Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte werden in verschiedenen Branchen zur genauen Durchflussmessung eingesetzt, aber wie jedes technische Instrument sind sie empfindlich gegenüber Umweltfaktoren. Das Verständnis dieser Faktoren ist entscheidend für die Gewährleistung einer optimalen Leistung und die Vermeidung potenzieller Fehlfunktionen. In diesem Blog gehen wir auf die wichtigsten Umweltfaktoren ein, die zu Ausfällen von magnetisch-induktiven Durchflussmessern führen können, sowie auf häufige Ursachen und praktische Tipps zur Fehlerbehebung.
Inhaltsübersicht
Hauptumweltfaktoren, die zu Ausfällen von elektromagnetischen Durchflussmessern führen
1. Starke magnetische Felder
Die Fähigkeit von elektromagnetischen Durchflussmessern, Magnetfeldern zu widerstehen, hängt von der Bauweise des Sensors ab. Wenn beispielsweise das Gehäuse der Erregerspule des Sensors aus nichtmagnetischen Materialien (wie Aluminium oder Kunststoff) besteht, ist seine Fähigkeit, Magnetfeldstörungen zu widerstehen, schwächer. Ist es aus Stahl gefertigt, ist es stärker. In der Praxis sind starke Magnetfeldstörungen selten, da die Installateure in der Regel darauf achten, das Messgerät nicht in der Nähe starker Magnetfelder zu platzieren.
2. Starke elektromagnetische Wellen
Elektromagnetische Durchflussmessgeräte sollten die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit erfüllen, d. h. sie sollten in der spezifizierten Umgebung des gestrahlten elektromagnetischen Feldes normal funktionieren, ohne dass die Leistung des Geräts beeinträchtigt wird oder es zu Fehlfunktionen kommt. Wir sind auf Fälle von Störungen durch starke Funkwellen gestoßen.
Fallstudie
In einem Wasserwerk in Fujian wurden mehrere magnetisch-induktive Durchflussmesser installiert, von denen einer erhebliche Leistungsschwankungen aufwies. Die Inspektion vor Ort ergab, dass die Installation den Anforderungen entsprach. Der Durchflusssensor und der Umformer waren 50 Meter voneinander entfernt und durch ein abgeschirmtes Kabel in einem Metallrohr verbunden. Auch das Gerät selbst funktionierte normal. Allerdings wurden Gleichtaktstörungen bei 1,7 V gemessen. Die anfängliche Lösung bestand darin, den Durchflusssensor elektrisch zu isolieren, was das Gleichtaktsignal auf 0,6 V reduzierte, aber die Ausgangsschwankung verbesserte sich nicht wesentlich.
Eine weitere Analyse ergab, dass sich ein starker Funkturm in unmittelbarer Nähe des Durchflussmessers befand. Um zu überprüfen, ob die Störquelle darauf zurückzuführen war, wurde der Konverter vorübergehend in eine Position gebracht, die 3 Meter vom Durchflusssensor entfernt war, und das Gleichtaktstörsignal wurde auf weniger als 0,1 mV reduziert. Obwohl es immer noch etwas hoch war, funktionierte das Gerät normal. Die Ursache des Fehlers lag darin, dass trotz mehrfach geschirmter Signalkabel immer noch elektromagnetische Wellen in das Gerät gelangten.
Dieses Beispiel zeigt, dass bei erheblichen Gleichtaktstörungen in der Nähe der Installation eines geteilten magnetisch-induktiven Durchflussmessers starke Funkwellen als mögliche Störquelle bei der Fehleranalyse in Betracht gezogen werden sollten. Dies war ein seltener Fehler während der Inbetriebnahmephase.
3. Streuströme in Rohrleitungen
Wenn elektromagnetische Durchflussmesser richtig geerdet sind, können sie die meisten Streuströme in der Rohrleitung vermeiden. Doch selbst wenn ein dicker Draht zur Überbrückung des Durchflusssensors verwendet und eine ordnungsgemäße Erdung erreicht wird, können Streuströme den Durchflussmesser beeinflussen, was zusätzliche Maßnahmen erfordert.
Fallstudie 1
In einem Aluminiumschmelzwerk in Shandong wurde ein elektromagnetisches Messgerät DN80 zur Messung von alkalischem Schlamm eingesetzt. Der Durchflusssensor war an beiden Enden mit Erdungsringen ausgestattet, und der Sensor war ordnungsgemäß geerdet. Das Gerät funktionierte jedoch immer noch nicht richtig, bis es 2 Meter entfernt wurde und ein zweiter Erdungspunkt installiert wurde, um den Streustrom zu isolieren.
Nachdem der Zähler einige Zeit in Betrieb gewesen war, traten erneut Schwankungen des Ausgangssignals auf. Nachdem die Möglichkeit von Durchflussschwankungen ausgeschlossen und bestätigt worden war, dass der Zähler selbst in gutem Zustand war, wurde zunächst angenommen, dass der Zähler eine Fehlfunktion hatte. Nach mehrtägiger Beobachtung der Situation wurde festgestellt, dass die Ausgangsschwankungen nur während der Tagesschicht auftraten. Dieser Hinweis führte zu der Entdeckung, dass die Störung durch Elektroschweißen verursacht wurde, das an derselben Rohrleitung, weit entfernt vom elektromagnetischen Durchflusssensor, durchgeführt wurde.
Fallstudie 2
Bei einem Wasserversorgungsunternehmen in Zhejiang wurden zwei magnetisch-induktive Durchflussmesser DN900 installiert. Einer arbeitete normal, während der andere alle 1-2 Stunden Schwankungen von bis zu 50% FS aufwies. Der Benutzer glaubte, dass beide Zähler ähnliche Betriebsbedingungen aufwiesen und dass der Fehler durch den Zähler selbst verursacht wurde. Die Inspektionen vor Ort ergaben, dass zwei 0,5 Meter lange Stahlrohre, die gut geerdet und nicht ausgekleidet waren, unmittelbar vor und hinter dem Durchflusssensor installiert waren, gefolgt von zementausgekleideten Stahlrohren. Die elektrischen Anschlüsse und die Erdung waren alle korrekt, und eine Durchflusspulsation in der Rohrleitung wurde ausgeschlossen.
Der Konverter und der Sensor waren etwa 10 Meter voneinander entfernt. In der Nähe befand sich ein Drehstromtransformator mit einer Leistung von mehreren hundert kVA, der 2 Meter vom Konverter und 8 Meter vom Sensor entfernt war.
Der Fehler wurde anhand von zwei Möglichkeiten analysiert: (1) Störungen durch das Magnetfeld des Hochleistungstransformators und (2) Störungen durch Streuströme in der Rohrleitung. Um festzustellen, ob das Problem auf Magnetfeldstörungen zurückzuführen ist, wurde der Transformator abgeschaltet. Da das Abschalten des Transformators jedoch sehr komplex ist, wurde ein zweistufiger Ansatz gewählt. In einem ersten Schritt wurde geprüft, ob Streustromstörungen in der Rohrleitung vorliegen. Ohne Anlegen eines Erregerstroms wurde das Potenzial zwischen den beiden Elektroden gemessen und als verzerrte Wechselspannung mit einem Spitze-Spitze-Wert von 1 V festgestellt. Dies bestätigte, dass das Messgerät durch Streuströme beeinflusst wurde, obwohl die Erdung vorhanden war.
Die Lösung bestand darin, den magnetisch-induktiven Durchflusssensor zusammen mit den beiden kurzen Stahlrohrstücken elektrisch von der Rohrleitung zu isolieren, um sicherzustellen, dass der Durchflusssensor auf dem gleichen elektrischen Potential wie die Flüssigkeit liegt. Nach dieser Änderung begann das Messgerät normal zu arbeiten, so dass der Einfluss des Magnetfeldes des Transformators beseitigt wurde. Der Störstrom wurde mit 60mAAC gemessen, wobei der Strom stromaufwärts vom Durchflusssensor floss.
Diese Lösung kann auch bei Pipelines mit kathodischen Schutzströmen eingesetzt werden und dient als Methode zur Beseitigung von Pipelinestromstörungen.
4. Änderungen des Erdpotentials
Änderungen des Erdpotentials können die Durchflussmessungen beeinflussen. Zum Beispiel können Spannungsabfälle auf Erdungsleitungen aufgrund anderer Geräte Änderungen des Erdungspotentials des elektromagnetischen Durchflussmessers verursachen, die die Messungen stören können, insbesondere wenn erhebliche Gleichtaktstörungen vorliegen.
5. Eindringen von Feuchtigkeit
Magnetisch-induktive Durchflussmesser, die in der Wasserversorgung und Entwässerungsindustrie eingesetzt werden, werden oft in Zählerschächten unter der Erde installiert, die in nicht abgeleitetes Regenwasser getaucht oder sogar für längere Zeit unter Wasser gelassen werden können. Selbst wenn das Gehäuse eine Schutzart von IP67 (staubdicht und kurzzeitiges Eintauchen) oder IP68 (staubdicht und ständiges Eintauchen) aufweist, kann aufgrund von unsachgemäß abgedichteten Klemmenkastendichtungen, nicht ordnungsgemäß installierten Dichtungsringen oder nicht passenden Kabelaußendurchmessern häufig Feuchtigkeit eindringen.
Bei Durchflusssensoren, die auf dem Boden installiert sind, kann bei nicht ordnungsgemäß abgedichtetem Anschlusskastendeckel durch Temperaturschwankungen Feuchtigkeit eingezogen werden, was zu Kondensation führt. Wenn die Kabeleinführung im Anschlusskasten nicht richtig abgedichtet ist, können Wasser und Feuchtigkeit leicht eindringen. Diese Art von Problemen sind weit verbreitet.
Beim Bau werden Kabel manchmal versehentlich durchtrennt und dann mit Klebeband wieder verbunden. Bei der ersten Inbetriebnahme verursacht dieses Problem vielleicht keinen Fehler, aber mit der Zeit, wenn sich das Klebeband abnutzt, kann Feuchtigkeit einziehen und die Isolierung der Kabel verringern.
Das Eindringen von Wasser und Feuchtigkeit in den Anschlusskasten kann die Isolationsfestigkeit und den Isolationswiderstand verringern, so dass die Durchflusssignalschleife kein Durchflusssignal ausgibt und die Erregerspulenschleife eine Nullpunktsdrift oder Instabilität aufweisen kann. In solchen Fällen können Silikon oder andere Dichtungsmaterialien zum Abdichten der Anschlussstellen verwendet werden.
Nicht luftdichte Erregerspulenschutzgehäuse können durch den Atmungseffekt ebenfalls Feuchtigkeit anziehen. Ist die Flüssigkeitstemperatur niedriger als die Raumtemperatur, kann sich an der Außenwand des Messrohrs Kondenswasser bilden, und bei Temperaturen unter 0°C kann sich Frost bilden, der einen Kurzschluss in der Durchflusssignalschleife verursacht und diese unwirksam macht.
Fallstudie
In einem Wasserwerk in Kaifeng maß ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser DN200 das Wasser aus dem Gelben Fluss, während ein anderer DN900-Zähler das Grundwasser maß. Zwei DN1000-Durchflussmesser wurden parallel geschaltet, um das fertige Wasser zu messen. Nach zwei Jahren Normalbetrieb wurde festgestellt, dass der Abfluss des Fertigwassers um 10%-15% höher war als der Zufluss. Bei der Inspektion wurden keine Anomalien im Betrieb des Zählers festgestellt. Es wurde ein Vergleichstest mit einem tragbaren Ultraschall-Durchflussmesser durchgeführt, und es wurde festgestellt, dass das Ausgangssignal der beiden Fertigwasser-Durchflussmesser höher war als erwartet. Bei der Überprüfung der Nullpunkte wurde eine erhebliche Abweichung festgestellt. Aufgrund von Erfahrungswerten wurde festgestellt, dass der Fehler wahrscheinlich auf das Eindringen von Wasser in den Anschlusskasten oder auf Feuchtigkeit in der Erregerspule zurückzuführen war, was zu einer verminderten Isolierung führte.
Nach dem Abwischen der Feuchtigkeit und dem Trocknen des Anschlusskastens mit einem Haartrockner wurde der Erdungswiderstand der Erregerspulenschleife von 5-6 MW auf einige zehn MW zurückgeführt, und die Nullpunktabweichung kehrte in den Normalbereich zurück.
Die Ursache des Fehlers war, dass die reduzierte Isolierung der Erregerspulenschleife einen großen Isolationswiderstand und Signalinnenwiderstand erzeugte, was zu erheblichen Gleichtaktstörungen führte. Der Front-End-Verstärker des Konverters war nicht in der Lage, diese zu unterdrücken, was zu einer Verschiebung des Nullpunkts des Konverters führte.
Schlussfolgerung
Magnetisch-induktive Durchflussmesser sind zwar in einer Vielzahl industrieller Anwendungen äußerst zuverlässig, können aber durch Umweltfaktoren in ihrer Leistung beeinträchtigt werden. Schlüsselfaktoren wie starke Magnetfelder, elektromagnetische Interferenzen, Streuströme in Rohrleitungen, Änderungen des Erdpotenzials und das Eindringen von Feuchtigkeit können zu Fehlfunktionen oder ungenauen Messungen führen, wenn sie nicht ordnungsgemäß behandelt werden.
Effektive Installationspraktiken, wie z. B. die Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Erdung, die Verwendung einer Abschirmung für elektromagnetische Wellen und die Abdichtung von Anschlüssen gegen Feuchtigkeit, sind für die Aufrechterhaltung der Genauigkeit und Langlebigkeit des Messgeräts entscheidend. Durch das Verständnis und die Abschwächung dieser Umwelteinflüsse können Benutzer die Wahrscheinlichkeit von Betriebsausfällen erheblich reduzieren und konsistente, zuverlässige Durchflussmessungen unter schwierigen Bedingungen sicherstellen.
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