圖1 時(shí)差法超聲波流量測(cè)量原理示意圖
其中:c是超聲波在非流動(dòng)介質(zhì)中的聲速,V是流體介質(zhì)的流動(dòng)速度,tu和td之間的差為:
式中X是兩個(gè)換能器在管線(xiàn)方向上的間距。
上式可簡(jiǎn)化為:
也就是流體的流速為:
由此可見(jiàn),流體的流速與超聲波順流和逆流傳播的時(shí)間差成正比。
3 時(shí)差法超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)
圖2 超聲波流量計(jì)的電原理框圖
運(yùn)行中產(chǎn)生故障的第一類(lèi)為儀表本身故障,即儀表結(jié)構(gòu)件或元器件損壞引起的故障。第二類(lèi)為外界原因引起的故障,如安裝不妥流動(dòng)畸變,沉積和結(jié)垢等。
1、調(diào)試期故障
本類(lèi)故障在初始裝用調(diào)試時(shí)就出現(xiàn),但一經(jīng)改進(jìn)排除故障,以后在相同條件下一般就不會(huì)再度出現(xiàn)。常見(jiàn)調(diào)試期故障主要有安裝不妥、環(huán)境干擾和流體特性影響三方面原因。
(1)管道系統(tǒng)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(jiàn)的例如將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網(wǎng)高點(diǎn);流量傳感器后無(wú)背壓,液體逕直排人大氣,形成其測(cè)量管內(nèi)非滿(mǎn)管;裝在自上向下流的垂直管道上,可能出現(xiàn)排空等。
(2)環(huán)境方面
主要是管道雜散電流干擾,空間電磁波干擾,大電機(jī)磁場(chǎng)干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨(dú)接地保護(hù)可獲得滿(mǎn)意測(cè)量,但如遇管道有強(qiáng)雜散電流(如電解車(chē)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??臻g電磁波干擾-般經(jīng)信號(hào)電纜弓I入,通常采用單層或多層屏蔽予以保護(hù),但也曾遇到屏蔽保護(hù)還不能克服(見(jiàn)案例10)。
(3)流體方面
液體含有均勻分布細(xì)小氣泡通常不影響正常測(cè)量,唯所測(cè)得體積流量是液體和氣體兩者之和;氣泡增大會(huì)使輸出信號(hào)波動(dòng),若氣泡大到流過(guò)電極遮蓋整個(gè)電極表面,使電極信號(hào)回路瞬時(shí)斷開(kāi),輸出信號(hào)將產(chǎn)生更大波動(dòng)。低頻(50/16 Hz-50/6 Hz)矩形波激磁電磁流量計(jì)測(cè)量液體中含有固體超過(guò)一定含量時(shí)將產(chǎn)生漿液噪聲,輸出信號(hào)亦會(huì)有一定程度波動(dòng)。兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時(shí),若兩種液體電導(dǎo)率(或各自與電極間電位)有差異,在混合未均勻前即進(jìn)入流量傳感器進(jìn)行流量測(cè)量,輸出信號(hào)亦會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。電極材質(zhì)與被測(cè)介質(zhì)選配不善,產(chǎn)生鈍化或氧化等化學(xué)作用,電極表面形成絕緣膜,以及電化學(xué)和極化現(xiàn)象等,均會(huì)妨礙正常測(cè)量。
2、運(yùn)行期故障
經(jīng)初期調(diào)試并正常運(yùn)行一段時(shí)期后在運(yùn)行期間出現(xiàn)的故障,常見(jiàn)故障原因有:流量傳感器內(nèi)壁附著層,雷電擊,環(huán)境條件變化。
(1)內(nèi)壁附著層
由于電磁流量計(jì)測(cè)量含有懸浮固相或污臟體的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)比其他流量?jī)x表多,出現(xiàn)內(nèi)壁附著層產(chǎn)生的故障概率也就相對(duì)較高。若附著層電導(dǎo)率與液體電導(dǎo)率相近,儀表還能正常輸出信號(hào),只是改變流通面積,形成測(cè)量誤差的隱性故障;若是高電導(dǎo)率附著層,電極間電動(dòng)勢(shì)將被短路;若是絕緣性附著層,電極表面被絕緣而斷開(kāi)測(cè)量電路。后兩種現(xiàn)象均會(huì)使儀表無(wú)法工作。
(2)雷電擊
雷電擊在線(xiàn)路中感應(yīng)瞬時(shí)高電壓和浪涌電流,進(jìn)入儀表就會(huì)損壞儀表。雷電擊損儀表有3條引入途徑:電源線(xiàn),傳感器勺轉(zhuǎn)換器間的流量信號(hào)線(xiàn)和激磁線(xiàn)。然而從雷電故障中損壞零部件的分析,引起故障的感應(yīng)高電壓和浪涌電流大部分足從控制室電源線(xiàn)路引入的,其他兩條途徑較少。還從發(fā)生雷擊事故現(xiàn)場(chǎng)了解到,不僅出現(xiàn)故障,控制室中其他儀表電常常同時(shí)出現(xiàn)雷擊事故。因此使用單位要認(rèn)識(shí)設(shè)置控制室儀表電源線(xiàn)防雷設(shè)施的重要性。
(3)環(huán)境條件變化
主要原因同上節(jié)調(diào)試期故障環(huán)境方面,只是干擾源不在調(diào)試期出現(xiàn)而在運(yùn)行期間再介入的。例如一臺(tái)接地保護(hù)并不理想的,調(diào)試期因無(wú)干擾源,儀表運(yùn)行正常,然而在運(yùn)行期出現(xiàn)新干擾源(例如測(cè)量點(diǎn)附近管道或較遠(yuǎn)處實(shí)施管道電焊)干擾儀表正常運(yùn)行,出現(xiàn)輸出信號(hào)大幅度波動(dòng)。
電磁流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)問(wèn)題及處理如下: 一般情況下用戶(hù)反映的故障會(huì)有: 1.測(cè)量值波動(dòng) 2.測(cè)量值不準(zhǔn)確 3.有介質(zhì)但是儀表顯示為零 4.儀表無(wú)顯示或者有顯示無(wú)輸出 常見(jiàn)解決方法為: 1.測(cè)量值波動(dòng)出現(xiàn)的原因可能是: 接線(xiàn)問(wèn)題(適用于新裝流量計(jì)),一般情況下為屏蔽線(xiàn)未接好; 用戶(hù)工藝問(wèn)題,可能不滿(mǎn)管(有可能是前期安裝不符合安裝條件,必須要保證滿(mǎn)管;后期使用中管道中憋氣沒(méi)有安裝排氣閥) 流量計(jì)前端閥門(mén)是否全開(kāi),如果不全開(kāi)可能會(huì)導(dǎo)致波動(dòng) 檢查電導(dǎo)率是否太低,如果電導(dǎo)率較低可能會(huì)導(dǎo)致波動(dòng)較大 檢查流量計(jì)是否進(jìn)水,如果進(jìn)水,可直接判斷為壞掉 流量計(jì)質(zhì)量問(wèn)題,測(cè)量傳感器阻值是否正常,使用GS8測(cè)試轉(zhuǎn)換器是否正常,條件允許可更換一臺(tái)正常的試試 2.測(cè)量值不準(zhǔn)確的原因可能為: 用戶(hù)將線(xiàn)接錯(cuò),檢查接線(xiàn) 檢查傳感器與轉(zhuǎn)換器儀表編號(hào)是否一致,如果不是一套的,需要檢查管徑、GK、GKL、勵(lì)磁頻率 用戶(hù)將旁通管是否關(guān)閉 介質(zhì)是否為容易結(jié)垢的介質(zhì),如果易結(jié)垢也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確 3.有介質(zhì)流動(dòng)儀表顯示為零的原因可能是: 檢查連接線(xiàn)是否正常,有可能中間線(xiàn)路中斷 檢查是否保證滿(mǎn)管 確定介質(zhì)流過(guò)傳感器,檢查前后閥門(mén)是否打開(kāi) 檢查用戶(hù)介質(zhì)的電導(dǎo)率是否在合適范圍內(nèi),電導(dǎo)率較低的話(huà)檢查門(mén)檻值是否太高 4.儀表無(wú)顯示或者有顯示無(wú)輸出的原因可能是: 測(cè)量用戶(hù)的供電是否合格 檢查用戶(hù)的輸出接線(xiàn)是否正確,使用萬(wàn)用表測(cè)量是否有電流輸出 檢查轉(zhuǎn)換器機(jī)芯內(nèi)的保險(xiǎn)是否壞掉(IFC300有兩個(gè)保險(xiǎn),電源保險(xiǎn)和輸出保險(xiǎn);IFC100有一個(gè)保險(xiǎn)) 檢查顯示屏與機(jī)芯的排線(xiàn)是否插好,或者顯示屏壞掉,有條件可以使用一個(gè)正常顯示的顯示屏試試,或者拿回公司測(cè)試。