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     德國SICK施克流量傳感器的常見故障及解決方案

空氣SICK流量傳感器是測定吸入發(fā)動機的空氣流量的傳感器。電子控制汽油噴射發(fā)動SICK流量傳感器機為了在各種運轉(zhuǎn)工況下都能獲得*佳濃度的混合氣,，必須正確地測定每一瞬間吸入發(fā)動機的空氣量,，以此作為ECU計算（控制）噴油量的主要依據(jù)。如果空氣SICK流量傳感器或線路出現(xiàn)故障,，ECU得不到正確的進氣量信號,，就不能正常地進行噴油量的控制，將造成混合氣過濃或過稀,，使發(fā)動機運轉(zhuǎn)不正常,。

檢定規(guī)程和流量儀表標(biāo)準(zhǔn)是SICK流量傳感器可以準(zhǔn)確進行測量的保障,。在很多領(lǐng)域里，流量的準(zhǔn)確測量都非常的重要,，在經(jīng)濟領(lǐng)域內(nèi)被廣泛應(yīng)用,，例如：環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生,、安全防護以及貿(mào)易結(jié)算等等,。

按照SICK流量傳感器的結(jié)構(gòu)型式可分為葉片（翼板）式、量芯式,、熱線式,、熱膜式、卡門渦旋式等幾種,。

按其標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)來分類,，可以分為下面幾類。方法標(biāo)準(zhǔn)：一些傳感器的計算方法,、 檢測方法,、試驗方法以及性能的評定方法等等;基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：一些傳感器的規(guī)范的基本參數(shù)、型號,、命名以及在測量過程中的專業(yè)術(shù)語;產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：此類傳感器已被快易優(yōu)收錄,，它規(guī)定傳感器的技術(shù)要求、驗收的規(guī)則,、試驗的方法以及產(chǎn)品的分類,，除此之外，還有正確安裝和使用的要求等等,。有一些標(biāo)準(zhǔn)只有正確的安裝和使用技術(shù),，這些就是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的產(chǎn)品應(yīng)用性質(zhì)。

如果按照中國標(biāo)準(zhǔn)級別分的話,，就可以分為四大類：企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),、地方標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及國家標(biāo)準(zhǔn),。

1)按輸入量分類：位移傳感器,、速度傳感器、溫度傳感器,、壓力傳感器等

2)按工作原理分類：應(yīng)變式,、電容式、電感式,、壓電式,、熱電式等

3)按物理現(xiàn)象分類：結(jié)構(gòu)型傳感器、特性型傳感器

4)按能量關(guān)系分類：能量轉(zhuǎn)換型傳感器,、能量控制傳感器

5)按輸出信號分類：模擬式傳感器,、數(shù)字式傳感器 

體積小,、重量輕、顯示讀數(shù)直觀,、清晰,。

可靠性高、不受外界電源影響,、抗雷擊,。

目前可以根據(jù)水流量的大小設(shè)計擋板，減少水流通過SICK流量傳感器產(chǎn)生的水阻力,，減少水系統(tǒng)壓頭損失，但由于擋板式長期受水流的沖擊仍然有疲勞的問題,，即使在工廠標(biāo)定好流量值的也會發(fā)生設(shè)定點飄移,。

通常在保護流量值不要求精確的地方使用，即用于水管內(nèi)的水流突然中斷的斷流保護,。在國內(nèi)針對水源熱泵機組設(shè)計的非常少,。

擋板式是專門針對水環(huán)/地源熱泵空調(diào)機組的水流量監(jiān)控而開發(fā)的，它針對不同的管徑配有不同的擋片,，每種擋片的水阻不超過0.5米水柱,，相比靶式水阻已大大降低。

每個擋板式SICK流量傳感器都配有與水環(huán)熱泵機組水管相同的管件,，現(xiàn)場只需連接上水管即可,，不需對擋片做任何改變，另外擋板式水流開關(guān)的承壓大于25bar,，在對水流量要求不高的水環(huán)熱泵機組是一個低成本的水流開關(guān),。

經(jīng)過在水環(huán)/地源熱泵機組上使用的反饋來看，壓差開關(guān)能有效判斷水環(huán)熱泵機組現(xiàn)場安裝的水管路的問題,，能*避免水流量少造成換熱器凍壞的情況,，SICK流量傳感器也可以保護由于水過濾器堵塞造成的水流量下降時換熱器凍壞的情況，另外水管路壓差開關(guān)沒有靶流開關(guān)疲勞破壞的風(fēng)險,。

尤其在水管路有少量空氣時,，SICK流量傳感器工作非常穩(wěn)定，不會出現(xiàn)類似靶流開關(guān)的漂浮情況,，經(jīng)過多年使用的反饋未發(fā)現(xiàn)壓差開關(guān)本身有故障的情況,。

1.一次計量系統(tǒng)：這種安裝情況指在整個供暖系統(tǒng)中，只有這一個計量系統(tǒng),。

2.二次計量系統(tǒng)：和一次系統(tǒng)不同的是安裝位置處的計量屬于第二次計量,。

3.家庭用戶中的單獨供暖計量：隨著分戶計量的普及和供暖節(jié)能工程的推進目前這種安裝方法比較常見。

4.垂直供暖的分配計量：主要用于垂直供暖系統(tǒng)中的供暖計量,。

超聲波流量計的基本原理及類型超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息,。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速,，從而換算成流量。

根據(jù)檢測的方式,，可分為傳播速度差法,、多普勒法、波束偏移法,、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計,。起聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量,。它與水位計聯(lián)動可進行敞開水流的流量測量,。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力,，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運行因而是一種理想的節(jié)能型流量計,。

工業(yè)流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題,，這是因為一般流量計隨著測量管徑的增大會帶來制造和運輸上的困難,，造價提高、能損加大,、安裝不僅這些缺點,，超聲波流量計均可避免。因為各類超聲波流量計均可管外安裝,、非接觸測流,，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關(guān)，而其它類型的流量計隨著口徑增加,，造價大幅度增加,，故口徑越大超聲波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比越*。被認(rèn)為是較好的大管徑流量測量儀表,，多普勒法超聲波流量計可測雙相介質(zhì)的流量,，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。在發(fā)電廠中,。

流體特性

流體類型流體分為液體,、氣體、蒸汽,。有些傳感器（如電磁式）不能測氣體,；插入熱式則不能測液體。

溫度,、壓力,、密度它們是選擇傳感器提供的重要參數(shù)，特別是在工況下的參數(shù),，對于氣體流量還應(yīng)了解其體積流量是工作狀態(tài),，還是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),。

粘性液體粘性相差較大會影響選型，如粘性大的液體宜用容積式SICK流量傳感器,，而不宜選用渦輪,、浮子、渦街等SICK流量傳感器,。

腐蝕,、結(jié)垢、臟污對于這類流體,，不宜選用有轉(zhuǎn)動件及有檢測件的傳感器,。即使對于超聲、電磁式SICK流量傳感器,，也會因腐蝕管道帶來誤差,。如口徑50MM，結(jié)垢0.5～1MM,，將帶來0.5～1%的誤差。

特殊參數(shù)某些流體參數(shù)會影響傳感器的工作,，如壓縮性系數(shù)影響差壓式,；比熱及熱傳導(dǎo)系數(shù)影響熱式；電導(dǎo)率影響電磁,；聲速影響超聲,。

單相、多相相是指在一個系統(tǒng)中具有相同的物理,、化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì),，不同的相有較明顯的界面，通常工業(yè)中大多為單相,，隨著工業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了多相流（氣固,、氣液、液固或氣固液）等的流量測量問題,。

流動的狀態(tài)

與許多物理參數(shù)（如壓力,、溫度、物位,、成分）不同的是,，流量必須以流體流動為前提，沒有流動就不存在流量,。

滿管,、非滿管一般流體均應(yīng)充滿管道，但當(dāng)液體流量較小,，管道又處于水平時,，則可能出現(xiàn)非滿管流動,，已有非滿管SICK流量傳感器。

技術(shù)參數(shù)

總量,、流量總量（單位為M3或KG）,，多用于貿(mào)易核算，準(zhǔn)確度居于,。流量（瞬時量單位為M3/H,，KG/H），多用于流程工業(yè),，是控制系統(tǒng)的信息源頭,，重復(fù)性是。

連續(xù),，開關(guān)一般SICK流量傳感器的輸出為連續(xù)量,，而開關(guān)量可用于簡單的二位式控制或設(shè)備保護，要求可靠性良好,。

準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度不僅取決傳感器本身,，還取決于校驗系統(tǒng)，是外加特性,。要說明在什么流量范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度,，如果用于控制系統(tǒng)，還應(yīng)考慮與整個系統(tǒng)準(zhǔn)確度相匹配,。注意：廠家注明的誤差是%FS（上限）,；還是%RD（測值）。

重復(fù)性重復(fù)性是指環(huán)境條件介質(zhì)參數(shù)不變時,，對某量值多次測量的一致性,，是傳感器本身的特征。在流程工業(yè)控制系統(tǒng)中,，重復(fù)性往往比準(zhǔn)確度還重要,。不少廠家把重復(fù)性誤導(dǎo)為準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度應(yīng)包括重復(fù)性與標(biāo)定裝置的流量不確定度,。

量程比在一定準(zhǔn)確度范圍內(nèi),，最大與最小流量之比。差壓式SICK流量傳感器,，從傳感器本身可以有較大量程比,，但受二次表制約，一般只有3：1,。

壓力損失SICK流量傳感器（除電磁,、超聲）都有檢測件（如孔板、渦輪等），以及強制改變流向（如彎頭,、科氏）都將產(chǎn)生不可恢復(fù)壓力損失,，它將額外增加輸送的動力，才能維持正常運,，有些數(shù)額很大,，在提倡節(jié)能的今天應(yīng)引起重視。

輸出信號一般為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號（0～10V,，4～20MA等）已不能適應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展要求,。通訊要求數(shù)字信號，ROSEMOUNT推出了HART協(xié)議,，RS232/RS485轉(zhuǎn)換器,，RS232限于2KM以內(nèi)，RS485可達10KM,。

響應(yīng)時間輸出信號隨流量參數(shù)變化反應(yīng)的時間,，對控制系統(tǒng)來說，越短越好,；對脈動流,，則希望有較慢的輸出響應(yīng)。

綜合性能傳感器的性能指標(biāo)是相互制約的,，如樣本中壓力上限為2MPA,；溫度為250℃，口徑為1M,；則當(dāng)口徑為1M時，壓力可能只能為1.5MPA,，溫度只能是200℃,，不可能同為極限值。

1,、水SICK流量傳感器

水SICK流量傳感器主要由銅閥體,、水流轉(zhuǎn)子組件、穩(wěn)流組件和霍爾元件組成,。它裝在熱水器的進水端用于測量進水流量,。當(dāng)水流過轉(zhuǎn)子組件時，磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,，并且轉(zhuǎn)速隨著流量成線性變化,。霍爾元件輸出相應(yīng)的脈沖信號反饋給控制器,，由控制器判斷水流量的大小,，調(diào)節(jié)控制比例閥的電流，從而通過比例閥控制燃?xì)鈿饬浚苊馊細(xì)鉄崴髟谑褂眠^程中出現(xiàn)夏暖冬涼的現(xiàn)象,。水SICK流量傳感器從根本上解決了壓差式水氣聯(lián)動閥啟動水壓高以及翻板式水閥易誤動作出現(xiàn)干燒等缺點,。它具有反映靈敏、壽命長,、動作迅速,、安全可靠、連接方便啟動流量超低（1.5L/min）等優(yōu)點,，深受廣大用戶喜愛,。 [2] 

2、插入式SICK流量傳感器

插入式SICK流量傳感器工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律,。在電磁SICK流量傳感器中,，測量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第試驗中的導(dǎo)電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場,。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過時,，則會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。管道內(nèi)部的兩個電極測量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓,。測量管道通過不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠,，特氟隆等）實現(xiàn)與流體和測量電極的電磁隔離。

葉片式空氣SICK流量傳感器的結(jié)構(gòu),、工作原理及檢測

傳統(tǒng)的波許L型汽油噴射系統(tǒng)及一些中檔車型采用這種葉片式空氣SICK流量傳感器,。其結(jié)構(gòu)如圖 1所示，由空氣流量計和電位計兩部分組成,?？諝饬髁坑嬙谶M氣通道內(nèi)有一個可繞軸擺動的旋轉(zhuǎn)翼片（測量片），如圖 2所示,，作用在軸上的卷簧可使測量片關(guān)閉進氣通路,。發(fā)動機工作時，進氣氣流經(jīng)過空氣流量計推動測量片偏轉(zhuǎn),，使其開啟,。測量片開啟角度的大小取決于進氣氣流對測量片的推力與測量片軸上卷簧彈力的平衡狀況。進氣量的大小由駕駛員操縱節(jié)氣門來改變,。進氣量愈大,，氣流對測量片的推力愈大，測量片的開啟角度也就愈大,。在測量片軸上連著一個電位計,，如圖 3所示。電位計的滑動臂與測量片同軸同步轉(zhuǎn)動,，把測量片開啟角度的變化（即進氣量的變化）轉(zhuǎn)換為電阻值的變化,。電位計通過導(dǎo)線、連接器與ECU連接。ECU根據(jù)電位計電阻的變化量或作用在其上的電壓的變化量,，測得發(fā)動機的進氣量,，如圖 4所示。

在葉片式空氣SICK流量傳感器內(nèi),，通常還有一電動汽油泵開關(guān),，如圖 5所示。當(dāng)發(fā)動機起動運轉(zhuǎn)時,，測量片偏轉(zhuǎn),，該開關(guān)觸點閉合，電動汽油泵通電運轉(zhuǎn),；發(fā)動機熄火后,，測量片在回轉(zhuǎn)至關(guān)閉位置的同時，使電動汽油泵開關(guān)斷開,。此時,，即使點火開關(guān)處于開啟位置，電動汽油泵也不工作,。

SICK流量傳感器內(nèi)還有一個進氣溫度傳感器,，用于測量進氣溫度，為進氣量作溫度補償,。

葉片式空氣SICK流量傳感器導(dǎo)線連接器一般有7個端子,，如圖 5中的39、36,、6,、9、8,、7,、27。但也有將電位計內(nèi)部的電動汽油泵控制觸點開關(guān)取消后,，變?yōu)?個端子的。圖 6示出了日產(chǎn)和豐田車用葉片式空氣SICK流量傳感器導(dǎo)線連接器端子的“標(biāo)記”,。其端子“標(biāo)記”一般標(biāo)注在連接器的護套上,。

渦街式

渦街SICK流量傳感器主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，如氣體,、液體,、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點是壓力損失小,，量程范圍大,，精度高，在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力,、溫度,、粘度等參數(shù)的影響。無可動機械零件,，因此可靠性高,，維護量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定,。渦街SICK流量傳感器采用壓電應(yīng)力式傳感器,，可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作,。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號,，也有數(shù)字脈沖信號輸出，容易與計算機等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,，是一種比較優(yōu)良,、理想的測量儀器。

渦街SICK流量傳感器是基于卡門渦街原理研制出來的,。在流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體,，則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦,。

設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f,，被測介質(zhì)平均流速為 ，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d,，表體通徑為D,，即可得到以下關(guān)系式：

f=SrU1/d=SrU/md ⑴

式中　U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s,；

Sr--斯特勞哈爾數(shù),；

m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比

管道內(nèi)體積流量qv為 　qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr ⑵

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 ⑶

式中 K--流量計的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3（P/m3）,。

由上式可以看出SICK流量傳感器的輸出頻率只于旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān),。

卡門渦旋式

卡門渦旋式空氣SICK流量傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖 11所示。在進氣管道正中間設(shè)有線型或三角形的渦流發(fā)生器,，當(dāng)空氣流經(jīng)該渦流發(fā)生器時,，在其后部的氣流中會不斷產(chǎn)生一列不對稱卻十分規(guī)則的被稱為卡門渦流的空氣渦流。

測量單位時間內(nèi)旋渦數(shù)量的方法有反光鏡檢出式和超聲波檢出式兩種,。圖 12所示是反光鏡檢出式卡門渦旋SICK流量傳感器,，其內(nèi)有一只發(fā)光二極管和一只光敏三極管。發(fā)光二極管發(fā)出的光束被一片反光鏡反射到光敏三極管上,，使光敏三極管導(dǎo)通,。反光鏡安裝在一個很薄的金屬簧片上,。金屬簧片在進氣氣流旋渦的壓力作用下產(chǎn)生振動，其振動頻率與單位時間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦數(shù)量相同,。由于反光鏡隨簧片一同振動,，因此被反射的光束也以相同的頻率變化，致使光敏三極管也隨光束以同樣的頻率導(dǎo)通,、截止,。ECU根據(jù)光敏三極管導(dǎo)通、截止的頻率即可計算出進氣量（圖 11）,。凌志LS400小轎車即用了這種型式的卡門渦旋式空氣SICK流量傳感器,。

圖 13所示為超聲波檢出式卡門渦旋式空氣SICK流量傳感器。在其后半部的兩側(cè)有一個超聲波發(fā)射器和一個超聲波接收器,。在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時,，超聲波發(fā)射器不斷地向超聲波接收器發(fā)出一定頻率的超聲波。當(dāng)超聲波通過進氣氣流到達接收器時,，由于受氣流中旋渦的影響,，使超聲波的相位發(fā)生變化。ECU根據(jù)接收器測出的相應(yīng)變化的頻率,，計算出單位時間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦的數(shù)量,，從而求得空氣流速和流量，然后根據(jù)該信號確定基準(zhǔn)空氣量和基準(zhǔn)點火提前角,。

熱線式

熱線式空氣SICK流量傳感器的基本結(jié)構(gòu)由感知空氣流量的白金熱線（鉑金屬線）,、根據(jù)進氣溫度進行修正的溫度補償電阻（冷線）、控制熱線電流并產(chǎn)生輸出信號的控制線路板以及空氣SICK流量傳感器的殼體等元件組成,。根據(jù)白金熱線在殼體內(nèi)的安裝部位不同,，熱線式空氣SICK流量傳感器分為主流測量、旁通測量方式兩種結(jié)構(gòu)形式,。圖 18所示是采用主流測量方式的熱線式空氣SICK流量傳感器的結(jié)構(gòu)圖,。它兩端有金屬防護網(wǎng)，取樣管置于主空氣通道中央,，取樣管由兩個塑料護套和一個熱線支承環(huán)構(gòu)成,。熱線線徑為70μm的白金絲（RH），布置在支承環(huán)內(nèi),，其阻值隨溫度變化,，是惠斯頓電橋電路的一個臂（圖 19）。熱線支承環(huán)前端的塑料護套內(nèi)安裝一個白金薄膜電阻器,，其阻值隨進氣溫度變化，稱為溫度補償電阻（RK）,，是惠斯頓電橋電路的另一個臂,。熱線支承環(huán)后端的塑料護套上粘結(jié)著一只精密電阻（RA）,。此電阻能用激光修整，也是惠斯頓電橋的一個臂,。該電阻上的電壓降即為熱線式空氣SICK流量傳感器的輸出信號電壓,。惠斯頓電橋還有一個臂的電阻RB安裝在控制線路板上,。

工作原理：熱線溫度由混合集成電路A保持其溫度與吸入空氣溫度相差一定值,，當(dāng)空氣質(zhì)量流量增大時，混合集成電路A使熱線通過的電流加大,，反之,，則減小。這樣,，就使得通過熱線RH的電流是空氣質(zhì)量流量的單一函數(shù),，即熱線電流IH隨空氣質(zhì)量流量增大而增大，或隨其減小而減小,，一般在50-120mA之間變化,。