尿素流量計的原理以及構(gòu)成故障檢查和步驟

摘要：本文描述了尿素流量計的原理以及構(gòu)成，詳細講解了尿素流量計整機裝配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分析了尿素流量計各種故障現(xiàn)象，并具體的講解了檢查方法和步驟，并總結(jié)了尿素流量計維護的經(jīng)驗，為用戶提供了很好的指導(dǎo)方案。
尿素流量計（以下簡稱EMF）是利用法拉*電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。50年代初尿素流量計實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年來**范圍尿素流量計產(chǎn)量約占工業(yè)流量儀表臺數(shù)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(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場中切割磁力線運動時，在導(dǎo)體兩端會感應(yīng)一個與磁場方向和導(dǎo)體運動方向相互垂直的感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢的大小與感應(yīng)強度和運動速度成正比。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢，其值如下式：
E=K×B×D×V
式中 E---感應(yīng)電動勢，即流量信號，V。
K---傳感器的修正系數(shù)。
B---磁感應(yīng)強度，T。
C---電*間距及測量管內(nèi)徑，m。
D---導(dǎo)電介質(zhì)的平均流速，m/s。

感應(yīng)電動勢“E”是通過裝在內(nèi)管道壁上的兩個電*來檢測的，并通過連接在電*上的引線將感應(yīng)到的“E”信號傳至轉(zhuǎn)換器的信號處理單元，將信號進行放大，通過單片機進行處理，實現(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、頻率信號以及所需要的各種報警信號輸出，隨著通訊技術(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)化儀表的過渡，可方便的實現(xiàn)遠程調(diào)試，監(jiān)測及工業(yè)過程自動化處理。
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(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“E”信號。轉(zhuǎn)換器向傳感器提供工作磁場的勵磁電流，并接受感應(yīng)電勢信號，并將信號進行一系列的處理，轉(zhuǎn)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：由勵磁線圈通電產(chǎn)生。勵磁系統(tǒng)主要由勵磁線圈、*靴板、磁軛等構(gòu)成；勵磁線圈通電后產(chǎn)生恒定的磁場，其直接安裝在導(dǎo)管上，并與電*軸線垂直，磁場的分布將會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，以提高傳感器的測量精度和測量穩(wěn)定性。
3）信號檢測部分：包括電*、電*引出線、電*屏蔽罩和接線端子盒等；電*直接與被測介質(zhì)接觸，感應(yīng)電壓信號通過電*輸出到轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器
傳感器產(chǎn)生的電*信號或測得的電壓，其數(shù)值(或信號)*其微弱，通常為μV到mV，并且干擾成分相當(dāng)復(fù)雜，信號幅度直接受到磁場變動的影響，故感應(yīng)信號不能直接用于流量的顯示。而轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將傳感器測得的信號進行濾波、整形、放大，提取真正反應(yīng)流速大小的電壓信號，這個信號通過A/D轉(zhuǎn)換成計算機可以直接處理的數(shù)字信號。轉(zhuǎn)換器一般由低頻矩形波（雙頻、高頻）恒流源勵磁電路、差動前置放大器、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、鍵盤顯示驅(qū)動和數(shù)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(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)場總線）傳遞數(shù)字信號，直接用于過程系統(tǒng)當(dāng)中。轉(zhuǎn)換器的類型從勵磁方法上可分為恒流源勵磁和磁場變動補償方式，一般常用的是恒流源勵磁，它為勵磁線圈提供一個恒定的電流?，F(xiàn)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
優(yōu)點：
結(jié)構(gòu)簡單，尿素流量計的測量通道是一段無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。
尿素流量計因其沒有節(jié)流件，被測介質(zhì)在傳感器測量管道內(nèi)流動時，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(jié)能效果顯著，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。
尿素流量計測量范圍度大，無起始流量的限制，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。
尿素流量計的口徑范圍比其他品種流量儀表寬，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(yīng)用于腐蝕性流體。
缺點：
尿素流量計不能測量電導(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(yīng)用
尿素流量計應(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流體或高要求場所，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(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場所。
3、尿素流量計的整機裝配與檢測
3.1 電磁流量轉(zhuǎn)換器的檢測
檢查購進的電磁流量轉(zhuǎn)換器的整體性能和技術(shù)指標(biāo)是否符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，所使用的儀器：臺式電流表、頻率計、萬用表、尿素流量計模擬信號器。按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和外購轉(zhuǎn)換器的技術(shù)協(xié)議，對轉(zhuǎn)換器進行復(fù)檢，檢驗的內(nèi)容如下。
3.1.1 對于RPmag60系列及智能型尿素流量計轉(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。主要檢查項目如下：測量管道口徑、儀表量程設(shè)置、測量阻尼時間、測量方向設(shè)定、流量零點修正、小信號切除點、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、空管報警允許、空管報警閾值、上、下限報警允許、上、下限報警數(shù)值、傳感器系數(shù)值、勵磁方式選擇、流量標(biāo)定系數(shù)、儀表計算系數(shù)、電流零點修正、電流滿度修正、出廠標(biāo)定系數(shù)。
---技術(shù)指標(biāo)檢查
用頻率計和萬用表觀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(zhuǎn)換器的原始記錄一致。
以上各項合格之后，將轉(zhuǎn)換器接上模擬信號源，通電進行老化，時間為168h。
3.1.2 對于西門子尿素流量計轉(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），轉(zhuǎn)換器的系列號。
---計量性能檢查
轉(zhuǎn)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接收端與模擬流量信號發(fā)生器對應(yīng)端相連，模擬流量信號發(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發(fā)生器設(shè)置的流量一致。
---轉(zhuǎn)換器的標(biāo)識檢查
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。
3.2 整機裝配與檢測在尿素流量計計量標(biāo)定完成后，需進行整機裝配工作，整機裝配之前，轉(zhuǎn)換器和傳感器要一一對應(yīng)。下面以西門子尿素流量計整機裝配為例，具體步驟如下。
3.2.1 西門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好的PIC12C509A芯片，打開轉(zhuǎn)換器液晶顯示板，拔下用于勵磁傳輸?shù)亩俗?，將接在傳感器上的勵磁端子插入?br /> ---接電源：此時要注意轉(zhuǎn)換器是220V電源還是24V電源，若接錯電源將會燒壞轉(zhuǎn)換器電源保險。
---開機時查看傳感器序列號（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)換器出廠編號是否與轉(zhuǎn)換器銘*上的編號一致。
---查看轉(zhuǎn)換器上的菜單
為避免寫PIC12C509A程序時出錯，要驗證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（液壓零點的水標(biāo)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(nèi)部通經(jīng)，及兩個電*之間的距離，從SMART-PLUG中讀?。?br /> ---查看各項參數(shù)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，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，有時會壓到勵磁線，使勵磁線和管道相連，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(biāo)簽分別貼到轉(zhuǎn)換器和傳感器上，裝接地釘。
3.2.2 西門子尿素流量計分體型整機裝配和檢測
在進行西門子尿素流量計分體型整機裝配和檢測之前，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，注意事項同一體型。
---將用于檢測傳輸是否正確的三芯勵磁電纜線和五芯信號電纜線按如下表格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應(yīng)。

---接好電纜線后，打開電源，檢查尿素流量計各項參數(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，此時要注意勵磁線不能被壓在端子板和鋁環(huán)之間，否則勵磁線短路，將燒壞勵磁保險，接好端子板后，使用萬用表歐姆檔測量5、6、7端子之間的絕緣性能，5、6端子為勵磁線，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 尿素流量計的常見故障檢查和分析
尿素流量計運行中產(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。尿素流量計常見故障現(xiàn)象有：無流量信號、輸出晃動、零點不穩(wěn)、流量測量值與應(yīng)用參比值不符（測量值與用戶的工藝參數(shù)不相符）、輸出信號超滿度值等。通常檢查整個測量系統(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：
＊保險絲的通斷
＊傳輸信號電纜和勵磁電纜的通斷
＊勵磁線圈的通斷
＊電*對稱性測量
＊電*對地的絕緣電阻
＊勵磁線圈對地的絕緣電阻
---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(zhuǎn)換器本身電源）是否正確。
---波形法：在熟悉線路基礎(chǔ)上測量關(guān)鍵點波形，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)未流動的情況下提供流量信號，以測試電磁流量轉(zhuǎn)換器。
4、結(jié)束語
國內(nèi)的尿素流量計工業(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，尿素流量計有很大的市場發(fā)展前景，對于其所具有的獨特性，生產(chǎn)廠家必須對每一道工序嚴(yán)格把關(guān)，并不斷提高自身產(chǎn)品的優(yōu)越性。

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