摘要：论述了电磁流量计在测量过程中常见的故障现象，给出了判别及解决方法。

      关键词：电磁流量计；电极，磁场；衬里

1电磁流量计原理

电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，在与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“右手规则”，其值如E=kDBV所示。

式中：E-感应电动势，即流量信号；k-系数：B一磁感应强度，T:D-测量管内径，m:V-平均流速，m/s。

电磁流量计适用于各种导电液体的流量检测，是一种智能型的电磁感应式流量仪表。当导电液体流过电磁流量计时，导体中会产生感应电动势。导电液体流过垂直于流动方向磁场，感应出一个与平均流速成正比的电压，其感应电压信号通过2个或2个以上与液体直接接触的电极检出，并通过电缆传送至转换器智能化处理，然后，LCD显示测量值或转换成标准信号4~20mA输出。

2常见故障源判别

电磁流量计运行中产生故障的第一类为仪表本身故障，即仪表结构件或元器件损坏引起的故障；另一类为外界原因引起的故障，如安装不妥流动畸变，沉积和结垢等。重点讨论应用方面和第二类外界原因的故障。

2.1液体中含有气泡

      液体中泡状气体的形成有从外界吸入和液体中溶解气体（空气）转变成游离状气泡2种途径。若液体中含有较大气泡，则因经过电极时能遮盖整个电极，使流量信号输人回路瞬时开路，导致输出信号出现晃动。最简单的判别方法是当遇到晃动时。切断磁场的励磁回路电流，如果此时仪表依然有显示且不稳定，说明大多是由于气泡影响造成。如果此时以指针式万用表测量电极电阻，可测量到电极的回路电阻要比正常时高。对于被测介质中含有空气的情况，如果判断是由安装位置引起的，如因电磁流量计装在管系高点而贮留气体或外界吸入空气造成流量计晃动，变换安装位置是最快解决方法，在管线最低点或采用U型管安装。但很多应用情况是口径较大或者安装的位置不易改换。建议在流量上游安装集气包和排气阀，1台DN2200口径的电磁流量计，因气泡造成显示的晃动可达20%~50%，在安装了排气装置后，测量即恢复正常。

2.2非满管

非满管现象可以看作液体中含有气泡的一种极端情况。液体未充满管道可分为液面高度高于测量电极水平面或低于水平面2种情况。当管内液面高于电极水平面时，若管系的前后直管段比较理想时，电磁流量计的测量大多能够稳定，但流量计所计量的液体体积包含了管内的气体体积，故这种测量存在着很大的测量误差。当管内液面高度低于电极表面时，此时，电极裸露在空气中，测量回路实际处于开路状态。电磁流量计的测量值和输出处于一种随机的状态，不停地晃动或是满度。非满管的情况多出现在靠流体自流或流量计后无任何背压的直接排放口，例如在污水行业经常遇到。可采用前述气泡判别的方法进行判别，此时以指针式万用表测量电极电阻，可发现电极的回路电阻明显变高，若以水对比，用万用表以1kΩ的量程测量，所测得的阻值不会大于100kΩ，大于此值，可绝对判定电极回路异常，在排除电缆开路的前提下，判定空管是可信的。如果条件允许，还可观察流量计后端液体排放口，当排放出的液体明显不充满即可判断电磁流量计安装为非满管。在流量计安装时尽量避免出现非满管的情况。如前面提及的在管线最低端安装或有意将流量计安装在U型管道。另外，现在市场上已有能够在非满管情况下测量的智能电磁流量计。

2.3电极腐蚀

在排除气泡的因素后有因电极腐蚀而造成测量值晃动的情况，且都导致传感器失效。其成因是由于电极材料的选择不当造成电极为被测液体所腐蚀，从而导致流量计输出晃动。由于电极材料不耐腐蚀所造成的故障只有在电极被腐蚀后才会表现出来，所以以前通常无法判别。电极一旦被腐蚀后，当前市场上最新的电磁流量计从因电极腐蚀形成的电极噪声入手，对电极腐蚀形成的噪声进行分析处理，从而给出量化的腐蚀判断依据。如汉森尔的HSRD电磁流量计可经过噪声量化处理软件对流量测量信号中夹杂的噪声信号进行分离处理，当噪声信号超过预设值时，即报警。

2.4电极结垢及电极短路电极短路的判别比较简单，若被测介质中含有金属物质时，电极短路较易诊断，此时测量值明显偏小或趋于零，但这种现象在日常运行中并不多见。因电磁流量计经常应用于原水和污水等计量环境，电极结垢的发生几率较高。当电极结垢时，表现为信号逐渐减小，直至绝缘而使得信号回路开路，此时流量信号被隔绝。当被测介质的黏度较大时，易在管壁附着和沉淀，若附着的介质是比被测液体电导率高的导电物质，则信号电势被分流而不能工作，即电极短路。若是非导电层，即通常所称的电极结垢，则使电极开路而不能工作。若附着于衬里管壁异物层为氧化铁锈层，或以金属为主要成分的染料，其电导率大于液体电导率，测得的流量值将比实际流量值低：若为碳酸钙等水垢层，其电导率低于液体，测得的流量值将低于实际流量。建议选用不易附着的尖形或半球形突出电极、可更换式电极、刮刀式清垢电极等。

刮刀式电极可在传感器外定期手动刮除尘垢。也有暂时断开测量电路，在电极间，通以短时间的低压大电流，焚烧清除油脂类附着层。在易产生附着层的场合，采用提高流速以达到自清扫管壁的目的，是一个比较有效的方法。当然，采用易清洗的管道连接是一个比较彻底的方法，例如，某柴油机厂工具车间电解切削工艺试验装置上，用DN80mm仪表测量和控制饱和食盐电解液流量以获取最佳切削效率。起初，该仪表运行正常，间断使用2个月后，流量显示值越来越小，直到流量信号接近为零。现场检查，发现绝缘层表面沉积薄薄一层黄锈，擦拭清洁后，仪表运行正常。黄锈层是电解液中大量氧化铁沉积所致。

本实例属运行期故障，若黑色金属管道锈蚀严重，沉积锈层，也会有此短路效应。凡是开始运行正常，随着时间推移，流量显示越来越小，就应分析有类故障的可能性。

2.5电导率过低

液体电导率若接近下限值也有可能出现晃动现象。因为制造厂仪表规范规定的下限值是在各种使用条件较好状态下可测量的最低值，而实际条件不可能都很理想。亿利公司就多次遇到在测量低度蒸溜水或去离子水时，具电导率接近电磁流量计规范规定的下限值5μS/cm，使用时却出现输出晃动。通常认为，能稳定测量的电导率下限值要高一二个数量级。接液电阻测量热扩散现象判别方法：液体电导率可查阅附录或有关手册，若缺少现成数据时，则可用电导率仪取样测定。但有时候现场并不配备电导率仪，因此，最简单的方法可以用万用表测出液体的接液电阻，再用同样的方法测试现场普通自来水的接液电阻，比较二者的测试结果，若介质的接液电阻比自来水大一个数量级，此时介质的电导率约为30~50μS/cm（自来水一般为30~50μS/cm）。由于接液电阻和电导率是反比关系，直接以所测得的接液电阻值进行判别也可以。下式即是接液电阻的经验公式：R=1/μd式中：μ为液体电导率，d为电极直径。如当液体电导率为5×10⁶μS/cm，电极直径为1cm时，计算得接液电阻200kΩ。所以，任何接液电阻值大于该值的液体都可认为液体电导率过低不适合使用常规的电磁流量计。解决方法是：电导率过低超出了仪表所容许的测量范围，此时唯一的解决方法是选用其他能满足要求的低电导率电磁流量计（如电容式电磁流量计）或者是其他原理的流量计。

2.6衬里变形

衬里变形在现场一般无法判别，现用的判别方法是，在实际应用过程中发觉流量误差较大时，即将传感器从工艺管道上拆下后以肉眼观察传感器的损球情况，但此时衬里的故障往往已经形成。成因：衬里变形，大多发生在氟塑料衬里发生此时现象较多。造成这种现象的原因有2种，一是蒸气渗透引起氟塑料衬里的热扩散，所谓热扩散是当管道内介质（气体或蒸汽）流过氟塑料衬里时所发生的自然的物理现象，通常渗透的程度主要取决于衬里材料、液体和蒸汽的类型、衬里的厚度（当衬里的厚度增加时，渗透程度则相应减小）、衬里内外的温差（当衬里内外温差很大时，渗透则加剧）和管道压力等多个因素；二是氟塑料衬里特别是聚四氟乙烯（PTFE）衬里本身的工艺结构，因为聚四氟乙烯与管壁间仅靠压贴，无粘结力，故不能用于负压管道。解决方法是：在法兰和线圈盒间增加隔热措施，减小温差及热扩散，这将在很大程度上改善衬里内外温差情况，从而降低渗透率和蒸汽在测量管壁内的凝聚；用厚聚四氟乙烯（PTFE）村里厚度或提供其他形式的衬里，如PFA和陶瓷衬里。

2.7外部强电磁场干扰

外部强电流磁场干扰使电磁流量计信号失真，输出信号表现为非线性或信号晃动。其成因是，由于流量信号小，易受外界干扰影响，而干扰源主要有管道杂散电流、静电、电磁波和磁场等。电磁流量计的设计制造应符合电磁兼容性要求，在规定辐射电磁场环境下能正常工作。但现场应用表明，强磁场（如在电解厂和较大的电融炉附近）干扰会导致磁场回路饱和及外部磁场进入电磁流量计的磁场回路并形成杂散磁场而影响输出的线性度。电场干扰则是由于噪声破坏测量管内的电势平衡，造成输出信号波动异常。判别方法是，当输出信号表现为非线性时，可通过专用的模拟信号仪来判断，如电磁流量计转换器的输出为线性，可判别为外界的磁场干扰影响，反之，也有可能是电磁流量计本身的电器故障。对电场干扰，可在先不加激磁电流时，用示波器测量两极间的电势，其值应为零，如测得有交流电势，则可判别为漏电流等电场干扰。解决方法是，防止磁场干扰，通常只有将电磁流量传感器的安装位置远离强磁场源。防止强电场于扰，可采取增强屏蔽等措施。如仍无效，则可将电磁流量传感器与连接管道绝缘。例如，电磁流量传感器与连接管道绝缘，消除大杂散电流影响，浙江省某自来水公司安装2台DN900电磁流量计，一台运行正常，另一台在一二个小时周期内，出现有高达50%FS波动，用户认为2台仪表使用条件相仿，故障是由仪表方面原因引起的。樹察现场周围环境，上下游紧接流量传感器的足两段长0.5m，有良好接地的无衬里短钢管，然后，连接到有水泥衬里的钢管。接地等电气连接均符合要求，同时，排除了管网流动脉动的可能性。转换器与传感器相距约10m。有一个数百kVA的三相变压器装在附近，分别离转换器和传感器约2m和8m。分析故障原因有以下2种可能：（1）大功率变压器产生的磁场干扰；（2）管道上杂散电流干扰。要证明是否是变压器磁场干扰影响，因要关闭变压器，涉及面广，安排为第二步检查。首先，检查是否是管道杂散电流干扰。不加激磁电流，用示波器测量两极间电势，其值应为零。然而实际测得峰值Vpp高达1V的波形畸变交流电势。初步判定即使良好接地，仪表还是受到管道杂散电流干扰影响。采取将电磁流量传感器连同二段短钢管与管网管道电气绝缘，使流量传感器与液体同电位的措施后，仪表投入运行，输出显示即呈稳定正常，也排除）电力变压器磁场于扰对流量测量的影响。同时，测得干扰电流有60mAAC，电流方向来自流量传感器上游。这一措施也适用于有阴极保护电流的管道，作为试排除管道电流干扰影响的方法。

2.8电缆的故障

电缆的故障反映为流量计在运行一段时间后，出现工作异常，具体表现为测量值变大或变小，或者是不停地波动，且经现场检查已排除管道不满管、介质含气等现象的可能性。这类问题的产生与用户的安装、维护不当有关。由于管道绝大多数是埋敷在地下，传感器具有IP68防护结构，转换器安装在仪表箱或室内，二者通过电缆连接。由于地面沉陷等现场情况的变化。传感器和转换器的相对安装位置有了变动，或者是因故移动了仪表的安装位置而引起电缆的短缺，施工单位或是用户简单地用电缆予以续接加长，并未彻底做好电缆接头处的防潮（防水）等处理，且接头处常以绞接的方法连接。使用日久，如果恰逢该接头处于潮湿的环境，如仪表井、电缆沟等，潮气侵入电缆接头，可能造成以下一些故障：信号线对地绝缘下降，引起信号衰减，最终是测量结果偏小：信号电缆连接处接触电阻变大，使测量值变小，若该接触电阻不稳定，则测量值无法稳定，且易引入干扰；励磁线圈对地绝缘下降，造成测量结果偏小；励磁回路电缆连接处接触电阻变大，使转换器的励磁回路处于非恒流工作区域，励磁电流下降，同样造成测量结果偏小；若该接触电阻不稳定，则测量值出现波动。信号线、励磁线对地绝缘性能下降，使得测量结果远大于正常的数据；如这种干扰不稳定，对仪表的影响也变化不定，继而出现波动：信号电缆、励磁电缆2个连接头相靠较近，会产生耦合作用。通常能使实际运行结果增大几成，此时仪表的零点变化就是由干扰引起的。判别方法是，对于这类异常情况，在排除流量计其他几类故障的可能性后，就应检查电缆是否有问题，尤其是电缆曾有中间接续处。因发生在信号回路，判断有一定难度，需要仪表生产厂家的配合支持。对于励磁回路电缆的故障，仪表维护人员只要把现场的励磁回路电阻测量值与厂方提供的数据作比较，即可得知问题所在，继而采取措施。也可在断开1根励磁线的情况下，观察仪表的显示或输出信号，此时，仪表应处于零流量的状态，若测量值偏大，则可确定是信号线、励磁线的绝缘不良或有耦合。彻底的解决方法只有更换整根电缆，但这通常需要由仪表生产厂家配合支持。

3总结

随着电子及计算机技术的发展与应用，电磁流量计扩大了应用范围，可以测量以往不能测量的一些流体：能进行各种误差补偿，提高测量精度，具有转换线路异常，检测部分异常，误设定，空管，过限报警等自诊断功能。可通过手操器或计算机等实现远程通信，以调整电磁流量计的零点，量程变更，阻尼变更等。近年来，生产厂家推出了许多形式的电磁流量计，以适应不同性质流体的测量，如陶瓷衬里电磁流量计，无电极电磁流量计和采用多电极电磁流量计。