德国SICK施克流量传感器的常见故障及解决方案

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     德国SICK施克流量传感器的常见故障及解决方案

空气SICK流量传感器是测定吸入发动机的空气流量的传感器。电子控制汽油喷射发动SICK流量传感器机为了在各种运转工况下都能获得*佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算（控制）喷油量的主要依据。如果空气SICK流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。

检定规程和流量仪表标准是SICK流量传感器可以准确进行测量的保障。在很多领域里，流量的准确测量都非常的重要，在经济领域内被广泛应用，例如：环境监测、医疗卫生、安全防护以及贸易结算等等。

按照SICK流量传感器的结构型式可分为叶片（翼板）式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。

按其标准性质来分类，可以分为下面几类。方法标准：一些传感器的计算方法、 检测方法、试验方法以及性能的评定方法等等;基础标准：一些传感器的规范的基本参数、型号、命名以及在测量过程中的专业术语;产品标准：此类传感器已被快易优收录，它规定传感器的技术要求、验收的规则、试验的方法以及产品的分类，除此之外，还有正确安装和使用的要求等等。有一些标准只有正确的安装和使用技术，这些就是产品标准中的产品应用性质。

如果按照中国标准级别分的话，就可以分为四大类：企业标准、地方标准、行业标准以及国家标准。

1)按输入量分类：位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等

2)按工作原理分类：应变式、电容式、电感式、压电式、热电式等

3)按物理现象分类：结构型传感器、特性型传感器

4)按能量关系分类：能量转换型传感器、能量控制传感器

5)按输出信号分类：模拟式传感器、数字式传感器 

体积小、重量轻、显示读数直观、清晰。

可靠性高、不受外界电源影响、抗雷击。

目前可以根据水流量的大小设计挡板，减少水流通过SICK流量传感器产生的水阻力，减少水系统压头损失，但由于挡板式长期受水流的冲击仍然有疲劳的问题，即使在工厂标定好流量值的也会发生设定点飘移。

通常在保护流量值不要求精确的地方使用，即用于水管内的水流突然中断的断流保护。在国内针对水源热泵机组设计的非常少。

挡板式是专门针对水环/地源热泵空调机组的水流量监控而开发的，它针对不同的管径配有不同的挡片，每种挡片的水阻不超过0.5米水柱，相比靶式水阻已大大降低。

每个挡板式SICK流量传感器都配有与水环热泵机组水管相同的管件，现场只需连接上水管即可，不需对挡片做任何改变，另外挡板式水流开关的承压大于25bar，在对水流量要求不高的水环热泵机组是一个低成本的水流开关。

经过在水环/地源热泵机组上使用的反馈来看，压差开关能有效判断水环热泵机组现场安装的水管路的问题，能*避免水流量少造成换热器冻坏的情况，SICK流量传感器也可以保护由于水过滤器堵塞造成的水流量下降时换热器冻坏的情况，另外水管路压差开关没有靶流开关疲劳破坏的风险。

尤其在水管路有少量空气时，SICK流量传感器工作非常稳定，不会出现类似靶流开关的漂浮情况，经过多年使用的反馈未发现压差开关本身有故障的情况。

1.一次计量系统：这种安装情况指在整个供暖系统中，只有这一个计量系统。

2.二次计量系统：和一次系统不同的是安装位置处的计量属于第二次计量。

3.家庭用户中的单独供暖计量：随着分户计量的普及和供暖节能工程的推进目前这种安装方法比较常见。

4.垂直供暖的分配计量：主要用于垂直供暖系统中的供暖计量。

超声波流量计的基本原理及类型超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。

根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。

工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中。

流体特性

流体类型流体分为液体、气体、蒸汽。有些传感器（如电磁式）不能测气体；插入热式则不能测液体。

温度、压力、密度它们是选择传感器提供的重要参数，特别是在工况下的参数，对于气体流量还应了解其体积流量是工作状态，还是标准状态。

粘性液体粘性相差较大会影响选型，如粘性大的液体宜用容积式SICK流量传感器，而不宜选用涡轮、浮子、涡街等SICK流量传感器。

腐蚀、结垢、脏污对于这类流体，不宜选用有转动件及有检测件的传感器。即使对于超声、电磁式SICK流量传感器，也会因腐蚀管道带来误差。如口径50MM，结垢0.5～1MM，将带来0.5～1%的误差。

特殊参数某些流体参数会影响传感器的工作，如压缩性系数影响差压式；比热及热传导系数影响热式；电导率影响电磁；声速影响超声。

单相、多相相是指在一个系统中具有相同的物理、化学性质的物质，不同的相有较明显的界面，通常工业中大多为单相，随着工业的发展出现了多相流（气固、气液、液固或气固液）等的流量测量问题。

流动的状态

与许多物理参数（如压力、温度、物位、成分）不同的是，流量必须以流体流动为前提，没有流动就不存在流量。

满管、非满管一般流体均应充满管道，但当液体流量较小，管道又处于水平时，则可能出现非满管流动，已有非满管SICK流量传感器。

技术参数

总量、流量总量（单位为M3或KG），多用于贸易核算，准确度居于。流量（瞬时量单位为M3/H，KG/H），多用于流程工业，是控制系统的信息源头，重复性是。

连续，开关一般SICK流量传感器的输出为连续量，而开关量可用于简单的二位式控制或设备保护，要求可靠性良好。

准确度准确度不仅取决传感器本身，还取决于校验系统，是外加特性。要说明在什么流量范围内的准确度，如果用于控制系统，还应考虑与整个系统准确度相匹配。注意：厂家注明的误差是%FS（上限）；还是%RD（测值）。

重复性重复性是指环境条件介质参数不变时，对某量值多次测量的一致性，是传感器本身的特征。在流程工业控制系统中，重复性往往比准确度还重要。不少厂家把重复性误导为准确度，准确度应包括重复性与标定装置的流量不确定度。

量程比在一定准确度范围内，最大与最小流量之比。差压式SICK流量传感器，从传感器本身可以有较大量程比，但受二次表制约，一般只有3：1。

压力损失SICK流量传感器（除电磁、超声）都有检测件（如孔板、涡轮等），以及强制改变流向（如弯头、科氏）都将产生不可恢复压力损失，它将额外增加输送的动力，才能维持正常运，有些数额很大，在提倡节能的今天应引起重视。

输出信号一般为标准的模拟信号（0～10V，4～20MA等）已不能适应系统发展要求。通讯要求数字信号，ROSEMOUNT推出了HART协议，RS232/RS485转换器，RS232限于2KM以内，RS485可达10KM。

响应时间输出信号随流量参数变化反应的时间，对控制系统来说，越短越好；对脉动流，则希望有较慢的输出响应。

综合性能传感器的性能指标是相互制约的，如样本中压力上限为2MPA；温度为250℃，口径为1M；则当口径为1M时，压力可能只能为1.5MPA，温度只能是200℃，不可能同为极限值。

1、水SICK流量传感器

水SICK流量传感器主要由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成。它装在热水器的进水端用于测量进水流量。当水流过转子组件时，磁性转子转动，并且转速随着流量成线性变化。霍尔元件输出相应的脉冲信号反馈给控制器，由控制器判断水流量的大小，调节控制比例阀的电流，从而通过比例阀控制燃气气量，避免燃气热水器在使用过程中出现夏暖冬凉的现象。水SICK流量传感器从根本上解决了压差式水气联动阀启动水压高以及翻板式水阀易误动作出现干烧等缺点。它具有反映灵敏、寿命长、动作迅速、安全可靠、连接方便启动流量超低（1.5L/min）等优点，深受广大用户喜爱。 [2] 

2、插入式SICK流量传感器

插入式SICK流量传感器工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁SICK流量传感器中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。

叶片式空气SICK流量传感器的结构、工作原理及检测

传统的波许L型汽油喷射系统及一些中档车型采用这种叶片式空气SICK流量传感器。其结构如图 1所示，由空气流量计和电位计两部分组成。空气流量计在进气通道内有一个可绕轴摆动的旋转翼片（测量片），如图 2所示，作用在轴上的卷簧可使测量片关闭进气通路。发动机工作时，进气气流经过空气流量计推动测量片偏转，使其开启。测量片开启角度的大小取决于进气气流对测量片的推力与测量片轴上卷簧弹力的平衡状况。进气量的大小由驾驶员操纵节气门来改变。进气量愈大，气流对测量片的推力愈大，测量片的开启角度也就愈大。在测量片轴上连着一个电位计，如图 3所示。电位计的滑动臂与测量片同轴同步转动，把测量片开启角度的变化（即进气量的变化）转换为电阻值的变化。电位计通过导线、连接器与ECU连接。ECU根据电位计电阻的变化量或作用在其上的电压的变化量，测得发动机的进气量，如图 4所示。

在叶片式空气SICK流量传感器内，通常还有一电动汽油泵开关，如图 5所示。当发动机起动运转时，测量片偏转，该开关触点闭合，电动汽油泵通电运转；发动机熄火后，测量片在回转至关闭位置的同时，使电动汽油泵开关断开。此时，即使点火开关处于开启位置，电动汽油泵也不工作。

SICK流量传感器内还有一个进气温度传感器，用于测量进气温度，为进气量作温度补偿。

叶片式空气SICK流量传感器导线连接器一般有7个端子，如图 5中的39、36、6、9、8、7、27。但也有将电位计内部的电动汽油泵控制触点开关取消后，变为5个端子的。图 6示出了日产和丰田车用叶片式空气SICK流量传感器导线连接器端子的“标记”。其端子“标记”一般标注在连接器的护套上。

涡街式

涡街SICK流量传感器主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街SICK流量传感器采用压电应力式传感器，可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号，也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的测量仪器。

涡街SICK流量传感器是基于卡门涡街原理研制出来的。在流体中设置三角柱型旋涡发生体，则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡。

设旋涡的发生频率为f，被测介质平均流速为 ，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，即可得到以下关系式：

f=SrU1/d=SrU/md ⑴

式中　U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；

Sr--斯特劳哈尔数；

m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比

管道内体积流量qv为 　qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr ⑵

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 ⑶

式中 K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。

由上式可以看出SICK流量传感器的输出频率只于旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。

卡门涡旋式

卡门涡旋式空气SICK流量传感器的结构和工作原理如图 11所示。在进气管道正中间设有线型或三角形的涡流发生器，当空气流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则的被称为卡门涡流的空气涡流。

测量单位时间内旋涡数量的方法有反光镜检出式和超声波检出式两种。图 12所示是反光镜检出式卡门涡旋SICK流量传感器，其内有一只发光二极管和一只光敏三极管。发光二极管发出的光束被一片反光镜反射到光敏三极管上，使光敏三极管导通。反光镜安装在一个很薄的金属簧片上。金属簧片在进气气流旋涡的压力作用下产生振动，其振动频率与单位时间内产生的旋涡数量相同。由于反光镜随簧片一同振动，因此被反射的光束也以相同的频率变化，致使光敏三极管也随光束以同样的频率导通、截止。ECU根据光敏三极管导通、截止的频率即可计算出进气量（图 11）。凌志LS400小轿车即用了这种型式的卡门涡旋式空气SICK流量传感器。

图 13所示为超声波检出式卡门涡旋式空气SICK流量传感器。在其后半部的两侧有一个超声波发射器和一个超声波接收器。在发动机运转时，超声波发射器不断地向超声波接收器发出一定频率的超声波。当超声波通过进气气流到达接收器时，由于受气流中旋涡的影响，使超声波的相位发生变化。ECU根据接收器测出的相应变化的频率，计算出单位时间内产生的旋涡的数量，从而求得空气流速和流量，然后根据该信号确定基准空气量和基准点火提前角。

热线式

热线式空气SICK流量传感器的基本结构由感知空气流量的白金热线（铂金属线）、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻（冷线）、控制热线电流并产生输出信号的控制线路板以及空气SICK流量传感器的壳体等元件组成。根据白金热线在壳体内的安装部位不同，热线式空气SICK流量传感器分为主流测量、旁通测量方式两种结构形式。图 18所示是采用主流测量方式的热线式空气SICK流量传感器的结构图。它两端有金属防护网，取样管置于主空气通道中央，取样管由两个塑料护套和一个热线支承环构成。热线线径为70μm的白金丝（RH），布置在支承环内，其阻值随温度变化，是惠斯顿电桥电路的一个臂（图 19）。热线支承环前端的塑料护套内安装一个白金薄膜电阻器，其阻值随进气温度变化，称为温度补偿电阻（RK），是惠斯顿电桥电路的另一个臂。热线支承环后端的塑料护套上粘结着一只精密电阻（RA）。此电阻能用激光修整，也是惠斯顿电桥的一个臂。该电阻上的电压降即为热线式空气SICK流量传感器的输出信号电压。惠斯顿电桥还有一个臂的电阻RB安装在控制线路板上。

工作原理：热线温度由混合集成电路A保持其温度与吸入空气温度相差一定值，当空气质量流量增大时，混合集成电路A使热线通过的电流加大，反之，则减小。这样，就使得通过热线RH的电流是空气质量流量的单一函数，即热线电流IH随空气质量流量增大而增大，或随其减小而减小，一般在50-120mA之间变化。