Les débitmètres électromagnétiques sont largement utilisés dans diverses industries pour mesurer avec précision le débit, mais comme tout instrument technique, ils sont sensibles aux facteurs environnementaux. Il est essentiel de comprendre ces facteurs pour garantir des performances optimales et prévenir d'éventuels dysfonctionnements. Dans ce blog, nous allons explorer les principaux facteurs environnementaux susceptibles de provoquer des défaillances des débitmètres électromagnétiques, les causes communes et les conseils pratiques de dépannage.
Table des matières
Principaux facteurs environnementaux à l'origine des défaillances des débitmètres électromagnétiques
1. Champs magnétiques intenses
La capacité des débitmètres électromagnétiques à résister aux champs magnétiques dépend de la conception structurelle du capteur. Par exemple, si le boîtier de la bobine d'excitation du capteur est fait de matériaux non magnétiques (tels que l'aluminium ou le plastique), sa capacité à résister aux interférences des champs magnétiques est plus faible. S'il est en acier, elle est plus forte. Dans la pratique, les fortes interférences de champ magnétique sont rares, car les installations prennent généralement soin d'éviter de placer le compteur à proximité de champs magnétiques intenses.
2. Ondes électromagnétiques fortes
Les débitmètres électromagnétiques doivent être conformes aux exigences de compatibilité électromagnétique, ce qui signifie qu'ils doivent fonctionner normalement dans l'environnement de champ électromagnétique rayonné spécifié sans entraîner de détérioration des performances de l'instrument ni de dysfonctionnement. Nous avons rencontré des cas d'interférences dues à de fortes ondes radio.
Étude de cas
Dans une usine de production d'eau de Fujian, plusieurs débitmètres électromagnétiques ont été installés et l'un d'entre eux présentait d'importantes fluctuations de débit. L'inspection sur place a révélé que l'installation était conforme aux exigences, le capteur de débit et le convertisseur étant espacés de 50 mètres et reliés par un câble blindé à l'intérieur d'un conduit métallique. L'instrument lui-même fonctionnait normalement. Cependant, des interférences en mode commun ont été mesurées à 1,7 V. La solution initiale a consisté à isoler électriquement le capteur de débit, ce qui a permis de réduire le signal en mode commun à 0,6 V, mais la fluctuation de la sortie ne s'est pas améliorée de manière significative.
Une analyse plus poussée a révélé qu'une tour de transmission radio puissante était située très près du débitmètre. Pour confirmer si la source d'interférence était due à cette tour, le convertisseur a été temporairement déplacé à 3 mètres du capteur de débit, et le signal d'interférence en mode commun a été réduit à moins de 0,1 mV. Bien qu'encore un peu élevé, le fonctionnement de l'instrument est devenu normal. La cause première de la défaillance était que, même avec plusieurs couches de câbles de signal blindés, des ondes électromagnétiques étaient toujours introduites dans l'instrument.
Cet exemple montre qu'en cas d'interférences importantes en mode commun à proximité de l'installation d'un débitmètre électromagnétique de type split, les fortes ondes radio doivent être considérées comme une source potentielle d'interférences lors de l'analyse des défaillances. Il s'agissait d'un défaut rare au cours de la phase de mise en service.
3. Courants vagabonds dans les pipelines
Lorsque les débitmètres électromagnétiques sont correctement mis à la terre, ils peuvent éviter la plupart des courants vagabonds dans la canalisation. Cependant, même lorsqu'un fil épais est utilisé pour relier le capteur de débit et que la mise à la terre est correcte, des courants vagabonds peuvent encore affecter le débitmètre, ce qui nécessite des mesures supplémentaires.
Étude de cas 1
Dans une fonderie d'aluminium de Shandong, un compteur électromagnétique DN80 a été utilisé pour mesurer des boues alcalines. Des anneaux de mise à la terre ont été installés aux deux extrémités du capteur de débit et le capteur a été correctement mis à la terre. Cependant, l'instrument ne fonctionnait toujours pas correctement jusqu'à ce qu'il soit déplacé de 2 mètres et qu'un second point de mise à la terre soit installé pour isoler le courant vagabond.
Après un certain temps de fonctionnement du compteur, les fluctuations du signal de sortie sont réapparues. Après avoir éliminé la possibilité de fluctuations de débit et confirmé que le compteur lui-même était en bon état, on a d'abord pensé que le compteur fonctionnait mal. Après avoir observé la situation pendant plusieurs jours, il s'est avéré que les fluctuations du signal de sortie ne se produisaient que pendant l'équipe de jour. Cet indice a permis de découvrir que le défaut était dû à une soudure électrique effectuée sur la même canalisation, loin du capteur de débit électromagnétique.
Étude de cas 2
Deux débitmètres électromagnétiques DN900 ont été installés dans une compagnie des eaux du Zhejiang. L'un fonctionnait normalement, tandis que l'autre enregistrait des fluctuations allant jusqu'à 50% FS toutes les 1 à 2 heures. L'utilisateur pensait que les deux compteurs avaient des conditions de fonctionnement similaires et que le défaut était dû au compteur lui-même. Les inspections sur place ont révélé que deux sections de 0,5 mètre de tuyau en acier, bien mises à la terre et non revêtues, avaient été installées immédiatement en amont et en aval du capteur de débit, suivies de tuyaux en acier revêtus de ciment. Les connexions électriques et la mise à la terre étaient toutes correctes, et l'hypothèse d'une pulsation du débit de la canalisation a été écartée.
Le convertisseur et le capteur se trouvaient à environ 10 mètres l'un de l'autre. Un transformateur triphasé d'une puissance de plusieurs centaines de kVA se trouvait à proximité, à 2 mètres du convertisseur et à 8 mètres du capteur.
Le défaut a été analysé selon deux possibilités : (1) l'interférence du champ magnétique du transformateur de haute puissance et (2) l'interférence des courants vagabonds dans le pipeline. Pour vérifier si le problème était dû à l'interférence du champ magnétique, le transformateur a été mis hors tension, mais en raison de la complexité de la mise hors tension du transformateur, une approche en deux étapes a été adoptée. La première étape a consisté à vérifier s'il y avait des interférences dues à des courants vagabonds dans la canalisation. Sans appliquer de courant d'excitation, le potentiel entre les deux électrodes a été mesuré et s'est avéré être une tension alternative déformée avec une valeur crête à crête de 1V. Cela a confirmé que le compteur était affecté par des courants vagabonds, même si la mise à la terre était en place.
La solution a consisté à isoler électriquement le capteur de débit électromagnétique, ainsi que les deux courtes sections de tuyau en acier, de la canalisation, en veillant à ce que le capteur de débit soit au même potentiel électrique que le liquide. Après cette modification, le compteur a commencé à fonctionner normalement, éliminant l'impact du champ magnétique du transformateur. Le courant d'interférence a été mesuré à 60mAAC, le courant circulant en amont du capteur de débit.
Cette solution peut également être appliquée aux pipelines avec des courants de protection cathodique, servant de méthode pour éliminer l'interférence des courants de pipeline.
4. Changements potentiels au sol
Les variations du potentiel de terre peuvent affecter les mesures de débit. Par exemple, les chutes de tension sur les lignes de mise à la terre dues à d'autres équipements peuvent entraîner des modifications du potentiel de terre du débitmètre électromagnétique, ce qui peut perturber les mesures, en particulier en cas d'interférence importante en mode commun.
5. Pénétration de l'humidité
Les débitmètres électromagnétiques utilisés dans les secteurs de l'approvisionnement en eau et de l'évacuation des eaux usées sont souvent installés dans des puits de comptage sous le niveau du sol, qui peuvent être submergés par de l'eau de pluie qui n'a pas été évacuée ou même laissés immergés pendant de longues périodes. Même si le boîtier présente un indice de protection IP67 (étanche à la poussière et immersion de courte durée) ou IP68 (étanche à la poussière et immersion continue), l'humidité peut souvent pénétrer en raison d'une mauvaise étanchéité des joints de la boîte à bornes, d'une mauvaise installation des bagues d'étanchéité ou d'une mauvaise adaptation des diamètres extérieurs des câbles.
Pour les capteurs de débit installés sur le sol, si le couvercle de la boîte à bornes n'est pas correctement scellé, l'humidité peut être aspirée par les changements de température, ce qui entraîne de la condensation. Si l'entrée de câble de la boîte à bornes n'est pas correctement scellée, de l'eau et de l'humidité peuvent facilement y pénétrer. Ces problèmes sont fréquents.
Dans la construction, les câbles sont parfois accidentellement coupés puis reconnectés à l'aide de ruban adhésif. Ce problème peut ne pas entraîner de défaillance lors de l'opération initiale, mais avec le temps, à mesure que le ruban se détériore, l'humidité peut être aspirée, ce qui réduit l'isolation des câbles.
La pénétration d'eau et d'humidité dans la boîte à bornes peut réduire la solidité et la résistance de l'isolation, ce qui fait que la boucle du signal de débit n'émet aucun signal de débit et que la boucle de la bobine d'excitation peut subir une dérive ou une instabilité du point zéro. Dans de tels cas, il est possible d'utiliser du silicone ou d'autres matériaux d'étanchéité pour sceller les points de connexion.
Les boîtiers de protection des bobines d'excitation non étanches à l'air peuvent également aspirer l'humidité en raison de l'effet de respiration. Si la température du liquide est inférieure à la température ambiante, de la condensation peut se former sur la paroi extérieure du tube de mesure, et du givre peut se former si la température est inférieure à 0°C, ce qui provoque un court-circuit dans la boucle du signal de débit et la rend inefficace.
Étude de cas
Dans une usine de production d'eau à Kaifeng, un débitmètre électromagnétique DN200 mesurait l'eau du fleuve Jaune, tandis qu'un autre débitmètre DN900 mesurait les eaux souterraines. Deux débitmètres DN1000 ont été connectés en parallèle pour mesurer l'eau prête à l'emploi. Après deux ans de fonctionnement normal, il a été constaté que le débit sortant de l'eau traitée était supérieur de 10%-15% au débit entrant. Lors de l'inspection, aucune anomalie n'a été observée dans le fonctionnement du compteur. Un test de comparaison a été effectué avec un débitmètre portable à ultrasons, et il a été constaté que le signal de sortie des deux débitmètres d'eau prête à l'emploi était plus élevé que prévu. Lorsque les points zéro ont été vérifiés, ils ont montré une déviation significative. Sur la base de l'expérience, il a été jugé que le défaut était probablement dû à une infiltration d'eau dans la boîte à bornes ou à l'humidité affectant la bobine d'excitation, entraînant une réduction de l'isolation.
Après avoir essuyé l'humidité et séché la boîte à bornes à l'aide d'un sèche-cheveux, la résistance à la terre de la boucle de la bobine d'excitation a été ramenée de 5-6 MW à plusieurs dizaines de MW, et l'écart du point zéro est revenu à la normale.
La cause de la panne était que l'isolation réduite de la boucle de la bobine d'excitation créait une résistance d'isolation importante et une résistance interne du signal, ce qui provoquait des interférences en mode commun significatives. L'amplificateur frontal du convertisseur n'a pas été en mesure de supprimer ces interférences, ce qui a entraîné un décalage du point zéro du convertisseur.
Conclusion
Les débitmètres électromagnétiques, bien que très fiables dans une variété d'applications industrielles, peuvent être sensibles à des facteurs environnementaux qui affectent leurs performances. Des facteurs clés tels que les champs magnétiques puissants, les interférences électromagnétiques, les courants vagabonds dans les canalisations, les variations de potentiel de terre et les infiltrations d'humidité peuvent entraîner des dysfonctionnements ou des mesures inexactes s'ils ne sont pas correctement gérés.
Des pratiques d'installation efficaces, telles que la mise à la terre, le blindage des ondes électromagnétiques et l'étanchéité des connecteurs à l'humidité, sont essentielles au maintien de la précision et de la longévité du compteur. En comprenant et en atténuant ces influences environnementales, les utilisateurs peuvent réduire considérablement la probabilité de défaillances opérationnelles et garantir des mesures de débit cohérentes et fiables dans des conditions difficiles.
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