金属管浮子流量计常见故障分析 流量计技术指标

一、指针抖动：

1．轻微指针抖动：一般由于介质波动引起。可采用增加阻尼的方式来克服。
2．中度指针抖动：一般由于介质流动状态造成。对于气体一般由于介质操作压力不稳造成。可采用稳压或稳流装置来克服或加大浮子流量计气阻尼。
3．剧烈指针抖动：主要由于介质脉动，气压不稳或用户给出的气体操作状态的压力、温度、流量与浮子流量计实际的状态不符，有较大差异造成浮子流量计过量程。

二、指针停到某一位置不动

主要原因是浮子流量计的浮子卡死。

一般由于浮子流量计使用时开启阀门过快，使得浮子飞快向上冲击止动器，造成止动器变形而将浮子卡死。但也不排除由于浮子导向杆与止动环不同心，造成浮子卡死。处理时可将仪表拆下，将变形的止动器取下整形，并检查与导向杆是否同心，如不同心可进行校正，然后将浮子装好，手推浮子，感觉浮子上下通畅无阻卡即可，另外，在浮子流量计安装时一定要垂直或水平安装，不能倾斜，否则也容易引起卡表并给测量带来误差。

三、测量误差大

1．安装不符合要求；

对于垂直安装浮子流量计要保持垂直，倾角不大于20度；
对于水平安装浮子流量计要保持水平，倾角不大于20度；
浮子流量计周围100mm空间不得有铁磁性物体；
安装位置要远离阀门变径口、泵出口、工艺管线转弯口等。要保持前5D后250mm直管段的要求。

2．液体介质的密度变化较大也是引起误差较大的一个原因。由于仪表在标定前，都将介质按用户给出的密度进行换算，换算成标校状态下水的流量进行标定，因此如果介质密度变化较大，会对测量造成很大误差。解决方法可将变化以后的介质密度带入公式，换算成误差修正系数，然后再将流量计测出的流量乘以系数换成真实的流量。

3．气体介质由于受到温度压力影响较大，建议采用温压补偿的方式来获得真实的流量。

4．由于长期使用及管道震动等多因素引起浮子流量计传感磁钢、指针、配重、旋转磁钢等活动部件松动，造成误差较大。解决方法：可先用手推指针的方式来验证。首先将指针按在RP位置，看输出是否为4mA，流量显示是否为0%，再依次按照刻度进行验证。若发现不符，可对部件进行位置调整。一般要求专业人员调整，否则会造成位置丢失，需返回厂家进行校正。

四、无电流输出

1．首先看接线是否正确。
2．液晶是否有显示，若有显示无输出，多为输出管坏，需更换线路板。
3．丢失标校值。由于E2PROM故障，造成仪表标定数据丢失，也会引起无输出电流，电流会保持不变。解决办法：可用数据恢复操作，如果不起作用，可先设定密码2000中的数据，再设定密码4011中数据，方法是用手推指针标定从RP至100%中的数据。

五、无现场显示

1．检查接线是否正确。
2．检查供电电源是否正确。
3．将液晶模块重新安装，检查接触不实。
4．对于多线制供电方式检查12、13端子是否接电流表或短路。

六、现场液晶总显示0或满量程

1．检查2000 密码中设定量程、零点参数。要求ZERO要小于SPAN的值，两值不能相等。
2．检查采样数据是否上来，用手推指针看采样值变化，若无变化，一般为线路板采样电路故障，需更换线路板。

七、报警不正确

1．检查偏差设定d值不能太大。
2．FUN功能中，逻辑功能是否正确。HA-A表示上限正逻辑。LA-A表示下限正逻辑。
3．检查SU中报警值设定大小。
4．若液晶条码指示正确，输出无动作，可检查外部电源及外部电源的负极是否与仪表供电的负极相连。
5．线路板故障，更换线路板。

八、累积脉冲输出不正确

1．检查选择累积脉冲输出的那一路报警值是否设为零。
2．线路板故障，更换线路板。

摘 要： 根据电容式电磁流量计的各个功能将其分块，再逐块介绍和分析在流量计研制过程中遇到的各种噪声问题，进而提出解决方案。具有较强的针对性和实用性。
关键字： 电容式电磁流量计 噪声 解决方案

引言

电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制作的流量计，在实际研发中会遇到许多噪声问题。图1列出其每个组成部分可能引入的噪声，这些噪声以不同的形式和方式进入测量系统，成为提高信噪比和测量精度的障碍。本文通过分析传感器前端遇到的噪声的产生机制得出对应的解决方案。

图1噪声形式及分布图

1噪声原理及解决方案

1.1 传感器（电极+转换器）

该部分中流动的信号是未经放大处理的微弱流量信号，也就最容易受到外部因素的干扰，由图1可知它引入的噪声种类较多，在此对这些噪声进行分析并提出相应的解决方案。

在提出噪声及其解决方案之前先对流量信号本身进行讨论，在信号处理中尽可能地提高信噪比是处理的主要目标，但由于励磁功率等因素的限制，在电极处获得的流量信号幅值有限并且十分微弱，而在研制电磁流量计中我们使用了电容式电极（其原 因在后面将有论述），此电极的输出阻抗RC1很高，为106Ω数量级，如管内被测流体为导电率极低的酒精等，则内阻R0可能达到10⁸Ω数量级，进入转换器的电压值为，为使流量信号能够基本不失真地进入信号处理板中，这就要求转换器应具有极高的输入阻抗Zi。我们采用了输入阻抗数量级为10¹⁰Ω的自举电路作为转换器，其等效原理图如图2所示。

图2自举电路图

图2中，C1是电极的等效电容；RC1为其阻抗；Vi为流量信号电动势；R0为管内流体内阻。显然，信号失真小于1%，很大程度上保证了流量信号的完整性。

1.1.1杂散噪声

以往的电磁流量计的电极部分是以金属导体的形式与被测液体产生接触的，被测流体流动时与电极部分产生碰撞形成不规则的杂散噪声。使用电容式电磁流量计，电极部分不与被测流体直接接触而是透过管壁与流体的感应电动势产生感应。

如图3中所示，使用导电片为电极附着在测量管道外形成电容式电极，进而管道内表面无任何其他物质，被测流体在管体内畅通无阻，没有杂散噪声产生。

图3流量计电极及布线图

1.1.2正交/同相干扰

又称为微分干扰，是变化的励磁磁场通过被测流体、传感器、转换器和信号放大器组成的回路产生感应电动势，此现象被称为“变压器效应”，其电动势可表示为：

式中：E为次级电动势；B为磁场强度。

为减小正交干扰的幅值需要在制作工艺上下功夫，使图3中D-A-B-C形成的回路平面尽量同励磁磁场平行，进而最大程度的消除正交干扰。因为正交干扰与同相干扰是不随流量而变化的，也可用初值相减的方法去除。

1.1.3励磁电场干扰

由于流量信号很微弱且敏感，易受外部影响，所以离它很近的励磁线圈所产生的励磁电场就成为影响流量信号精度的致命因素，其产生的与励磁电流同形式的电场辐射对传感器部分形成很大的干扰信号，能将流量信号完全湮没。

解决方法是对传感器部分及输出线部分进行整体的接地屏蔽，屏蔽层需完全包裹传感器部分，使屏蔽层内成为一个等势体。因为电极部分获得的流量信号很微弱，其获得的电压容易经分布电容泄漏，所以需在此传输线上加反馈屏蔽，如图4所示。

图4电极输出信号线屏蔽图

1.1.4工频干扰

此干扰来源之一是外部电场，主要是工频电场以串模耦合形式通过被测流体等外部媒介进入系统内部，其次是系统供电电源和励磁信号引入的工频形式的干扰，此工频干扰的特点是幅值远大于流量信号且无处不在并随工作现场的不同其形式如频率、幅值也有所变化。

消除其串模干扰的方法是将被测流体良好接地，使此工频信号成为整个系统的基准电压，整个系统的零电位随串模信号的变化而变化，但其内部的电压是不随其变化的。再就是窄带滤波，去除信号处理板引入的工频噪声。

1.1.5共模/差模干扰

外部干扰电场耦合进入传输线部分，具有混合有共模和差模形式的干扰，此干扰具有不确定性，随时间地点的不同而变化。去除方法是将传感器与放大电路的长连接线以双绞线的方式缠绕，从而减小回路面积以降低差模形式的感应电压。由于传输线间很接近，使得每缠绕两圈分别获得的容性耦合干扰大小相等而极性相反，进而消除了整根双绞线引入的差模干扰，在后期的放大电路中使用运算放大器进行差动放大消除共模干扰。

1.1.6串模干扰

通过地线等途径提高或降低基准电势，使系统的工作电压不稳定。如图5所示为传感器与接收放大器的连接电路。连接传感器和放大器的导线模型化为与电阻Rw1和Rw2串联的理想导体。

图5串模干扰原理图

传感器模型转化为电压源Vs和与它相关的电阻Rs。节点Vg1是传感器这边的局部地，节点Vg2是接收端所在地的局部地。假设放大器的输入端到局部地的电阻等于Ri。两个局部地被电阻为Rg的分布式接地系统的导线连接在一起，因为有电流流进接地节点，所以两个局部地就不可能处在同一电位上，而有Vgd的电势差，则：

说明只要Ri>>（Rs+Rw1），则只将Vgd作为加入到Vs中的误差或干扰信号。

解决办法有两个：1）使用单点接地，断开Vg1处节点与Vs的连线，这样参考地只有一个，Vgd也就无法在系统中形成通路；2）第二个就是像去除共模干扰的方法一样将传感器与放大电路的长连接线以双绞线的方式缠绕并在接收放大器端增加一个差分放大器，通过求差值的方法消除地线引入的干扰。

1.1.7高低频耦合干扰

除上面提到的频率确定或形式确定的干扰外，还有其他的现场干扰进入，譬如现场拥有15Hz以下的低频及1kHz以上的高频，其干扰进入整个测量系统的传输线、导线等部分受到空间电场辐射，导致信号电压扰动，低频部分与处理放大后流量信号处于同一量级，它使工作信号做低频的扰动，容易造成信号溢出，而高频信号幅值较后期流量信号小，但仍会影响采样值的精度。

为此，我们对信号进行较高Q值的窄带滤波，使用二阶压控型有源带通滤波器作为滤波单元，其原理图及频率特性如图6、7所示。

图6二阶带通滤波原理图

其传递函数：

再将图6所示的电路进行四次级联形成八阶带通滤波器，其频率响应如图8所示。

2结束语

本文主要探讨了在研发过程中遇到的各种噪声情况及处理方法，当然电容式电磁流量计所涉及的噪声方面不仅如此，运放的量化误差、采样时的量化误差对测量精度都有影响，还需要对采样后的数据进行线性化等处理并通过控制器对流量结果进行控制、显示。传感器部分的形状、结构和工艺及管体部分材料也需要引起足够的重视。

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