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摘 要：在世界各国科技迅猛发展的今天，自动化技术是必不可少的衡量指标之一。然而，自动化仪表在自动化工业控制中又起着关键性作用，它不但是自动化系统的手脚，同时也是测量检测的重要部分。尤其是在化工企业中，自动化控制技术已经达到一个相当高的水平，化工仪表在自动控制领域内占据了重要不可缺失的地位。近些年，质量流量计应用越来越广泛，测量元件也越来越精益求精，尤其在氢气、液态烃类等介质中，随着质量流量计的广泛应用相应出现的仪表故障也越来越多，很多刚入门的仪表工处理起来会比较困难，因此借助此文将质量流量计的原理和应用，将实际应用中遇到的诸多问题和相应的处理过程罗列出来，使仪表人员在处理现场流量计是能够有迹可循，方便快捷。
关键词：自动化;流量计;工作原理;故障;核心处理器
一、概述
随着工业生产过程的自动化和智能化，流量计在整个计量仪表中所占比例越来越高，在众多质量流量测量方法中，科氏力法是一种比较常见且倍受瞩目的一种直接测量方法。现在的质量流量计可以直接获取质量流量的信号;不受介质的影响;可以直接测量液态烃类、惰性气体、易燃易爆气体、混合浆类等;不受管内流体流态的影响;测量范围大、精度高、还可以跟踪脉冲流;直接测量流体的密度、温度等优点。质量流量计主要是根据测量管的高频振动，检测扭力管的扭矩来计算的流量，因此，电路部分和核心处理器是全天候运作的，对其寿命的考验是非常高的。本文着重针对现场质量流量计的安装调试过程中的注意事项，以及常出现的故障，对核心处理器进行改造，使得处理器的寿命更长久，测量计算更稳定。
二、质量流量计工作原理
在质量流量计传感器中，被测介质被引入到测量管中，并进行缩径，保证100%的介质流经测量管。两根测量管由于驱动线圈的作用，产生以支点为轴的相对振动，当测量管中有流量时，会产生相对运动。
每个测量管上均有一个测量线圈，由于相对振动，线圈在磁铁的磁场中做切割磁感线运动，在其内部产生交流电信号。该信号能正确的反映出线圈组之间的相对位移和相对运动速度，通过检测交流信号，可以判断测量管的运动状态。
在没有流量的情况下，入口和出口处检测线圈检测到的交流电流信号是相同相位的。当有流量时，由于科氏力作用，测量管发生扭曲，两端的检测线圈的输出电流信号存在相位差。流量越大，相位差越大，而且其流量大小与相位差信号成正比关系。检测到的电信号被送到变送器，变送器经过滤波、积分、放大后转换成4～20mA模拟信号和一定范围的频率信号两种形式输出。质量流量计与温度、压力、粘度等参数的变化无关，无需进行各种补偿，故又称为直接式流量计。
三、质量流量计分类
科氏质量流量计有很多种类：按测量管段数可分为单管型和双管型;按测量管形状可分为弯曲形和直形，弯曲形的测量管也分Ω字形、S字形、J字形、三角形等;按流量计安装方式分有螺纹、法兰、卡箍等。根据工程实际情况和流程参数，选择合适的形状、材质、公称通径、公称压力和安装方式的质量流量计。
四、质量流量计安装设计要求
科氏质量流量计主要用来测量介质质量流量或者输出计算得出的体积流量。科氏质量流量计的测量管振幅微小，可视为无活动件，又无阻碍件，其测量值不受管道内流场影响;可测量各种非牛顿流体以及粘滞的和含微粒的浆液，而且流量量程比可以很大。但是公称通径一定的科氏质量流量计的最大测量值实际是受限制的，介质流速是一个因素。
除了流速以外，质量流量计的选型和一般流量计的选型还有很大的不同：
1）流量再大质量流量计都可以测量，（而其它流量计可能量程超限而不工作或造成机械部件损坏），只是要牺牲压力损失作为代价。
2）质量流量计的量程比，也是与流量计两端的压力损失有很大的关系，即量程比越大，压力损失也就越大。
3）当一台质量流量计的管径大小决定了，流速越大，精度可以得到保证但所带来的压力損失也就大，所以在选择流量计之前，需要根据现场工况，结合整个过程工艺参数和管道所允许压力损失，与质量流量计厂家的工程师一起选型和定价，选出最合适现场工况的质量流量计。
五、质量流量计故障处理
基于科氏质量流量计工作原理，其在运行过程中定然会具有很高的要求，所以故障也会很高，下面就针对部分故障进行分析。
1）若质量流量计出现误差偏大，变送器显示不亮或不增值，显示值过低或无指示，其原因：①安装不规范，可直接导致流量计零漂，如质量流量计安装在泵出口处较近，传感器支撑强度不够，连接法兰焊接不当产生应力信号，电缆受电磁干扰②接线问题若出现显示器不亮现象，应检查变送器电源连线，若出现保险丝被烧，应确认输入电压与标准电压标称值，交直流形式是否一致。
2）若出现仪表显示值不随流量增加时，应检查变送器接线，若变送器有正/反向程序，应检查流量计接线，因流量计接线不正确，会使变送器在反向流时不递增。
3）工艺介质变化若测量介质出现夹气，气化或两相流等现象，流量计显示值会出现很大的波动变送器会出现报警显示，严重时，传感器停止工作。
4）若质量流量计安装在输送泵出口，若流量计出现波动现象，要检查输送泵是否出现气蚀现象，并检查流量计与输送泵之间的距离是否符合安装要求。流量计与输送泵之间的距离应该至少大于传感器本身长度的4倍以上。如果泵会引起振动，则需要用绕性管或连接管进行隔离。
5）质量流量计是基于起振器使测量管振动，若质量流量计周围较大的振动源，或者地基有很大的振动，会使质量流量计的振动频率发生改变，严重会引起共振，进而影响到测量结果。所以质量流量计应该安装在一个稳固的基础上。内径小于10mm的小口径质量流量计应该安装在平稳、无振动的地面上。如果在高振动的环境下，应注意基础的振动吸收，且传感器进出口应与管道之间用柔性管道连接。口径大的流量计应用关卡和支撑物将流量计牢牢固定。 6）质量流量计不应该产生应力，如果产生应力，会使扭力管的形状发生改变，当起振器振动时，由于扭力管局部形状发生改变，频率也会发生改变，如果有流体流过，检测到的频率也不会与理论频率一样，从而使得计算出的流量出现很大的偏差。所以，质量流量计安装应该尽可能的避免应力。在安装仪表前，应该有专业安装队伍进行校正，流量计两端应该在同一条直线上，并且质量流量计两端增加固定支架，若无法保持同一直线应增加柔性管。
六、质量流量计核心处理器
质量流量计的核心处理器是对频率信号进行计算和转换，1700系列有一组电源信号、一组485信号，靠近传感器的处理器背面是传感器的9芯插针，中间有一根螺栓，用于连接并固定在传感器上，这种核心处理器安装简便，信号线和电源线的颜色与核心处理器上标注的颜色一致，连接直观，是比较常用的处理器。
在使用过程中，如果测量介质是低温或者高温介质，核心处理器长期运作在这种环境中，内部元器件会出现老化，绝缘效果降低，测量线圈电阻检测值会偏低，从而会使计算出的流量值偏低，严重的情况下会波动。
如果流量计安装在强电磁干扰的环境下，或强振动的环境下，核心处理器会因为干扰导致内部元器件绝缘效果降低，导致测量值发生改变、波动。
因此，在质量流量计安装之前，要分析判断备测介质的工况信息，若长期处在高温或者低温环境下，或者周围有变压器、高频信号发生器的环境下，或者周围有强振动源的情况下，就不适合安装质量流量计。在有联锁的测量中，应定期检查核心处理器的运行情况，定期检查电源侧两端电阻和485通讯侧两端电阻，不应小于规定阻止，若阻值过低应及时更换，避免运行过程中因流量波动导致装置不必要的停车。
七、结束语
质量流量计在安装和维护过程中，都应该根据其测量原理，检查流量计使用环境和工况，在工况不允许的情况下，应及时更换其他形式测量元件，避免造成波动、偏低、偏高、死值等现象，在使用過程中不但要安装在振动小的场所，而且应该尽量消除传感器前后应力，对安装方向也有着严格要求。科氏力式质量流量计具有精度高、适用介质广、可靠性好、使用方便、维护量小等特点，已经在各工业领域中得到推广和应用。
参考文献
[1]肖素琴，质量流量计，中国石化出版社，1999年3月
[2]梁国伟，流量测量技术及仪表，机械工业出版社，2002年6月
[3]乐嘉谦，仪表工手册，化学工业出版社，2000年5月
[4]王兴才、王才勇，质量流量计测量及其特性，化学工业出版社，2000年第6期
[5].张全成，热工测量及自动调节，北京科学普及出版社，1984年12月
[6].杨俊、陈明，直管式科氏质量流量计最佳测量点分析，航空计测技术
[7].吕崇德、姜学智、杨献永，热工参数测量与处理，清华大学出版社，1995年
关键词：自动化;流量计;工作原理;故障;核心处理器
一、概述
随着工业生产过程的自动化和智能化，流量计在整个计量仪表中所占比例越来越高，在众多质量流量测量方法中，科氏力法是一种比较常见且倍受瞩目的一种直接测量方法。现在的质量流量计可以直接获取质量流量的信号;不受介质的影响;可以直接测量液态烃类、惰性气体、易燃易爆气体、混合浆类等;不受管内流体流态的影响;测量范围大、精度高、还可以跟踪脉冲流;直接测量流体的密度、温度等优点。质量流量计主要是根据测量管的高频振动，检测扭力管的扭矩来计算的流量，因此，电路部分和核心处理器是全天候运作的，对其寿命的考验是非常高的。本文着重针对现场质量流量计的安装调试过程中的注意事项，以及常出现的故障，对核心处理器进行改造，使得处理器的寿命更长久，测量计算更稳定。
二、质量流量计工作原理
在质量流量计传感器中，被测介质被引入到测量管中，并进行缩径，保证100%的介质流经测量管。两根测量管由于驱动线圈的作用，产生以支点为轴的相对振动，当测量管中有流量时，会产生相对运动。
每个测量管上均有一个测量线圈，由于相对振动，线圈在磁铁的磁场中做切割磁感线运动，在其内部产生交流电信号。该信号能正确的反映出线圈组之间的相对位移和相对运动速度，通过检测交流信号，可以判断测量管的运动状态。
在没有流量的情况下，入口和出口处检测线圈检测到的交流电流信号是相同相位的。当有流量时，由于科氏力作用，测量管发生扭曲，两端的检测线圈的输出电流信号存在相位差。流量越大，相位差越大，而且其流量大小与相位差信号成正比关系。检测到的电信号被送到变送器，变送器经过滤波、积分、放大后转换成4～20mA模拟信号和一定范围的频率信号两种形式输出。质量流量计与温度、压力、粘度等参数的变化无关，无需进行各种补偿，故又称为直接式流量计。
三、质量流量计分类
科氏质量流量计有很多种类：按测量管段数可分为单管型和双管型;按测量管形状可分为弯曲形和直形，弯曲形的测量管也分Ω字形、S字形、J字形、三角形等;按流量计安装方式分有螺纹、法兰、卡箍等。根据工程实际情况和流程参数，选择合适的形状、材质、公称通径、公称压力和安装方式的质量流量计。
四、质量流量计安装设计要求
科氏质量流量计主要用来测量介质质量流量或者输出计算得出的体积流量。科氏质量流量计的测量管振幅微小，可视为无活动件，又无阻碍件，其测量值不受管道内流场影响;可测量各种非牛顿流体以及粘滞的和含微粒的浆液，而且流量量程比可以很大。但是公称通径一定的科氏质量流量计的最大测量值实际是受限制的，介质流速是一个因素。
除了流速以外，质量流量计的选型和一般流量计的选型还有很大的不同：
1）流量再大质量流量计都可以测量，（而其它流量计可能量程超限而不工作或造成机械部件损坏），只是要牺牲压力损失作为代价。
2）质量流量计的量程比，也是与流量计两端的压力损失有很大的关系，即量程比越大，压力损失也就越大。
3）当一台质量流量计的管径大小决定了，流速越大，精度可以得到保证但所带来的压力損失也就大，所以在选择流量计之前，需要根据现场工况，结合整个过程工艺参数和管道所允许压力损失，与质量流量计厂家的工程师一起选型和定价，选出最合适现场工况的质量流量计。
五、质量流量计故障处理
基于科氏质量流量计工作原理，其在运行过程中定然会具有很高的要求，所以故障也会很高，下面就针对部分故障进行分析。
1）若质量流量计出现误差偏大，变送器显示不亮或不增值，显示值过低或无指示，其原因：①安装不规范，可直接导致流量计零漂，如质量流量计安装在泵出口处较近，传感器支撑强度不够，连接法兰焊接不当产生应力信号，电缆受电磁干扰②接线问题若出现显示器不亮现象，应检查变送器电源连线，若出现保险丝被烧，应确认输入电压与标准电压标称值，交直流形式是否一致。
2）若出现仪表显示值不随流量增加时，应检查变送器接线，若变送器有正/反向程序，应检查流量计接线，因流量计接线不正确，会使变送器在反向流时不递增。
3）工艺介质变化若测量介质出现夹气，气化或两相流等现象，流量计显示值会出现很大的波动变送器会出现报警显示，严重时，传感器停止工作。
4）若质量流量计安装在输送泵出口，若流量计出现波动现象，要检查输送泵是否出现气蚀现象，并检查流量计与输送泵之间的距离是否符合安装要求。流量计与输送泵之间的距离应该至少大于传感器本身长度的4倍以上。如果泵会引起振动，则需要用绕性管或连接管进行隔离。
5）质量流量计是基于起振器使测量管振动，若质量流量计周围较大的振动源，或者地基有很大的振动，会使质量流量计的振动频率发生改变，严重会引起共振，进而影响到测量结果。所以质量流量计应该安装在一个稳固的基础上。内径小于10mm的小口径质量流量计应该安装在平稳、无振动的地面上。如果在高振动的环境下，应注意基础的振动吸收，且传感器进出口应与管道之间用柔性管道连接。口径大的流量计应用关卡和支撑物将流量计牢牢固定。 6）质量流量计不应该产生应力，如果产生应力，会使扭力管的形状发生改变，当起振器振动时，由于扭力管局部形状发生改变，频率也会发生改变，如果有流体流过，检测到的频率也不会与理论频率一样，从而使得计算出的流量出现很大的偏差。所以，质量流量计安装应该尽可能的避免应力。在安装仪表前，应该有专业安装队伍进行校正，流量计两端应该在同一条直线上，并且质量流量计两端增加固定支架，若无法保持同一直线应增加柔性管。
六、质量流量计核心处理器
质量流量计的核心处理器是对频率信号进行计算和转换，1700系列有一组电源信号、一组485信号，靠近传感器的处理器背面是传感器的9芯插针，中间有一根螺栓，用于连接并固定在传感器上，这种核心处理器安装简便，信号线和电源线的颜色与核心处理器上标注的颜色一致，连接直观，是比较常用的处理器。
在使用过程中，如果测量介质是低温或者高温介质，核心处理器长期运作在这种环境中，内部元器件会出现老化，绝缘效果降低，测量线圈电阻检测值会偏低，从而会使计算出的流量值偏低，严重的情况下会波动。
如果流量计安装在强电磁干扰的环境下，或强振动的环境下，核心处理器会因为干扰导致内部元器件绝缘效果降低，导致测量值发生改变、波动。
因此，在质量流量计安装之前，要分析判断备测介质的工况信息，若长期处在高温或者低温环境下，或者周围有变压器、高频信号发生器的环境下，或者周围有强振动源的情况下，就不适合安装质量流量计。在有联锁的测量中，应定期检查核心处理器的运行情况，定期检查电源侧两端电阻和485通讯侧两端电阻，不应小于规定阻止，若阻值过低应及时更换，避免运行过程中因流量波动导致装置不必要的停车。
七、结束语
质量流量计在安装和维护过程中，都应该根据其测量原理，检查流量计使用环境和工况，在工况不允许的情况下，应及时更换其他形式测量元件，避免造成波动、偏低、偏高、死值等现象，在使用過程中不但要安装在振动小的场所，而且应该尽量消除传感器前后应力，对安装方向也有着严格要求。科氏力式质量流量计具有精度高、适用介质广、可靠性好、使用方便、维护量小等特点，已经在各工业领域中得到推广和应用。
参考文献
[1]肖素琴，质量流量计，中国石化出版社，1999年3月
[2]梁国伟，流量测量技术及仪表，机械工业出版社，2002年6月
[3]乐嘉谦，仪表工手册，化学工业出版社，2000年5月
[4]王兴才、王才勇，质量流量计测量及其特性，化学工业出版社，2000年第6期
[5].张全成，热工测量及自动调节，北京科学普及出版社，1984年12月
[6].杨俊、陈明，直管式科氏质量流量计最佳测量点分析，航空计测技术
[7].吕崇德、姜学智、杨献永，热工参数测量与处理，清华大学出版社，1995年