尿素流量計(jì)的原理以及構(gòu)成故障檢查和步驟

摘要：本文描述了尿素流量計(jì)的原理以及構(gòu)成，詳細(xì)講解了尿素流量計(jì)整機(jī)裝配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分析了尿素流量計(jì)各種故障現(xiàn)象，并具體的講解了檢查方法和步驟，并總結(jié)了尿素流量計(jì)維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，為用戶提供了很好的指導(dǎo)方案。
尿素流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱EMF）是利用法拉*電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。50年代初尿素流量計(jì)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年來**范圍尿素流量計(jì)產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jī)x表臺(tái)數(shù)的5%～6.5%。
1、尿素流量計(jì)的原理
1.1 尿素流量計(jì)的工作原理
尿素流量計(jì)的基本原理是法拉*電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體兩端會(huì)感應(yīng)一個(gè)與磁場(chǎng)方向和導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相互垂直的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與感應(yīng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)速度成正比。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)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(yīng)電勢(shì)，其值如下式：
E=K×B×D×V
式中 E---感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即流量信號(hào)，V。
K---傳感器的修正系數(shù)。
B---磁感應(yīng)強(qiáng)度，T。
C---電*間距及測(cè)量管內(nèi)徑，m。
D---導(dǎo)電介質(zhì)的平均流速，m/s。

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)“E”是通過裝在內(nèi)管道壁上的兩個(gè)電*來檢測(cè)的，并通過連接在電*上的引線將感應(yīng)到的“E”信號(hào)傳至轉(zhuǎn)換器的信號(hào)處理單元，將信號(hào)進(jìn)行放大，通過單片機(jī)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)流量、流速的顯示，并轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)、頻率信號(hào)以及所需要的各種報(bào)警信號(hào)輸出，隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，尿素流量計(jì)也正在從單機(jī)儀表逐步走向網(wǎng)絡(luò)化儀表的過渡，可方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試，監(jiān)測(cè)及工業(yè)過程自動(dòng)化處理。
1.2 尿素流量計(jì)的組成
尿素流量計(jì)主要由電磁流量傳感器和電磁流量轉(zhuǎn)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(cè)介質(zhì)的管道上，將導(dǎo)電介質(zhì)的流速（流量）線性的變換成感應(yīng)電勢(shì)“E”信號(hào)。轉(zhuǎn)換器向傳感器提供工作磁場(chǎng)的勵(lì)磁電流，并接受感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)，并將信號(hào)進(jìn)行一系列的處理，轉(zhuǎn)換成電流、頻率信號(hào)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(lì)磁方式?jīng)Q定，一般由4部分組成。
1）測(cè)量管：被測(cè)介質(zhì)流過的通道。一般由內(nèi)襯絕緣襯里的非導(dǎo)磁材料、非導(dǎo)磁性金屬管子（通常使用不銹鋼）構(gòu)成。
2）工作磁場(chǎng)：由勵(lì)磁線圈通電產(chǎn)生。勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁線圈、*靴板、磁軛等構(gòu)成；勵(lì)磁線圈通電后產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，其直接安裝在導(dǎo)管上，并與電*軸線垂直，磁場(chǎng)的分布將會(huì)影響到電磁流量的線性和重復(fù)性。磁軛是使磁力線均勻的分布到電*軸線的垂直面上，以提高傳感器的測(cè)量精度和測(cè)量穩(wěn)定性。
3）信號(hào)檢測(cè)部分：包括電*、電*引出線、電*屏蔽罩和接線端子盒等；電*直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，感應(yīng)電壓信號(hào)通過電*輸出到轉(zhuǎn)換器的信號(hào)處理單元。
4）殼體：起磁路與外界隔離、保護(hù)作用。
1.2.2 電磁流量轉(zhuǎn)換器
傳感器產(chǎn)生的電*信號(hào)或測(cè)得的電壓，其數(shù)值(或信號(hào))*其微弱，通常為μV到mV，并且干擾成分相當(dāng)復(fù)雜，信號(hào)幅度直接受到磁場(chǎng)變動(dòng)的影響，故感應(yīng)信號(hào)不能直接用于流量的顯示。而轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將傳感器測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行濾波、整形、放大，提取真正反應(yīng)流速大小的電壓信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以直接處理的數(shù)字信號(hào)。轉(zhuǎn)換器一般由低頻矩形波（雙頻、高頻）恒流源勵(lì)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(chǔ)器、鍵盤顯示驅(qū)動(dòng)和數(shù)字通訊電路、輔助功能如勵(lì)磁報(bào)警、空管報(bào)警電路、電源電路等。轉(zhuǎn)換器的一般輸出類型有4mA～20mA輸出、頻率/脈沖輸出及上下限和異常報(bào)警輸出等。它還可以通過相應(yīng)的數(shù)字接口如：RS485、HART通訊、PROFIBUS-PA（現(xiàn)場(chǎng)總線）傳遞數(shù)字信號(hào)，直接用于過程系統(tǒng)當(dāng)中。轉(zhuǎn)換器的類型從勵(lì)磁方法上可分為恒流源勵(lì)磁和磁場(chǎng)變動(dòng)補(bǔ)償方式，一般常用的是恒流源勵(lì)磁，它為勵(lì)磁線圈提供一個(gè)恒定的電流。現(xiàn)在的尿素流量計(jì)通常采用直流脈沖方波勵(lì)磁，以保證尿素流量計(jì)的低功耗。
1.3 尿素流量計(jì)的特點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尿素流量計(jì)的測(cè)量通道是一段無阻流檢測(cè)件的光滑直管，因不易阻塞適用于測(cè)量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。
尿素流量計(jì)因其沒有節(jié)流件，被測(cè)介質(zhì)在傳感器測(cè)量管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失，僅消耗10W～20W的電功率，節(jié)能效果顯著，對(duì)于要求低阻力損失的大管徑供水管道*為適合。
尿素流量計(jì)所測(cè)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(dǎo)率（只要在某閾值以上）變化明顯的影響。
尿素流量計(jì)測(cè)量范圍度大，無起始流量的限制，可以測(cè)量接近于零的及小流量，對(duì)于同一口徑的傳感器，滿量程流速在15m/s以下任意設(shè)定，可選流量范圍寬。
尿素流量計(jì)的口徑范圍比其他品種流量?jī)x表寬，從幾毫米到3m。可測(cè)正反雙向流量，儀表輸出本質(zhì)上是線性的，在保證直管段的前提下具有相同的測(cè)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(yīng)用于腐蝕性流體。
缺點(diǎn)：
尿素流量計(jì)不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體，一般電導(dǎo)率在5μS/cm以下的介質(zhì)，如石油制品和有機(jī)溶劑等。不能測(cè)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(jì)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(hào)儀表用于過低于室溫的液體，因測(cè)量管外凝露（或霜）而破壞絕緣。
2、尿素流量計(jì)的應(yīng)用
尿素流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程。中小口徑常用于難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所，如：測(cè)量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液等。小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。
3、尿素流量計(jì)的整機(jī)裝配與檢測(cè)
3.1 電磁流量轉(zhuǎn)換器的檢測(cè)
檢查購(gòu)進(jìn)的電磁流量轉(zhuǎn)換器的整體性能和技術(shù)指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，所使用的儀器：臺(tái)式電流表、頻率計(jì)、萬用表、尿素流量計(jì)模擬信號(hào)器。按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和外購(gòu)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)協(xié)議，對(duì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行復(fù)檢，檢驗(yàn)的內(nèi)容如下。
3.1.1 對(duì)于RPmag60系列及智能型尿素流量計(jì)轉(zhuǎn)換器需查
---外觀檢查
裝配合理，電路板焊接符合標(biāo)準(zhǔn)，液晶顯示板無較明顯的劃痕。
---功能性檢查
*先輸入用戶密碼，檢查儀表是否能設(shè)置和調(diào)整。主要檢查項(xiàng)目如下：測(cè)量管道口徑、儀表量程設(shè)置、測(cè)量阻尼時(shí)間、測(cè)量方向設(shè)定、流量零點(diǎn)修正、小信號(hào)切除點(diǎn)、流量積算顯示、電流輸出類型、脈沖輸出方式、脈沖單位當(dāng)量、頻率輸出范圍、空管報(bào)警允許、空管報(bào)警閾值、上、下限報(bào)警允許、上、下限報(bào)警數(shù)值、傳感器系數(shù)值、勵(lì)磁方式選擇、流量標(biāo)定系數(shù)、儀表計(jì)算系數(shù)、電流零點(diǎn)修正、電流滿度修正、出廠標(biāo)定系數(shù)。
---技術(shù)指標(biāo)檢查
用頻率計(jì)和萬用表觀察輸出頻率和輸出電流是否與模擬信號(hào)器輸入的流速信號(hào)一致，并與轉(zhuǎn)換器的原始記錄一致。
以上各項(xiàng)合格之后，將轉(zhuǎn)換器接上模擬信號(hào)源，通電進(jìn)行老化，時(shí)間為168h。
3.1.2 對(duì)于西門子尿素流量計(jì)轉(zhuǎn)換器（SITRANSFM系列轉(zhuǎn)換器）需查
---外觀檢查
記下轉(zhuǎn)換器的類型（MLFB編號(hào)），轉(zhuǎn)換器的系列號(hào)。
---計(jì)量性能檢查
轉(zhuǎn)換器接收信號(hào)端與模擬流量信號(hào)發(fā)生器相連，接收勵(lì)磁信號(hào)的兩個(gè)接收端與模擬流量信號(hào)發(fā)生器對(duì)應(yīng)端相連，模擬流量信號(hào)發(fā)生器一般使用1.55m/s，內(nèi)部程序?qū)懭霝镈N50；轉(zhuǎn)換器的流量顯示值是否和模擬流量信號(hào)發(fā)生器設(shè)置的流量一致。
---轉(zhuǎn)換器的標(biāo)識(shí)檢查
接通電源，查看轉(zhuǎn)換器MLFB編碼是否與轉(zhuǎn)換器外部提供的編碼相一致，查看無誤后，裝袋入庫(kù)。
3.2 整機(jī)裝配與檢測(cè)在尿素流量計(jì)計(jì)量標(biāo)定完成后，需進(jìn)行整機(jī)裝配工作，整機(jī)裝配之前，轉(zhuǎn)換器和傳感器要一一對(duì)應(yīng)。下面以西門子尿素流量計(jì)整機(jī)裝配為例，具體步驟如下。
3.2.1 西門子尿素流量計(jì)一體型整機(jī)裝配和檢測(cè)
---在傳感器的SMART-PLUG信號(hào)傳輸小板上插入寫好的PIC12C509A芯片，打開轉(zhuǎn)換器液晶顯示板，拔下用于勵(lì)磁傳輸?shù)亩俗樱瑢⒔釉趥鞲衅魃系膭?lì)磁端子插入。
---接電源：此時(shí)要注意轉(zhuǎn)換器是220V電源還是24V電源，若接錯(cuò)電源將會(huì)燒壞轉(zhuǎn)換器電源保險(xiǎn)。
---開機(jī)時(shí)查看傳感器序列號(hào)（如99900102）能否出現(xiàn)，初步判斷轉(zhuǎn)換器和傳感器通訊傳輸是否正常，隨后查看出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換器出廠編號(hào)是否與轉(zhuǎn)換器銘*上的編號(hào)一致。
---查看轉(zhuǎn)換器上的菜單
為避免寫PIC12C509A程序時(shí)出錯(cuò)，要驗(yàn)證6.7.2、6.7.3、6.7.4、5.2.6.1是否與標(biāo)定值或?qū)嶋H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(biāo)定值）
＊6.7.3 ZPH值（液壓零點(diǎn)的水標(biāo)定值）
＊6.7.4 勵(lì)磁頻率（勵(lì)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(lì)磁電壓（勵(lì)磁電壓的控制值，一般在23000~30000）
＊5.2.6.1 通徑（傳感器的內(nèi)部通經(jīng)，及兩個(gè)電*之間的距離，從SMART-PLUG中讀取）
---查看各項(xiàng)參數(shù)值正確之后，在傳感器上用于傳輸信號(hào)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(zhuǎn)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(lì)磁線，使勵(lì)磁線和管道相連，造成勵(lì)磁電壓為零，故需再查一遍菜單6.5.1勵(lì)磁電壓一項(xiàng)。
---以上工序完成之后，將事先打好的標(biāo)簽分別貼到轉(zhuǎn)換器和傳感器上，裝接地釘。
3.2.2 西門子尿素流量計(jì)分體型整機(jī)裝配和檢測(cè)
在進(jìn)行西門子尿素流量計(jì)分體型整機(jī)裝配和檢測(cè)之前，以及在水標(biāo)定之前，將傳感器和轉(zhuǎn)換器分別接上接線盒和端子板。具體裝配和檢測(cè)如下：
---打開接在傳感器接線盒上的端子板，將事先寫好的PIC12C509A芯片插入SMART-PLUG小板上，后連接好傳輸扁平電纜。
---將轉(zhuǎn)換器接好電源，注意事項(xiàng)同一體型。
---將用于檢測(cè)傳輸是否正確的三芯勵(lì)磁電纜線和五芯信號(hào)電纜線按如下表格1連接：切記轉(zhuǎn)換器和傳感器上的電纜線連接一定要一一對(duì)應(yīng)。

---接好電纜線后，打開電源，檢查尿素流量計(jì)各項(xiàng)參數(shù)是否正確，方法同一體型。
---插下各端子板上的電纜線，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盒上，此時(shí)要注意勵(lì)磁線不能被壓在端子板和鋁環(huán)之間，否則勵(lì)磁線短路，將燒壞勵(lì)磁保險(xiǎn)，接好端子板后，使用萬用表歐姆檔測(cè)量5、6、7端子之間的絕緣性能，5、6端子為勵(lì)磁線，阻值為16Ω左右，5、7和6、7阻值為無窮大。
---分體型尿素流量計(jì)防護(hù)等級(jí)分IP67和IP68，IP67型防護(hù)等級(jí)為防塵、防浸水級(jí)，IP68為防塵防潛水級(jí)。若防護(hù)等級(jí)為IP68型，則需要接西門子防水電纜線。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(nèi)部。
以上工序完成之后，將標(biāo)簽分別貼到轉(zhuǎn)換器和傳感器上，裝接地釘。
4 尿素流量計(jì)的常見故障檢查和分析
尿素流量計(jì)運(yùn)行中產(chǎn)生故障的*一類為儀表本身故障，即儀表結(jié)構(gòu)件或元器件損壞引起的故障；*二類為外界原因引起的故障，如：安裝不妥，管道內(nèi)有沉積和污垢等。尿素流量計(jì)常見故障現(xiàn)象有：無流量信號(hào)、輸出晃動(dòng)、零點(diǎn)不穩(wěn)、流量測(cè)量值與應(yīng)用參比值不符（測(cè)量值與用戶的工藝參數(shù)不相符）、輸出信號(hào)超滿度值等。通常檢查整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)和判斷故障的程序如圖2所示。檢查環(huán)節(jié)包括尿素流量計(jì)本身的傳感器和轉(zhuǎn)換器以及連接兩者的電纜，尿素流量計(jì)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(nèi)容如下：
---電阻法：
＊保險(xiǎn)絲的通斷
＊傳輸信號(hào)電纜和勵(lì)磁電纜的通斷
＊?jiǎng)?lì)磁線圈的通斷
＊電*對(duì)稱性測(cè)量
＊電*對(duì)地的絕緣電阻
＊?jiǎng)?lì)磁線圈對(duì)地的絕緣電阻
---電流法：
＊測(cè)量勵(lì)磁電流
＊測(cè)量輸出電流
---電壓法：判別工作電源（包括供電和轉(zhuǎn)換器本身電源）是否正確。
---波形法：在熟悉線路基礎(chǔ)上測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)波形，判別故障所在。
---替代法：利用轉(zhuǎn)換器和傳感器間以及轉(zhuǎn)換器內(nèi)各線路板部件間的互換性，以替代法判別故障所在位置。
---信號(hào)跟蹤法：用流量模擬信號(hào)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(hào)，以測(cè)試電磁流量轉(zhuǎn)換器。
4、結(jié)束語
國(guó)內(nèi)的尿素流量計(jì)工業(yè)應(yīng)用從20世紀(jì)60年代開始，隨著工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尿素流量計(jì)已應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品、電力、污水處理等多行業(yè)。因此，尿素流量計(jì)有很大的市場(chǎng)發(fā)展前景，對(duì)于其所具有的獨(dú)特性，生產(chǎn)廠家必須對(duì)每一道工序嚴(yán)格把關(guān)，并不斷提高自身產(chǎn)品的優(yōu)越性。

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