質量流量計故障處理及中央處理器應用說明

曲強

摘 要：在世界各國科技迅猛發展的今天，自動化技術是必不可少的衡量指標之一。然而，自動化儀表在自動化工業控制中又起著關鍵性作用，它不但是自動化系統的手腳，同時也是測量檢測的重要部分。尤其是在化工企業中，自動化控制技術已經達到一個相當高的水平，化工儀表在自動控制領域內占據了重要不可缺失的地位。近些年，質量流量計應用越來越廣泛，測量元件也越來越精益求精，尤其在氫氣、液態烴類等介質中，隨著質量流量計的廣泛應用相應出現的儀表故障也越來越多，很多剛入門的儀表工處理起來會比較困難，因此借助此文將質量流量計的原理和應用，將實際應用中遇到的諸多問題和相應的處理過程羅列出來，使儀表人員在處理現場流量計是能夠有跡可循，方便快捷。

關鍵詞：自動化;流量計;工作原理;故障;核心處理器

一、概述

隨著工業生產過程的自動化和智能化，流量計在整個計量儀表中所占比例越來越高，在眾多質量流量測量方法中，科氏力法是一種比較常見且倍受矚目的一種直接測量方法。現在的質量流量計可以直接獲取質量流量的信號;不受介質的影響;可以直接測量液態烴類、惰性氣體、易燃易爆氣體、混合漿類等;不受管內流體流態的影響;測量范圍大、精度高、還可以跟蹤脈沖流;直接測量流體的密度、溫度等優點。質量流量計主要是根據測量管的高頻振動，檢測扭力管的扭矩來計算的流量，因此，電路部分和核心處理器是全天候運作的，對其壽命的考驗是非常高的。本文著重針對現場質量流量計的安裝調試過程中的注意事項，以及常出現的故障，對核心處理器進行改造，使得處理器的壽命更長久，測量計算更穩定。

二、質量流量計工作原理

在質量流量計傳感器中，被測介質被引入到測量管中，并進行縮徑，保證100%的介質流經測量管。兩根測量管由于驅動線圈的作用，產生以支點為軸的相對振動，當測量管中有流量時，會產生相對運動。

每個測量管上均有一個測量線圈，由于相對振動，線圈在磁鐵的磁場中做切割磁感線運動，在其內部產生交流電信號。該信號能正確的反映出線圈組之間的相對位移和相對運動速度，通過檢測交流信號，可以判斷測量管的運動狀態。

在沒有流量的情況下，入口和出口處檢測線圈檢測到的交流電流信號是相同相位的。當有流量時，由于科氏力作用，測量管發生扭曲，兩端的檢測線圈的輸出電流信號存在相位差。流量越大，相位差越大，而且其流量大小與相位差信號成正比關系。檢測到的電信號被送到變送器，變送器經過濾波、積分、放大后轉換成4～20mA模擬信號和一定范圍的頻率信號兩種形式輸出。質量流量計與溫度、壓力、粘度等參數的變化無關，無需進行各種補償，故又稱為直接式流量計。

三、質量流量計分類

科氏質量流量計有很多種類：按測量管段數可分為單管型和雙管型;按測量管形狀可分為彎曲形和直形，彎曲形的測量管也分Ω字形、S字形、J字形、三角形等;按流量計安裝方式分有螺紋、法蘭、卡箍等。根據工程實際情況和流程參數，選擇合適的形狀、材質、公稱通徑、公稱壓力和安裝方式的質量流量計。

四、質量流量計安裝設計要求

科氏質量流量計主要用來測量介質質量流量或者輸出計算得出的體積流量。科氏質量流量計的測量管振幅微小，可視為無活動件，又無阻礙件，其測量值不受管道內流場影響;可測量各種非牛頓流體以及粘滯的和含微粒的漿液，而且流量量程比可以很大。但是公稱通徑一定的科氏質量流量計的最大測量值實際是受限制的，介質流速是一個因素。

除了流速以外，質量流量計的選型和一般流量計的選型還有很大的不同：

1）流量再大質量流量計都可以測量，（而其它流量計可能量程超限而不工作或造成機械部件損壞），只是要犧牲壓力損失作為代價。

2）質量流量計的量程比，也是與流量計兩端的壓力損失有很大的關系，即量程比越大，壓力損失也就越大。

3）當一臺質量流量計的管徑大小決定了，流速越大，精度可以得到保證但所帶來的壓力損失也就大，所以在選擇流量計之前，需要根據現場工況，結合整個過程工藝參數和管道所允許壓力損失，與質量流量計廠家的工程師一起選型和定價，選出最合適現場工況的質量流量計。

五、質量流量計故障處理

基于科氏質量流量計工作原理，其在運行過程中定然會具有很高的要求，所以故障也會很高，下面就針對部分故障進行分析。

1）若質量流量計出現誤差偏大，變送器顯示不亮或不增值，顯示值過低或無指示，其原因：①安裝不規范，可直接導致流量計零漂，如質量流量計安裝在泵出口處較近，傳感器支撐強度不夠，連接法蘭焊接不當產生應力信號，電纜受電磁干擾②接線問題若出現顯示器不亮現象，應檢查變送器電源連線，若出現保險絲被燒，應確認輸入電壓與標準電壓標稱值，交直流形式是否一致。

2）若出現儀表顯示值不隨流量增加時，應檢查變送器接線，若變送器有正/反向程序，應檢查流量計接線，因流量計接線不正確，會使變送器在反向流時不遞增。

3）工藝介質變化若測量介質出現夾氣，氣化或兩相流等現象，流量計顯示值會出現很大的波動變送器會出現報警顯示，嚴重時，傳感器停止工作。

4）若質量流量計安裝在輸送泵出口，若流量計出現波動現象，要檢查輸送泵是否出現氣蝕現象，并檢查流量計與輸送泵之間的距離是否符合安裝要求。流量計與輸送泵之間的距離應該至少大于傳感器本身長度的4倍以上。如果泵會引起振動，則需要用繞性管或連接管進行隔離。

5）質量流量計是基于起振器使測量管振動，若質量流量計周圍較大的振動源，或者地基有很大的振動，會使質量流量計的振動頻率發生改變，嚴重會引起共振，進而影響到測量結果。所以質量流量計應該安裝在一個穩固的基礎上。內徑小于10mm的小口徑質量流量計應該安裝在平穩、無振動的地面上。如果在高振動的環境下，應注意基礎的振動吸收，且傳感器進出口應與管道之間用柔性管道連接。口徑大的流量計應用關卡和支撐物將流量計牢牢固定。

6）質量流量計不應該產生應力，如果產生應力，會使扭力管的形狀發生改變，當起振器振動時，由于扭力管局部形狀發生改變，頻率也會發生改變，如果有流體流過，檢測到的頻率也不會與理論頻率一樣，從而使得計算出的流量出現很大的偏差。所以，質量流量計安裝應該盡可能的避免應力。在安裝儀表前，應該有專業安裝隊伍進行校正，流量計兩端應該在同一條直線上，并且質量流量計兩端增加固定支架，若無法保持同一直線應增加柔性管。

六、質量流量計核心處理器

質量流量計的核心處理器是對頻率信號進行計算和轉換，1700系列有一組電源信號、一組485信號，靠近傳感器的處理器背面是傳感器的9芯插針，中間有一根螺栓，用于連接并固定在傳感器上，這種核心處理器安裝簡便，信號線和電源線的顏色與核心處理器上標注的顏色一致，連接直觀，是比較常用的處理器。

在使用過程中，如果測量介質是低溫或者高溫介質，核心處理器長期運作在這種環境中，內部元器件會出現老化，絕緣效果降低，測量線圈電阻檢測值會偏低，從而會使計算出的流量值偏低，嚴重的情況下會波動。

如果流量計安裝在強電磁干擾的環境下，或強振動的環境下，核心處理器會因為干擾導致內部元器件絕緣效果降低，導致測量值發生改變、波動。

因此，在質量流量計安裝之前，要分析判斷備測介質的工況信息，若長期處在高溫或者低溫環境下，或者周圍有變壓器、高頻信號發生器的環境下，或者周圍有強振動源的情況下，就不適合安裝質量流量計。在有聯鎖的測量中，應定期檢查核心處理器的運行情況，定期檢查電源側兩端電阻和485通訊側兩端電阻，不應小于規定阻止，若阻值過低應及時更換，避免運行過程中因流量波動導致裝置不必要的停車。

七、結束語

質量流量計在安裝和維護過程中，都應該根據其測量原理，檢查流量計使用環境和工況，在工況不允許的情況下，應及時更換其他形式測量元件，避免造成波動、偏低、偏高、死值等現象，在使用過程中不但要安裝在振動小的場所，而且應該盡量消除傳感器前后應力，對安裝方向也有著嚴格要求。科氏力式質量流量計具有精度高、適用介質廣、可靠性好、使用方便、維護量小等特點，已經在各工業領域中得到推廣和應用。

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