1 引言
           電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測量的流量計，廣泛應(yīng)用于測量導(dǎo)電性液體，如給水排水、紙漿、石油混合液體、化學(xué)及食品工業(yè)的液體等。電極是電磁流量計的關(guān)鍵元件，常用的電極材料有耐蝕不銹鋼、哈氏合金、鈦、鉭、鉑銥合金等材料，其中鉑銥合金是耐腐蝕性能、適用范圍zui廣的電極材料。重慶儀表材料研究所從2005年開始鉑銥元件的開發(fā)工作，在國內(nèi)實現(xiàn)了鉑銥合金棒材和元件一體化規(guī)模生產(chǎn)，為國內(nèi)眾多用戶解決了生產(chǎn)難題，降低了生產(chǎn)成本，并為國內(nèi)眾多合資公司實現(xiàn)了進(jìn)口產(chǎn)品替代。目前我所已成為我國鉑銥元件種類zui多、規(guī)模zui大的專業(yè)化貴金屬元件生產(chǎn)單位。筆者通過電磁流量計中鉑銥元件的工作原理、鉑銥元件的使用特性、生產(chǎn)工藝問題及解決措施等方面的介紹，希望能對本行業(yè)的發(fā)展起到積極的參考作用。
                            2 電磁流量計工作原理
                            
                        電磁流量計的工作原理是依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律。流量計測量管是一內(nèi)襯絕緣材料的非導(dǎo)磁合金管，兩只電極與軸流方向垂直安裝，電極頭與內(nèi)管表面平齊。當(dāng)勵磁線圈由雙向進(jìn)行方波脈沖時，即產(chǎn)生一個磁通密度為B的磁場，此時有一定導(dǎo)電率的流體流過測量管時，則切割磁力線感應(yīng)產(chǎn)生電動勢E。感應(yīng)電動勢與流量成正比，傳感器將感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電流信號（4~20mA）傳送至流量積算儀，流量積算儀就可以顯示當(dāng)前的流量值V。圖1是電磁流量計的原理圖。
                            3 電磁流量計電極種類
                           
                        電極是電磁流量計中的核心部件，主要起著傳輸電信號的作用。而信號傳遞的準(zhǔn)確性受電極形狀、大小、表面質(zhì)量及材料性能等因素影響，所以不同的流量測量應(yīng)選擇與之相適應(yīng)的電極材料，這樣可以盡量保證測量的準(zhǔn)確性和延長使用壽命。電磁流量計常用的電極材料及耐腐蝕性能見表1。
                        表1 電極材料的耐腐蝕性能

                           
                        雖然鉑銥電極耐腐蝕性能，但其性能也不是的。其使用也會受到一定的條件限制，表2所列就有部分是鉑銥合金不耐腐蝕的化學(xué)介質(zhì)，當(dāng)然表中列入的溶液僅是示例，而非全部。
                        表2 鉑銥合金和鉭不耐腐蝕的化學(xué)介質(zhì)

常見故障判斷及分析
                           
                        由以上原理介紹，下面就具體從幾個方面對電磁流量計使用中常見故障的成因、檢測判別方法以及對故障的處理方式進(jìn)行闡述，綜合分析電磁流量計在生產(chǎn)使用測量中主要存在以下幾方面問題：分別是液體中含有氣泡、電極腐蝕、電導(dǎo)率過低、襯里變形、電極結(jié)垢、外部干擾磁場或電場、電極短路（金屬顆粒）等。
                            1）液體中含有氣泡。
                           
                        液體中含有氣泡導(dǎo)致測量不準(zhǔn)或測量值波動（輸出波動）。故障原因：液體中的氣體有從外界吸入和液體中溶解氣體（空氣）兩種途徑。若液體中含有較大氣泡，則因擦過電極時能遮蓋整個電極，使流量信號輸入回路瞬時開路，導(dǎo)致輸出信號出現(xiàn)波動。判斷方法：zui簡單的判斷方法是當(dāng)遇到測量值波動時，可切斷磁場的勵磁回路電流，如果此時儀表依然有顯示且不穩(wěn)定時，說明大多是由于氣泡影響造成。如果此時以指針式萬用表測量電極電阻，可測量到電極的回路電阻要比正常時高。解決方法：對于被測介質(zhì)中含有空氣的情況，如果判斷是由安裝位置引起的，如因電磁流量計裝在管道高點而潴留氣體或外界吸入空氣造成氣泡而導(dǎo)致流量計測量波動，就應(yīng)更換安裝位置，可在管道低點或采用U型管安裝。但很多應(yīng)用情況是口徑較大或者安裝的位置不易改換，可在流量計上游安裝集氣包和排氣閥。實驗表明一臺DN2200口徑的電磁流量計，因氣泡造成顯示的波動可達(dá)20%~50%，在安裝了排氣裝置后，測量即恢復(fù)正常。
                            2）非滿管。
                           
                        液體未充滿管道可分為液面高度高于測量電極水平面或低于水平面兩種情況。當(dāng)管內(nèi)液面高于電極水平面時，若管道的前后是直管段時，電磁流量計的測量大多也能夠穩(wěn)定，但流量計所計量的液體體積包含了管道內(nèi)的非滿管部分體積，故這種測量存在著很大的測量誤差。當(dāng)管內(nèi)液面高度低于電極表面時，此時電極裸露在空氣中，測量回路實際處于開路狀態(tài)。電磁流量計的測量值和輸出處于一種隨機(jī)的狀態(tài)，不停地波動或是滿度。非滿管的情況多出現(xiàn)在靠流體直流或流量計后無任何背壓的直接排放口。判斷方法：可采用前述氣泡判斷的方法，此時以指針式萬用表測量電極電阻，可發(fā)現(xiàn)電極的回路電阻明顯變高。解決方法：在流量計安裝時應(yīng)盡量在管道zui低端安裝或有意將流量計安裝在U型管道。另外，現(xiàn)在市場上也有能夠在非滿管情況下測量的電磁流量計。
                            3）電極腐蝕。
                           
                        因電極腐蝕而造成測量值波動的情況。故障原因：由于流量計電極材料的選擇不當(dāng)造成電極為被測液體所腐蝕，從而導(dǎo)致流量計輸出波動。判斷方法：由于電極材料不耐腐蝕所造成的故障只有在電極被腐蝕后才會表現(xiàn)出來，之前通常無法判別。對此問題的解決方法，只有更換新的電極。一般電極腐蝕故障診斷處理都屬于事后維護(hù)處理的方法。
                            4）電極結(jié)垢及電極短路。
                           
                        電極短路的判斷比較簡單，若被測介質(zhì)中含有金屬物質(zhì)時，電極短路較易診斷，此時測量值明顯偏小或趨于零。但這種現(xiàn)象在日常運行中并不多見。電極結(jié)垢，因電磁流量計經(jīng)常應(yīng)用于原水或水質(zhì)較差等環(huán)境，電極結(jié)垢的發(fā)生幾率較高。當(dāng)電極結(jié)垢時，表現(xiàn)為信號逐漸減小，直至絕緣而使得信號回路開路，此時流量信號被隔絕。故障原因：當(dāng)被測水質(zhì)的雜質(zhì)較高時，易在管壁附著和沉淀，若附著的介質(zhì)是比被測液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì)，則信號電勢被分流而不能工作，即電極短路，若是非導(dǎo)電層，就是我們?nèi)粘Ｋf的電極結(jié)垢，則使電極開路而不能工作。判斷方法：若附著于襯里管壁積垢層為氧化鐵銹層，或以金屬為主要成份的雜質(zhì)，其電導(dǎo)率大于液體電導(dǎo)率，測得的流量值將比實際流量值低；若為碳酸鈣等水垢層，由于其電導(dǎo)率低于被測介質(zhì)，則測得的流量值將低于實際流量。假若附著層電導(dǎo)率與液體被測介質(zhì)相同，那么附加誤差為零，但此只局限于附著層厚度較小的情況，因為相同流量有附著層時流通截面積減小，但平均流速增加，相互間可抵消，因此附加誤差可以忽略。該故障解決方法：建議選用不易附著的尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動刮除沉垢。也有暫時斷開測量電路，在電極間通以短時間的低壓大流量，焚燒清除油脂類附著層。亦可在易產(chǎn)生附著層的場合采用提高流速以達(dá)到自行清掃管壁的目的，也是一個比較有效的方法，當(dāng)然采用易清洗的管道連接是一個比較*的方法。

                            5）電導(dǎo)率過低。
                           
                        電導(dǎo)率低于閥值（下限值）會產(chǎn)生測量誤差甚至不能穩(wěn)定工作，使用時測量出現(xiàn)波動現(xiàn)象，電導(dǎo)率超過閥值即使再變化時，此時測量的示值誤差幾乎恒定。通常儀表制造廠規(guī)范中規(guī)定的下限值是指在較理想的條件下可測量的zui低值，而實際使用條件不可能都很理想。判斷方法：液體電導(dǎo)率可查閱有關(guān)手冊，若缺少現(xiàn)成數(shù)據(jù)時，則可用電導(dǎo)率儀取樣測定。若沒有配備電導(dǎo)率儀，zui簡單的方法可以用萬用表測出液體的電阻，再用同樣的方法測試現(xiàn)場普通自來水的電阻，比較兩者的測試結(jié)果。對于液體電導(dǎo)率過低產(chǎn)生的測量誤差解決方法：電導(dǎo)率過低超出了儀表所容許的測量范圍，此時*的解決方法是選用其它能滿足要求的低電導(dǎo)率電磁流量計（如電容式電磁流量計）或者是其它原理的流量計。
                            6）襯里變形。
                           
                        可導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確或傳感器損壞。故障原因：襯里變形，大多發(fā)生在氟塑料的襯里，造成這種現(xiàn)象的原因有兩種：一是蒸汽滲透引起氟塑料襯里的熱擴(kuò)散現(xiàn)象，所謂熱擴(kuò)散是當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)（氣體或蒸汽）流過氟塑料襯里時所發(fā)生的自然的物理現(xiàn)象，通常滲透的程度主要取決于襯里材料、液體和蒸汽的類型、襯里的厚度（當(dāng)襯里的厚度增加時滲透程度則相應(yīng)減小）、襯里內(nèi)外的溫差（當(dāng)襯里內(nèi)外溫差很大時滲透則加?。┖凸艿缐毫Φ榷鄠€因素。二是氟塑料襯里特別是聚四氟乙烯（PTFE）襯里本身的工藝結(jié)構(gòu)，因為聚四氟乙烯與管壁間僅靠壓貼，無粘結(jié)力，故不能用于負(fù)壓管道。判斷方法：襯里變形在現(xiàn)場一般無法判別，現(xiàn)用的判斷方法是，在實際應(yīng)用過程中發(fā)覺流量誤差較大時，即將傳感器從工藝管道上拆下后以肉眼觀察，但此時襯里的故障往往已經(jīng)形成。解決方法：用隔熱絕緣的方法，法蘭和線圈盒間增加隔熱措施，減少溫差、減小熱擴(kuò)散，這將在很大程度上改善襯里內(nèi)外溫差情況，從而降低滲透率和蒸汽在測量管壁內(nèi)的凝聚；加厚聚四氟乙烯（PTFE）襯里厚度；提供其它形式的襯里，如PFA和陶瓷襯里。
                            7）外部強(qiáng)電磁場干擾。
                            
                        電磁流量計信號失真，輸出信號表現(xiàn)為非線性或信號波動。故障原因：由于流量計流量信號小，易受外界干擾影響，而干擾源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場等。電磁流量計的設(shè)計制造應(yīng)符合電磁兼容性要求，在規(guī)定輻射電磁環(huán)境下能正常工作。但現(xiàn)場應(yīng)用表明，強(qiáng)磁場干擾會導(dǎo)致磁場回路飽和及外部磁場進(jìn)入電磁流量計的磁場回路并形成雜散磁場而影響輸出信號的線性度。電場干擾則是由于噪聲破壞測量管內(nèi)的電勢平衡造成輸出信號波動異常。判斷方法：當(dāng)輸出信號表現(xiàn)為非線性時，可通過的模擬信號儀來判斷，如電磁流量計轉(zhuǎn)換器的輸出為線性，可判斷為外界的磁場干擾影響，反之也有可能是電磁流量計本身的電器故障。對電場干擾，可在先不加激磁電流時用示波器測量兩極間的電勢，其值應(yīng)為零，如測得有交流電勢，則可判別為漏電流等電場干擾。解決方法：防止磁場干擾，通常只有將電磁流量計傳感器的安裝位置遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場源。強(qiáng)電場干擾的防止，可采取增強(qiáng)屏蔽等措施。如仍無效，則可將電磁流量傳感器與連接管道絕緣。
                            8）電纜的故障。
                           
                        流量計在運行一段時間后（一般不是新裝用表），出現(xiàn)工作異常，具體表現(xiàn)為測量值變大或變小，或者是不停地波動，且經(jīng)現(xiàn)場檢查已排除管道不滿管、介質(zhì)含氣等上述現(xiàn)象的可能性。故障原因：這類問題的產(chǎn)生一般與安裝、維護(hù)不當(dāng)有關(guān)。未*做好電纜接頭處的防潮（防水）等處理，且接頭處常用絞接的方法連接。使用日久，且處于一個潮濕的環(huán)境中，潮氣侵入電纜接頭，可能造成以下一些故障：信號線對地絕緣下降，引起信號衰減，zui終是測量結(jié)果偏小。信號電纜接地處接觸電阻變大，使測量值變小，若該接觸電阻不穩(wěn)定，則測量值無法穩(wěn)定，且易引入干擾。勵磁線圈對地絕緣下降，造成測量結(jié)果偏小。勵磁回路電纜連接處接觸電阻變大，使轉(zhuǎn)換器的勵磁回路處于非恒流工作區(qū)域，勵磁電流下降，同樣造成測量結(jié)果偏小。信號線、勵磁線對地絕緣性能下降，使得測量結(jié)果遠(yuǎn)大于正常的數(shù)據(jù)。如這種干擾不穩(wěn)定，對儀表的影響也變化不定，繼而出現(xiàn)波動。信號電纜、勵磁電纜兩個連接頭相靠較近，就會產(chǎn)生耦合作用。
                           
                        通常能使實際運行結(jié)果增大幾成，此時儀表的零點變化就是由干擾引起的。判斷方法：對于這類異常情況，在排除流量計其它幾類故障的可能性后，就應(yīng)檢查電纜是否有問題，尤其是電纜曾有中間接頭處。對于勵磁回路電纜的故障，儀表維護(hù)人員只要把現(xiàn)場的勵磁回路電阻測量值與廠方提供的數(shù)據(jù)作比較即可得知問題所在，繼而采取措施。對于由于信號線、勵磁線對地絕緣性能下降的故障，可由儀表維護(hù)人員在斷開一根勵磁線的情況下，觀察儀表的顯示或輸出信號，此時儀表應(yīng)處于零流量的狀態(tài)，若測量值偏大，則可確定是信號線、勵磁線的絕緣不良或有耦合。解決方法：對于這種由于電纜的接頭或絕緣等引起的故障，解決方法只有更換電纜。