在工業(yè)生產(chǎn)過程中, 流量是一個非常重要的測量參數(shù)。目前測量流量的儀表類型很多, 比較常見的有超聲波流量計, 電磁流量計, 渦街流量計, 浮子式流量計, 孔板流量計等等, 這些流量計都有一個共同的特點就是都是測量體積的, 測量精度受到溫度, 壓力, 等外部影響比較大。在實際的工業(yè)生產(chǎn)過程中, 人們出于節(jié)能降耗, 提高生產(chǎn)效率, 提高產(chǎn)品質(zhì)量等各種原因而更加關(guān)心測量對象流過管道的質(zhì)量流量是多少, 科里奧利質(zhì)量流量計應運而生。它是根據(jù)流體在振動的管道中流動時, 會對管壁產(chǎn)生一個與質(zhì)量流量成正比的力的原理制成的, 這個力就是科里奧利力。

科里奧利力的計算公式如下:

F=2m覣v (1)

上面的式中:F為科里奧利力, m為質(zhì)點質(zhì)量, 覣為旋轉(zhuǎn)體系的角速度, v為質(zhì)點在旋轉(zhuǎn)體系中的運動速度, 其中F、覣、v均為矢量, 且覣是按正弦規(guī)律變化的量。

圖1為流體經(jīng)過測量管路的示意圖, 由于科里奧利力的存在, 流體經(jīng)過測量管路時相對于R-R軸會產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)力矩M, 如圖1所示, 因為F1=F2=F, 且r1=r2=r, 所以

將 (1) 代入 (2) 得

M=4覣·v·m·r (3) 因為質(zhì)量流量qm=tm, 且v=tL, 代入 (3) 得

因為質(zhì)量流量qm=m/ t, 且v=L/t, 代入 (3) 得

在力矩M的作用下, 測量管會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角, 角度為θ, 假設測量管路系統(tǒng)的彈性形變系數(shù)為K, 那么就有

由 (4) 、 (5) 兩式可得

根據(jù)正弦定理且轉(zhuǎn)動角θ很小, 所以有

式中△t為測量管路上兩個直管端點通過中點位置Z的時間差, 由 (6) 和 (7) 可以得出

qm=8r2·覣·LK·覣·L·△t=K8r2△t (8)

在科里奧利質(zhì)量流量計的制造過程中, 測量管路系統(tǒng)的彈性形變系數(shù)K和兩個振動管之間的距離的一半, 即r都是固定已知的, 因此質(zhì)量流量qm只與△t有關(guān)。

由相位檢測技術(shù)可以很容易測量出△t, 然后經(jīng)過信號處理電路即可算出流經(jīng)測量管路的流體的質(zhì)量流量, 又因為測量管路的振蕩頻率為流體密度的反比例函數(shù), 因此也可以根據(jù)測量管路的振蕩頻率計算出流經(jīng)測量管路的流體密度。

除此之外, 一般還會在科里奧利質(zhì)量流量計的測量管路的進口端管壁上加裝一個貼片式鉑電阻, 由此鉑電阻的阻值算出測量管路的溫度, 根據(jù)此溫度值對測量管路系統(tǒng)的彈性形變系數(shù)K以及流體密度值等作出修正, 進一步提高質(zhì)量流量測量的精度。

  由于科里奧利質(zhì)量流量計的使用日益廣泛, 并且相當部分的流量計都在高溫高濕有腐蝕的環(huán)境下工作, 同時由于變頻器的使用增大的流量計的供電系統(tǒng)不確定性, 因此質(zhì)量流量計難免會出現(xiàn)各種各樣的故障。如果能根據(jù)現(xiàn)場現(xiàn)象準確判斷出質(zhì)量流量計的故障所在, 并且快速給出維修意見, 迅速修好質(zhì)量流量計, 盡快恢復正常生產(chǎn)就能節(jié)約大量時間提高了生產(chǎn)效率, 同時避免了采購更新不必要的設備節(jié)省大量的流動資金, 能極大的提高工廠的效益。下面是筆者根據(jù)從業(yè)幾年來維護科里奧利質(zhì)量流量計的工作經(jīng)驗總結(jié)的幾種常見的故障和相對應的維修方案。

(1) 故障現(xiàn)象:質(zhì)量流量計變送器無輸出, 故障燈也不閃爍。故障原因以及維修方案:首先檢查供電系統(tǒng), 如無220V供電, 交由車間電工處理供電故障;如質(zhì)量流量計變送器里面的保險絲燒斷, 立即更換相同型號的保險絲;如質(zhì)量流量計變送器的電源板塊上的電容有燒斷情況出現(xiàn), 應迅速更換相同型號的電容。

事故案例:樂凱集團股份三號機供料熔化工段有多臺流量變送器故障報警, 檢查發(fā)現(xiàn)測量板均正常工作, 電源供電也正常, 唯獨電源板上有一個電容有些松動, 仔細觀察電容正極的引腳發(fā)現(xiàn)有些燒黑的痕跡, 將其更換新的電容后流量變送器工作正常, 后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)多臺流量變送器故障報警均由此電容燒斷引起。

(2) 故障現(xiàn)象:質(zhì)量流量計變送器變送輸出瞬時流量顯示***大值。故障原因及維修方案:如質(zhì)量流量傳感器損壞, 應更換新的質(zhì)量流量傳感器;如信號傳輸線路故障, 應更換新的信號傳輸電纜;如質(zhì)量流量計變送器的驅(qū)動電路沒有電壓, 應在檢查電路之后更換質(zhì)量流量計變送器內(nèi)的保險絲, 如質(zhì)量流量計變送器的驅(qū)動電路有直流電壓卻沒有交流電壓, 且手觸摸質(zhì)量流量計傳感器無振感, 說明振蕩系統(tǒng)沒有工作, 傳感器沒有起振, 此種情況下應先確定質(zhì)量流量計傳感器的測量管路是否有堵塞情況出現(xiàn), 如有堵塞應立即疏通, 如疏通后質(zhì)量流量計傳感器仍無振感, 可輕輕的拍一下質(zhì)量流量傳感器的外殼看能否起振, 如仍舊不能起振, 這說明質(zhì)量流量傳感器的安裝有問題, 應該對照說明書從新安裝一遍質(zhì)量流量傳感器。

(3) 故障現(xiàn)象:質(zhì)量流量變送器零點輸出穩(wěn)定, 但是輸出不能回到零。負故障原因及維修方案:首先應該排除是不是質(zhì)量流量傳感器安裝的問題, 安裝是否鉛直, 固定是否牢固等, 應對照質(zhì)量流量計安裝說明書重新安裝一遍;如用于標定質(zhì)量流量計的水與實際工況中的流經(jīng)質(zhì)量流量計測量管路總的流體的溫度, 密度等系數(shù)又較大差別的, 應該用于被測流體物理特性相接近的流體重新標定一下;如管道堵塞, 應該清理一下管路;如果以上方法均不能使質(zhì)量流量變送器的輸出回到零點, 如果零點始終高于0, 可以適當增大質(zhì)量流量變送器測量電路板上的R45、R46或者減小質(zhì)量流量變送器測量電路板上的R47、R48, 如果零點始終低于0, 方法相反, 可以適當減小質(zhì)量流量變送器測量電路板上的R45、R46或者增大質(zhì)量流量變送器測量電路板上的R47、R48。

(4) 故障現(xiàn)象:當流過質(zhì)量流量計的流體增加時, 質(zhì)量流量計變送器的輸出反而變小了。故障原因及維修方案:按照 (3) 中檢查一遍, 如果都正常, 那么流經(jīng)質(zhì)量流量傳感器的流體的流向與質(zhì)量流量傳感器外殼的指示流向相反, 或者是質(zhì)量流量變送器的信號線接反了, 將接反的信號線改正即能恢復正常。

(5) 故障現(xiàn)象:在質(zhì)量流量計正常工作的時候, 質(zhì)量流量變送器輸出波動很大。故障原因及維修方案:檢查質(zhì)量流量傳感器的安裝, 如安裝不穩(wěn)或者周圍有振動源干擾, 重新安裝質(zhì)量流量傳感器;檢查供電電源的接地線, 接地電阻應小于4Ω, 如果超出此范圍, 應重新接地;檢查質(zhì)量流量變送器周圍是否有輻射源, 應讓質(zhì)量流量變送器遠離變頻器, 電機, 頻繁動作的動力電氣柜等。

  筆者在維護樂凱集團幾個相關(guān)車間的儀器儀表期間, 利用報廢的科里奧利質(zhì)量流量計作為元器件庫, 幾年里先后維修恢復好質(zhì)量流量計變送器十余臺, 累計節(jié)省流動資金近百萬元, 減少了因質(zhì)量流量計故障而停車的事故, 提高了生產(chǎn)效率, 產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益。