電磁流量計的原理與構造詳解

電磁流量計依托法拉第電磁感應定律進行流量測量，其工作機制類似于變壓器。當電源為勵磁線圈提供電流時，線圈產生的磁場會作用于導電介質，進而產生感應電勢。電壓信號與被測流體的流速呈正比，通過電極獲取并由轉換器轉換為標準的4-20mADC信號，實現流量顯示與控制。其構造主要包括傳感器和轉換器兩部分，如上圖所示。

電磁流量計的結構類型

電磁流量計可分為一體式和分體式兩種結構，這兩種類型的電磁流量計在故障現象與檢查方法上具有相似性。接下來，我們將結合圖示進行詳細介紹。在圖中，A和B代表流量信號，C為公共端，而SA和SB則是屏蔽端。此外，EX1和EX2表示激磁電源，G則為接地端。

電磁流量計的信號范圍通常為2.5-8mV，當流量較小時，信號可能僅為幾個微伏。在檢查故障時，應首先確認流量積算儀的工作狀態，然后依次檢查轉換器、傳感器以及測量管道，檢查順序如圖中虛線箭頭所示。對于大口徑的流量傳感器，由于更換工程繁重且影響范圍廣，因此必須進行細致的檢查，以確保準確判斷是否需要卸下傳感器進行維修或更換。

當電磁流量計顯示最小或無顯示時，可能是由于傳感器無法輸出流量信號所致。可能的原因包括電源故障、連接電纜問題、傳感器或轉換器元器件損壞，以及工藝原因如液體流動狀態改變或工藝管道內壁附著層出現問題。針對這些問題，可以采取相應的檢查和處理措施。
①首先，應觀察電磁流量計是否有故障報警顯示，并參照報警代碼進行相應的檢查和處理。若無報警顯示，則需檢查儀表的供電情況，包括確認開關是否合上、熔絲是否完好，以及使用萬用表測量各級電壓以判斷故障所在。

②在供電正常的情況下，進一步檢查連接電纜，包括激磁電纜和信號電纜，確保接線未松動、接線端子無氧化或腐蝕現象，必要時需緊固螺釘以確保連接良好。

③接著，檢查激磁線圈的電阻值是否正常，包括線圈是否開路、匝間是否短路，以及端子或線圈的絕緣電阻是否下降。使用萬用表測量激磁線圈EX1、EX2端子間的電阻值，并注意斷開與之相連的電纜線。同時，與原來的記錄值進行比較，以判斷是否存在匝間短路的情況。此外，還需注意傳感器安裝現場的環境因素，如激磁線圈回路絕緣電阻下降的問題，此時應檢查電纜密封圈、端子盒密封墊片是否受損，并采取相應措施如烘干處理來解決問題。

④對于新安裝或更換的傳感器，必須核對傳感器箭頭與流體方向的一致性，并配合工藝流程確定傳感器是否已充滿液體。傳感器的安裝位置對其能否充滿液體至關重要，因此必須嚴格按照規定進行安裝。

⑤若傳感器襯里層有污物附著導致電磁流量計絕緣電阻下降，可拆下傳感器進行觀察。若無法拆下傳感器，則可通過測量電極的接觸電阻和電極的極化電壓來間接檢查和判斷附著層狀況。在測量電極接觸電阻時，需注意必須有原始測量數據作為基礎進行比較分析。
電磁流量計兩電極的接觸電阻值之差若有所增加，這可能意味著其中一只電極的絕緣性能出現了顯著下降。當某電極的對地電阻值上升時，這往往是因為該電極表面被絕緣層所覆蓋。反之，若某電極的對地電阻值下降，則可能是由于電極表面或襯里表面附著了導電層積物所致。

在測量電磁流量計電極的接觸電阻時，應確保傳感器的接線已被斷開，且液體處于滿管狀態。使用指針萬用表時，應選用同一型號和量程，例如×1k擋。測量過程中，紅表筆應接地，黑表筆則接電極。讀取數據時，應在表筆接觸端子后立即進行，避免因極化而引入誤差。

此外，還可以通過測量電極的極化電壓來進一步判斷電極的狀態。數字萬用表的2VDC擋可用于此目的。若兩次測量值基本一致，則說明電極未受污染或未被層積物覆蓋；否則，則可能存在污染或覆蓋問題。請注意，極化電壓通常位于數毫伏至幾百毫伏的范圍內。
⑥若轉換器無法顯示流量測量信號，應首先檢查傳感器與轉換器的接線是否完好。若確認傳感器狀態良好，而懷疑轉換器存在問題，可嘗試使用備件或同型號正常電磁流量計的電路板進行替換，以進一步判斷問題所在。

(2)電磁流量計顯示最大值

電磁流量計顯示最大值，即流量指示超出量程上限，可能的原因有：信號回路斷路、連接電纜故障、接線錯誤等；傳感器與轉換器配套不正確；電磁流量計的設定錯誤。此外，工藝方面的問題，如管道內無流體流動，也可能導致此現象。針對這一問題，可采取以下檢查和處理方法：

①首先，對轉換器前后進行分割檢查，以縮小故障查找范圍。嘗試將轉換器的信號輸入端子A、B、C短接，若流量顯示為零，則說明轉換器及流量積算儀工作正常，故障可能存在于轉換器之前的部分。

②接下來，對傳感器的輸出信號線A、B、C進行短接，并再次觀察流量顯示。若流量依然為零，則說明信號電纜狀況良好。但若流量顯示仍為最大值，則保持A、B、C短接狀態，使用萬用表在轉換器的A、B、C端子處測量信號電纜及連接端子的電阻值，以判斷信號電纜是否正常。若信號電纜正常，則進行下一步檢查。
③使用萬用表測量電磁流量計兩電極的電阻值，若電阻值顯著增大或趨于無窮大，則可能表示傳感器的電極未被液體充分浸泡，即電極與液體接觸不良。這可能是由于測量管道未充滿液體所致，正常情況下，儀表應具備空管報警功能。

④若第③項檢查顯示正常，可利用過程校驗儀YR100進一步檢查電磁流量計的零點和滿度是否準確。同時，需核對設定參數，如管徑、量程、測量單位及儀表常數等，以確保其正確性。對于分體式電磁流量計，還需檢查傳感器與轉換器是否配套正確。

⑤若顯示儀表或轉換器出現故障，也可能導致流量顯示偏差。此時，可使用過程校驗儀YR-100進行詳細檢查。若懷疑轉換器有問題，可以嘗試用備用電路板替換當前電路板，從而判斷轉換器是否工作正常。

(3)電磁流量計顯示偏高或偏低

流量指示值與實際流量不符，可能的原因包括儀表零點未校準、設定不正確，傳感器安裝位置不當，傳感器前后的直管段長度不足，無法滿管或液體中混入氣泡。此外，傳感器電極電阻變化、信號電纜絕緣降低以及轉換器設定錯誤也可能導致此問題。

工藝方面的問題也不容忽視，如傳感器上下游流體流動狀況不佳也可能影響流量顯示。針對這些可能的原因，可采取相應的檢查和處理措施來確保電磁流量計的準確顯示。
①電磁流量計的測量準確性，不僅依賴于工藝人員的經驗判斷，更需根據校準數據和時間來進行科學評判。因此，在處理問題時，應參考歷史測量數據，與其它流量計的測量結果進行對比，并結合工藝流程的物料平衡來綜合分析，以確保工藝與儀器的測量結果達成一致，從而更有效地進行故障排查和處理。

②對于新安裝的電磁流量計出現的測量不準確問題，首要任務是檢查傳感器與轉換器是否配套，并仔細核對口徑、量程和測量單位的設定是否準確無誤。利用過程校驗儀YR100對轉換器進行零點和滿量程的檢查，同時確認管路是否充滿液體且無氣泡存在。此外，傳感器安裝位置的不當、直管段長度不足以及傳感器前的調節閥門等因素，都會影響傳感器上游流體的流動狀態，進而導致測量誤差。

③在檢查過程中，需關注電纜與端子的接觸狀況，以及電纜和屏蔽層的接地是否符合要求。使用兆歐表對電纜和電極的絕緣電阻進行測試時，必須確保傳感器處于離線狀態。拆下傳感器并放空液體后，用干布擦干襯里表面并使其充分干燥。然后，用500V的兆歐表分別測試兩只電極對金屬法蘭盤的電阻，要求電極的絕緣電阻大于100MΩ。若絕緣電阻小于該值，則需對電極進行烘干處理，以提高其絕緣電阻。

④傳感器作為與工藝流體直接接觸的儀表，其性能會受到工藝介質的影響。在條件允許的情況下，應對傳感器管內進行仔細檢查和清洗。特別要注意管內壁是否有層積物以及電極表面是否有層積物或結垢，這些都會導致電極絕緣電阻下降并影響測量準確性。

(4)電磁流量計顯示波動問題

電磁流量計的信號通常位于2.5-8mV范圍內，當流量較小時信號可能僅為幾個微伏。由于信號較小容易受到外界干擾的影響因此干擾源主要包括管道上的雜散電流、靜電、電磁波和磁場等。此外電磁流量計自身的問題也可能導致顯示波動如電纜與端子氧化、銹蝕引起接觸不良電路板接觸不良以及電子元件虛焊等。在傳感器安裝過程中如未認真操作導致入口墊片內圈過小遮擋流體通道從而產生渦流也會對測量造成影響。同時激磁線圈的絕緣電阻下降、測量電極受到污染或結垢以及絕緣電阻下降等因素也不容忽視。
工藝原因導致的電磁流量計顯示波動，可能源自工藝流體的脈動特性，例如往復泵出口的流量變化。若傳感器安裝位置設計或安裝不當，或測量管內液體未充滿，以及被測液體中氣泡過多，都會導致顯示結果波動。針對這些問題，可以采取相應的檢查和處理措施。
①為了有效克服電磁干擾，必須確保良好的接地，使傳感器的接地電阻維持在100Ω以下。盡管有時已采取良好的接地措施，但若管道中存在雜散電流，仍可能干擾流量計的正常顯示。此時，可以在原有接地點的外側數米處增設新的接地點。此外，靜電和電磁波也可能對電磁流量計造成干擾，因此，必須使用廠家配套的電纜作為信號線，并做好接地工作。同時，應盡量縮短傳感器與轉換器之間的距離。若這些措施仍無法解決問題，可能需要將分體式電磁流量計更換為一體式電磁流量計。

②電磁流量計顯示的不穩定，往往與電氣線路的接觸不良有關。因此，需要檢查轉換器的接線及接線端子，通過撥動接線、搖動電纜或用螺絲刀輕敲轉換器外殼等方式，觀察顯示是否有變化。

③若第二步檢查未發現問題，則需進一步檢查傳感器。這包括檢查線路的接觸狀態、信號插座是否有腐蝕現象（如有腐蝕，則需更換），以及激磁線圈的絕緣電阻是否明顯下降（如明顯下降，可嘗試烘干提高絕緣電阻）。同時，還需注意傳感器接線盒是否受潮，因為絕緣電阻下降也可能引起顯示波動。在檢查過程中，可能需要停用傳感器以對電極及測量腔室進行檢查，以發現并解決結垢或電極沉積污垢等問題。

④工藝原因也可能導致電磁流量計顯示波動。例如，流體脈動（如往復泵輸送的液體）可能使傳感器無法準確測量。此時，可以將傳感器安裝在遠離脈動源的位置，或利用管道阻力來減弱流體脈動。若條件有限，可在傳感器前加裝濾波器或緩沖器來減弱脈動影響。此外，傳感器的安裝位置不當也可能導致測量管道中氣泡或液體不滿管等問題，從而引起顯示波動。這需要工藝人員配合查找并共同處理。

(5)電磁流量計的零點不穩定

電磁流量計的零點不穩定是指在沒有流量的情況下，顯示零點仍然不穩定。這可能是由于電磁流量計的零點未調校或設定好所致。此外，測量回路的絕緣電阻下降、傳感器接地不良或受電磁干擾等因素也可能導致零點不穩定。同時，工藝原因如管道未充滿液體或液體中含有氣泡，以及工藝流體有微小流動等，也可能對零點的穩定性造成影響。
電磁流量計零點的不穩定性，可能是由于多種因素導致的。為了準確排查并解決這一問題，我們可以遵循以下步驟進行檢查和處理：首先，確認電磁流量計的零點是否已經進行過適當的調校和設定；其次，檢查測量回路的絕緣電阻是否出現下降，同時確保傳感器接地良好，以減少電磁干擾的影響；此外，還需關注工藝因素，如管道是否充滿液體、液體中是否存在氣泡，以及工藝流體是否有微小流動等，這些因素都可能對零點的穩定性造成影響。通過這些檢查和處理措施，我們可以有效地確保電磁流量計零點的穩定性，從而提高測量的準確性。
①信號測量回路的絕緣電阻下降，通常是由電極絕緣電阻降低所導致；但也不能忽視信號電纜和接線端子絕緣電阻下降的可能性。若表殼、導線連接處的密封性能不佳，現場的潮氣、酸霧、粉塵便會侵入電磁流量計的接線盒或電纜保護層，進而導致絕緣電阻下降。為了測試信號測量回路的絕緣電阻，我們可以使用兆歐表，分別對信號電纜和傳感器進行詳細測試。

②傳感器電極若被污染或覆蓋層積物，往往會出現零點不穩定或輸出波動的故障。為了檢查電極狀態，我們需要在滿管狀態下測量電極的接觸電阻，并在空管狀態下測量其絕緣電阻。具體操作步驟如下：

a、在滿管狀態下，拆下信號電纜線，使用萬用表分別測量每個電極與接地點的電阻值。確保兩電極的接觸電阻之差控制在10%-20%的范圍內，超出此范圍可能導致電磁流量計零點的不穩定。

b、空管狀態下，需先排空測量管道，并拆下傳感器及相關接線。用干布清潔傳感器的內表面，待其干燥后，再用500V兆歐表測量每個電極與接地點的電阻值。絕緣電阻必須大于100MΩ，否則也可能導致電磁流量計零點的不穩定。
③傳感器的接地電阻應維持在小于100Ω的水平。在絕緣管道或防腐襯里管道的測量中，需確認傳感器兩端已正確安裝接地短管或接地環。此外，整套電磁流量計應避免與電機、電器等共用接地點。若原先工作正常的電磁流量計突然出現零位不穩定或顯示波動，需檢查傳感器附近是否新增了大功率電機、變頻器、電焊機等電器設備，這些設備在使用時可能干擾接地電位，進而影響電磁流量計的穩定顯示。
在絕緣管道或防腐襯里管道的測量中，需特別關注傳感器的接地情況。為確保測量準確，應確認傳感器兩端已妥善安裝接地短管或接地環，使其接地電阻維持在小于100Ω的范圍內。此外，整個電磁流量計系統應與電機、電器等設備保持獨立接地點，以避免潛在的干擾。若電磁流量計突然出現零位不穩定或顯示波動，應立即檢查傳感器附近是否有新增的大功率電機、變頻器、電焊機等電器設備，這些設備在使用時可能影響接地電位，從而干擾電磁流量計的穩定顯示。