電磁流量轉換器。
4、結束語(yǔ)
國內的尿素流量計工業(yè)應用從20世紀60年代開(kāi)始，隨著(zhù)工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尿素流量計已應用于化工、醫藥、食品、電力、污水處理等多行業(yè)。因此，尿素流量計有很大的市場(chǎng)發(fā)展前景，對于其所具有的獨特性，生產(chǎn)廠(chǎng)家必須對每一道工序嚴格把關(guān)，并不斷提高自身產(chǎn)品的優(yōu)越性。

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