電磁流量計故障檢查和分析[第1講]——電磁流量計故障檢查和分析（1）
前 言
中國石化出版社出版地流量計應用指南叢書,已出版。肖素琴、韓厚義主編《質量流量計》分冊,由蔡武昌、馬中元等撰寫的《電磁流量計》分冊亦即將出版。

《電磁流量計》全書內容涉及工作原理與典型結構、應用和選擇、安裝調試、故障檢查和分析、流量校準和現場比對等，附錄部分還有200余種液體的電導率和電極材料選擇參考等。本講座即是該書“第七章 故障檢查和分析”部分。

*節 故障類型

電磁流量汁運行中產生故障的*類為儀表本身故障，即儀表結構件或元器件損壞引起的故障；第二類為外界原因引起的故障，如安裝不妥流動畸變，沉積和結垢等。本章重點討論的是應用方面和上述第二類外界原因的故障。

按照故障發生時期分類，可分為：①調試期故障；②運行期故障。調試期故障出現在新裝用后調試初期，主要原因是儀表選用或設定不當，安裝不妥等。運行期故障足在運行一段時期后出現，主要原因有流體中雜質附著電極襯里，環境條件變化出現新干擾源等。

按故障外界源頭分析來自3個方面：①管道系統和安裝等方面引起的；②環境方面引起的；③流體方面引起的。來源①主要在調試期表現出來；來源②和③則在調試期和運行期均會出現。

<B〉一、調試期故障< b>

本類故障在電磁流量計初始裝用調試時就出現，但一經改進排除故障，以后在相同條件下一般就不會再度出現。常見調試期故障主要有安裝不妥、環境干擾、流體特性影響三方面原因。

1、管道系統和安裝等方面
通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障，常見的例如將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網高點；流量傳感器后無背壓，液體逕直排人大氣，形成其測量管內非滿管；裝在自上向下流的垂直管道上，可能出現排空等。

2、環境方面
主要是管道雜散電流干擾，空間電磁波干擾，大電機磁場干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨接地保護可獲得滿意測量，但如遇管道有強雜散電流（如電解車間管道）亦不一定能克服，須采取流量傳感器與管道緣絕的措施（參見下文案例12）。空間電磁波干擾-般經信號電纜弓I入，通常采用單層或多層屏蔽予以保護，但也曾遇到屏蔽保護還不能克服（見案例10）。

3、流體方面
液體含有均勻分布細小氣泡通常不影響正常測量，唯所測得體積流量是液體和氣體兩者之和；氣泡增大會使輸出信號波動，若氣泡大到流過電極遮蓋整個電極表面，使電極信號回路瞬時斷開，輸出信號將產生更大波動。

低頻（50／16 Hz-50／6 Hz）矩形波激磁電磁流量計測量液體中含有固體超過一定含量時將產生漿液噪聲，輸出信號亦會有一定程度波動。

兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時，若兩種液體電導率（或各自與電極間電位）有差異，在混合未均勻前即進入流量傳感器進行流量測量，輸出信號亦會產生波動。

電極材質與被測介質選配不善，產生鈍化或氧化等化學作用，電極表面形成絕緣膜，以及電化學和極化現象等，均會妨礙正常測量。

二、運行期故障

經初期調試并正常運行一段時期后在運行期間出現的故障，常見故障原因有：流量傳感器內壁附著層，雷電擊，環境條件變化。

1、內壁附著層
由于電磁流量計測量含有懸浮固相或污臟體的機會遠比其他流量儀表多，出現內壁附著層產生的故障概率也就相對較高。若附著層電導率與液體電導率相近，儀表還能正常輸出信號，只是改變流通面積，形成測量誤差的隱性故障；若是高電導率附著層，電極間電動勢將被短路；若是絕緣性附著層，電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現象均會使儀表無法工作（參見案例7）。

2、雷電擊
雷電擊在線路中感應瞬時高電壓和浪涌電流，進入儀表就會損壞儀表。雷電擊損儀表有3條引入途徑：電源線，傳感器勺轉換器間的流量信號線和激磁線。然而從雷電故障中損壞零部件的分析，引起故障的感應高電壓和浪涌電流大部分足從控制室電源線路引入的，其他兩條途徑較少。還從發生雷擊事故現場了解到，不僅電磁流量計出現故障，控制室中其他儀表電常常同時出現雷擊事故。因此使用單位要認識設置控制室儀表電源線防雷設施的重要性。現任已有若于設計單位隊識和探索解決這一問題，如齊魯石化設計院［1］。

3、環境條件變化
主要原因同上節調試期故障環境方面，只是干擾源不在調試期出現而在運行期間再介入的。例如一臺接地保護并不理想的電磁流量計，調試期因無廠擾源，儀表運行正常，然而在運行期出現新干擾源（例如測量點附近管道或較遠處實施管道電焊）干擾儀表正常運行，出現輸出信號大幅度波動。

第二節 故障現象和檢查流程
●電磁流量計常見故障現象有：（1）無流量信號；（2）輸出晃動；（3）零點不穩； （4）流量測量值與實際值不符；（5）輸山信號超滿度值5類，下文將分節討論。
●通常檢查整個測量系統和判斷故障的程序如圖1所示，檢查環節包括電磁流量計本身的傳感器和轉換器以及連接兩者的電纜，電磁流量計上位的工藝管道，下（后）位顯示儀表連接電纜。
●經常采用的檢查手段或方法及其檢查內容列舉如下：
（1）通用常規儀器檢查
電磁流量計故障檢查和分析[第2講]——電磁流量計故障檢查和分析（2）
第四節 輸出晃動檢查和采取措施 

一、故障原因

輸出晃動大體上可歸納為5方面故障原因，它們是：

（1）流動本身是波動或脈動的，實質上不是電磁流量計的故障，僅如實反映流動狀況；
（2）管道末充滿液體或液體中含有氣泡；
（3）外界雜散電流等電、磁干擾；
（4）液體物性方面（如液體電導率不均勻或含有較多變顆粒／纖維的漿液等）的原因；
（5）電極材料與液體匹配不妥。

二、檢查程序

圖4所示是檢查電磁流量計輸出晃動的流程。先按流程圖全面考急作初步調查和判斷，然后再逐項細致檢查和試排除故障。流程所列檢查順序的先后原則是：①可經觀察或詢問了解無須作較大操作的在前，即先易后難；②按過去現場檢修經驗，出現頻度較高而今后可以出現概率較高者在前；③檢查本身的先后要求。若經初步調查確認足后幾項故障原因，亦可提前作細致檢查。

圖4 電磁流量計輸出晃動檢查流程

三、故障檢查和采取措施

本小節分別討論上述5個方面故障原因的檢查方法和采取措施。

1、流動本身的波動（或脈動）

檢查流程圖第1項。若流動本身波動，儀表輸出晃動則是如實反映波動狀況。檢查方法可在使用現場向操作人員和流程工藝人員詢問或巡視有否波動源。管系流動波動（或脈動）的原因通常有3個方面：
（1）電磁流量計上游的流動動力源采用了往復泵或膜片泵（經常用于精細化工、食品、醫藥和給水凈化等加注藥液），這些泵的脈動頻率通常在每分鐘幾次到百余次之間；
（2）儀表下游的控制閥流動特性和尺寸選用不妥，從而產生獵振（hunting），這可觀察控制閥閥桿是否有振蕩性移動；
（3）其他擾動源使流動波動，例如：電磁流量計上游管道中有否阻流件（如全開蝶閥）產生旋渦（如象渦街流量計旋渦發生體產生的渦列，傳感器進口端墊圈伸人流通通道，墊圈條片狀碎塊懸在液流中擺動等等）。
在有脈動流動源的管線上，要減緩其對流量儀表測量的影響，通常采取流量傳感器遠離脈動源，利用管流流阻衰減脈動；或在管線適當位置裝上稱作被動式濾波器的氣室緩沖器，吸收脈動。

2、管道未充滿液體或液體中含有氣泡

檢查流程圖第2項，本類故障主要是管網工程設計不良使傳感器的測量管未充滿液體或傳感器安裝不妥所致。應采取措施避免安裝如圖3所示a,e位置和以虛線管排放時b位置，改裝到c,d位置。

傳感器下游無背壓或背壓不足，如裝在位置e，液流經下游很短一段管段即排人大氣，若閥門2全開，傳感器測量管內有可能未充滿液體。有時候流程的流量較大能充滿而儀表運行正常，流量減小就有可能液體不滿而使儀表失常。

液體中含有氣體 液體中泡狀氣體形成有從外界吸入和液體中溶解氣體（空氣）轉變成游離狀氣泡兩種途徑。液體中含有氣泡數量不多且氣泡球徑遠小于電極直徑，雖然減少了部分液體體積，但不會使電磁流量汁輸出晃動；較大氣泡則因擦過電極能遮蓋整個電極，使流量信號回路瞬間開路，則輸出信號晃動更大。 

●液流中微小氣泡在流動過程中會逐漸在高點或死角積聚，若電磁流量計裝在管系高點，潴留氣體減少傳感器內液體流通面積而影響測量準確度，潴留較多時還會產生干擾信號（參見案例3）；若傳感器裝在高點卜游，高點積聚氣體超過容納量或因受壓力波動，氣體以泡狀或片狀隨液體流動，遮蓋電極而造成輸出晃動。

●外界吸入空氣常見途徑在給水公用事業方面主要有江河原水含有氣泡，或吸入口水位高度過低（通常要求有2－5倍以上吸入口直徑的距離，視吸入流速而異）形成吸入旋渦卷進空氣。在流程工業方面的配比混合容器攪拌時混入空氣以及泵吸入端或管系其他局部產生密封不良的場所吸入空氣等。這類故障在實踐中也常會碰到。

●液體中溶解空氣分離成游離氣泡 管系壓力降低原溶解的空氣（或氣體）會分離成游離氣泡。例如充滿液體管系二端閥門關閉，停止運行后逐漸冷卻， 由于熱膨脹系數不同，液體收縮比管系收縮大得多，管系中形成收縮空間，形成局部真空狀態。液體中溶解空氣便分離出來形成氣泡，積聚于管系高點。重新啟動，夾入氣泡的液體流過電極表面就可能使電磁流量計輸出晃動。這可能是管系啟動運行初期電磁流量計輸出晃動，然后趨于穩定的這一現象的原因之一。又如水在1個大氣壓0℃時zui多可溶解約0.3％VN空氣，若在流程中水溫升高空氣就會分離成游離氣泡（到30℃時，zui多只能溶解約0.15％）。積聚起來也有可能出現故障現象。

3、外界電磁干擾

檢查流程圖第3項。電磁流量計由于流量信號小易受外界干擾影響，干擾源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場。

●管道雜散電流主要靠電磁流量計良好接地保護，通常接地電阻要小于100Q，不要和其他電機和電器共用接地。有時候環境條件較好，電磁流量計不接地也能正常工作，但是我們認為即使如此還是作好接地為妥。因為一旦良好環境條件不復存在，儀表出現故障，屆時會影響使用，再作各種檢查帶來諸多麻煩。 

有時候電磁流量計雖然良好接地，由于管道雜散電流過于強大（如電解工藝流程管線和有陰極保護管網）影響電磁流量汁正常測量，此時卻須將電磁流量傳感器與所管道之間作電氣絕緣隔離。具體實例及其檢查和排除過程可參閱案例12。

●靜電和電磁波干擾會通過電磁流量計傳感器和轉換器間的信號線引入，通常若良好屏蔽（如信號線用屏蔽電纜，電纜置于保護鐵管內）是可以防治的。然而也曾遇到強電磁波防治無效的實例，此時將轉換器移近到傳感器附近，縮短連接的信號電纜，或改用無外接電纜的一體型儀表。實例的具體內容請參見案例10。

●磁場干擾通常只有采取電磁流量傳感器遠離強磁場源。電磁流量計抗磁場的能力視傳感器的結構設計而異，如傳感器激磁線圈保護外殼由非磁性材料（如鋁，塑料）制成，抗磁場影響的能力較弱，鋼鐵制成則較強。

4、論證核查液體物性

檢查流程圖第4項。液體物性中有3種因素會使輸出晃動。它們是：（1）液體中含有固相顆粒或氣泡，（2）雙組分液體中二種液體電導率不同而末均勻混合，或管道化學反應尚未*完成，（3）液體的電導率接近下限值。 

●被測液體含有較多固體顆粒會像前文所述氣泡一樣，使流量信號出現尖峰脈沖狀噪聲等，造成輸出晃動。固相若是粉狀通常則不會形成輸出晃動。

●在精細化工業、食品業、醫藥業和給水處理工程經常在主液內加藥液，而藥液通常是由往復泵或膜片泵按主液流量成比例地注入。注入藥液后的上液呈現有藥液段和無藥液段相間隔的段列，若兩種電導率不問的液體沒有混和均勻，其下游測量流量的電磁流量計輸出就會呈現晃動。出現這種情況應將加液點移至下游，或將電磁流量計移全加液點上游；如果受現場條件限制或嫌改裝工程量大，亦可在加液點下游裝混合器補救之。但裝靜態混合器后液流將產小旋轉流，有可能造成1％或以上的額外附加誤差。然而與輸出晃動無法測量相比，是權衡兩弊取其輕的措施。

若混合液在管道內化學反應未結束就進入電磁流量汁測量，也有可能出現輸出晃動現象。這種情況下只能改變測量點位置，務使測量位置在混合點上游或遠離混合段的下游。然而遠離混合段的相隔距離需要很長，例如反應時間60s，液體流速3m／s，不考慮保險系數就要求相距180m。

●液體電導率若接近下限值也有可能出現晃動現象。因為制造廠儀表規范（specification）規定的下限值是在各種使用條件較好狀態下可測量的zui低值，而實際條件不可能都很理想。我們就多次遇到測量低度蒸溜水或去離子水，具電導率接近電磁流量計規范規定的下限值5×10-6S／cm，使用時卻出現輸出晃動。通常認為能穩定測量的電導率下限值要向1－2個數量級。

液體電導率可查閱附錄或有關手冊，缺少現成數據則可取樣用電導率儀測定。但有時候也有從管線上取樣去實驗室測定認為可用，而實際電磁流量計不能工作的情況。這是由于測電導率時的液體與管線內液體已有差別，譬如液體巳吸收了大氣中C02或NOx，生成碳酸或硝酸，改變了電導率。
對于含有顆粒或纖維液體產生的噪聲漿液，采取提高激磁頻率能有效地改善輸出晃動。表7－1所示足頻率可調IFM 3080F型DN 300電磁流量計，測量濃度3.5％瓦楞低板漿液，在現場以不同激磁頻率測量所顯示瞬時流量晃動量。當頻率較低為50／32Hz，晃動高達10.7％；頻率提高到50／2Hz時，晃動降低至1.9％，效果十分明顯。

表1 不同激磁頻率下時瞬時流量晃動量

5、調查液體與電極材料匹配

檢查流程圖第5項。電極材料的選擇首先考慮足對被測液體的耐腐蝕性，然而選配不妥產生電極表面效應會形成輸出晃動等故障。電極表面效應包括電極表面生成鈍化膜或氧化膜等絕緣層以及極化現象和電化學等。介質一心極材料匹配還沒有像耐腐蝕性那樣有充足的資料可查，只有一些有限經驗，尚待在實踐中積累。 

鉭一水、堿等非酸液 鉭電極測量水流量時會形成絕緣層，使儀表失靈或運行一短時期后出現很大噪聲。在工藝流程中即使是極短時間鉭電極與水或"非酸"液接觸，如用清水沖洗管子，亦會影響儀表正常使用。氫氧化鈉等堿液亦不能選鉭電極。

哈氏合金B一高濃度鹽酸 哈氏合金B對溫度濃度不高的鹽酸已有若干應用良好的實例。然而濃度超過某值時會產生噪聲，應改用鉭電極、硝酸、硫酸等酸液也有相似效應的實踐經驗。

鉑一過氧化氫 鉑電極用于測量低壓過氧化氫（壓力低于0.3MPa）時，由于觸媒作用在電極表面產生氣霧，阻斷了電氣通路而影響工作。 

鍆一濃度大于10％的鹽酸 鉑電場對濃度大于10％的鹽酸會產生噪聲，當改用鉭電極。

哈氏合金B－硫酸鋁溶液 水廠用硫酸鋁與原水混合以凝聚懸浮體。我們曾遇到哈氏合金B電極測量15％硫酸鋁溶液，出現輸出晃動，后改用耐酸鋼電極即獲得滿意的結果。

第五節 零點不穩定檢查和采取措施

一、故障原因零點不穩定人體上可歸納為5方面故障原因，它們是：
（1）管道未充滿液體或液體中含有氣泡；
（2）主觀上認為管系液體無流動而實際上存在微小流動；其實不足電磁流量計故障，而足如實反映流動狀況的誤解；
（3）傳感器按地不完善受雜散電流等外界干擾：
（4）液體方面（如液體電導率均勻性，電極污染等問題）的原因；
（5）信號回路絕緣下降。

二、檢查程序圖5所示足檢查零點電磁流量計不穩定的流程。先按流程全面考慮作初步調查和判斷，然后再逐項細致檢查和試排除故障。流程所列檢查項口順序的先后原則是：

（1）可經觀察或詢問了解毋須較大操作的在前，即先易后難；
（2）按過去現場檢修經驗，出現頻度較高而今后可能出現概率較高者在前；
（3）檢查本身所需的先后要求。若經初步調查確隊足后幾項故障原因，亦可提前作細致檢查。

三、故障檢查和采取措施本小節分別討論上述5方面故障原因的檢查方法和采取措施。

1、管道未充滿液體或液體中含有氣泡檢查流程圖第1項。本類故障主要是管網工程設計主不良或相關設備不完善所引起的，可參閱第9頁第四中“2、管道未充滿液體或液體中含有氣泡。”

2、管道有微量流動 檢查流程圖第2項。主觀上認為流量傳感器內無流動而實際上存在著微量流動。本類故障主要原閃足管線的截止閥密閉性差，電磁流量計所檢測到的微小泄漏量，誤解為零點變動或零點不穩定。閥門使用日久或液體污肌使閥門密閉不全的事例足會經常遇到的，大型閥門尤其如此。另一個常見原因足流量儀表除了上管道外還有若干支管，忘記或忽略這些支管的閥門關閉。有時候，在現場確認管系無流動還比較困難。此時可按圖4所示，在流量傳感器2前后的截止閥1、4間設置小口徑泄漏監視閥3，觀察足否有泄漏量。
圖6 雙閥關閉和泄漏監視1，4，6截止閥；2 流量傳感器 3，5 泄漏監視閥

3、接地不完善受外界干擾影響和接地電位變動影響檢查流程圖第3項。管道雜散電流等外界干擾影響主要靠電磁流量計良好的接地保護，通常要求接地電阻小于1000，不要和具他電機電器共用接地。有時候環境條件較好，電磁流量計不接地亦能正常工作，但是一旦良好環境不存在，儀表會出現故障，屆時再作檢查會帶來堵多麻煩。流量傳感器附近的電力設備狀態的變化（如漏電流增加）形成按地電位變化，電會引起電磁流量計零點變動。檢查方法請閱第九節。

4、調查液體物性檢合流程圖第4項。液體電導率變化或不均勻，在靜止時會使零點變動，流動時使輸出晃動。因此流量計位置應遠離注入藥液點或管道化學反應段下游，流量傳感器裝在這些場所的上游。液體若含有固相，或雜質沉積測量管內壁，或在測量管內壁結垢，或電極被油脂等污穢等等，均有可能出現零點變動。因為內壁表面結垢和和電極污穢程度不可能*'樣和對稱，破壞廠初始凋零設定的平衡狀況。積極措施足清除污穢和沉積垢層；若零伙變動不大也可嘗試重新調零。

5、調查信號線路絕緣檢查流程圖第5項。信號回路絕緣下降會形成零點不穩。信號回路絕緣下降的土要原因足，包極部位絕緣下降所引起的，但也不能排除信號電纜及其接線端子絕緣下降或破壞。因為有時候現場環境十分嚴酷，稍一疏忽儀表蓋、導線連接處密封不慎，彌漫著潮氣酸霧或粉粒塵埃侵入儀表接線盒或電纜保護層，使絕緣卜降。信號回路絕緣電阻檢查分別按電纜側和流量傳感器側兩郵分進行，用兆歐表測試。因信號電纜容易可先做。流量傳感器再分兩次進行：充滿液體測黽電極表面接觸電阻和個管后測量，U極絕緣電阻。

6、檢查電極接觸電阻和電極絕緣電阻檢合流柞圖第6項，分2步進行。（1）充滿液體測量電極表面勺液體接觸電阻 流量傳感器卸下信號電纜接線，用萬用表分別測量每電極與接地點，間的電阻，兩電極對地電姐值之左應在10％－20％。第九節中"一、電極接觸電阻的測量"將有進一步說明。
（2）空管測量電極絕緣 放空測量管，用干布揩于內表面，待*干燥后，用H500VDC兆歐表測量各電極與地間的電阻們，阻值必須在100MΩ以上。 
圖5 電磁流量計零點不穩定檢查流程