第八节故障分述和案例
日期：2010-3-15 10:53:30 点击：
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作者： 未知
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本章前文作故障类型分析和故障检查时，对故障源头作了一些描述，本节则进一步讨论故障源头，并例举13个具体案例。这些案例除注明外均为笔者及其同事们的实践经验。一种故障源头会表现出多种故障现象，汇总如表7.2所示。 表7.2 电磁流量计故障源和故障现象汇总
一、管道系统和相关设备类源自管道系统和相关设备引起电磁流量计故障源主要有：
1、安装不善；2、未满管；3、管系储留气体；4、不断吸入气体；5、往复泵或控制阀振荡产生的脉动流；6、使用过程中流动状态变化。 1、安装不善 安装不善的例子有：（1）流量传感器与连接管道间内径匹配失当，相差过大，（ISO9104:1991规定：在没有制造厂推荐的情况下，连接管内径不得小于流量传感器内径,不得大于内径的3%）；（2）流量传感器与管道间垫圈突入流通通道；（3）邻近流量传感器前挠流件产生严重流速分布畸变或旋转流，直管段不足。这些原因主要引起流量测量值与实际值不符，有时也会出现输出晃动。 案例1 本实例虽非上文例举的安装不善直接引起的，但其因故却与流量传感器进入端垫圈进入流通通道相同。上海某水厂两根输水管各用二台串联DN1400仪表计量出厂成品水，分别由发送方（水厂）和接收方掌握。第一台传感器上游离全开蝶阀距离约5米与下游第2台传感器相距约2.5米，上游直管段长度略嫌不足。1997年启用，发现其中一根管线两台仪表计量值相差15%，半年后差值略有减小，为10%。除未检查传感器测量管内部状况外，作了全面检查和分析，未找出故障原因，成为悬案。直到1998年下半年卸下传感器发现进口管道水泥衬里大块脱落，堆积在传感器进口处高度达300-350mm（目测）。这些堆积物导致进入传感器水流流速分布严重畸变，即管道下部约有0.25D高度的弓形截面障碍物挡住了水流。清除障碍即恢复正常。对于差值半年后从15%减小到10%，可以解释为开始时堆积高度比 300-350mm高，在流动冲刷下高度降低，差值也随着减小。大口径流量传感器卸下管线或进入管道检查内部，必须停止流动，涉及面广，通常只能在排除其他故障的可能性后，放到最后进行。 2、未满管 由于背压不足或流量传感器安装位置不良，致使其测量管内液体未能充满，故障现象因不充满程度和流动状况有不同表现。若少量气体在水平管道中呈分层流或波状流，故障现象表现为误差增加，即流量测量值与实际值不符；若流动是气泡流或塞状流，故障现象除测量值与实际值不符外，还会因气相瞬间遮盖电极表面而出现输出晃动。若水平管道分层流中流通面积气相部分增大，即液体未满管程度增大，亦会出现输出晃动。若液体未满管到液体表面在电极以下，则会出现输出超满度现象。案例2 某造船厂有一台DN80mm电磁流量计测量水流量，运行人员反映关闭阀流量为零时，输出反而达到满度值。现场检查发现传感器下游仅有一段短管，水直接排入大气，截止阀却装 在传感器上游（如图7-3虚线1位置），阀关后传感器测量管内水全部排空。将阀改装到位置2，故障便迎刃而解。这类故障原因在售后服务事例中是经常碰到的，当属工程设计之误。 3、管系潴留气体 管系潴留气体的一种原因是启用前未能排净管内空气，剩留气体积聚在管系高点，流动时被液体夹带，呈气泡状流出；另一原因是液体中夹带小气泡逐渐聚集，潴留在管系高点。故障表现为流量测量值和实际值不符以及输出晃动。案例3 南京某石化厂以DN1000mm管道引长江水， 管道长10km顺地势起伏途经小丘， 在小丘顶装DN700mm仪表。管系投入运行，电磁流量计不能正常工作，经现场检查发现电磁流量传感器及其附近有水流声的不正常现象。初步分析认为管系启用后未能将管道内空气排净，而工程设计未在高点装排气阀而无法放气。测量电极信号高达4mV（大部分为干扰电势），因不能停水无法进一步检查和排除故障。数月后制造厂维修人员再次随访，此时不再有水流声，因经过一段时间流动，剩留空气随水流带走，重新调试即能使之正常运行。案例4 广西某水厂在郊区山头设置清水池，利用水池高度势能发送成品水。运行人员反映计量出水量的DN700mm电磁流量计有时候流量显示不稳。晃动达百分之十几到百分之二十，误差也大，估计相差约20%。现场考查发现水池如图7-9所示安装流量传感器，水位高度不足就会卷入气泡，甚至流量传感器测量管内不能充满。如水位降至A线时，虽高出吸入口顶端，但高出不多，还会在C处产生旋涡，将水位表面空气卷入形成气泡，使显示晃动；若水位降到B，测量管将不满管。我们建议如图虚线所示装一弯头，扩大水池有效容量，减少吸入气泡的机会，弥补原设计的不足。这类实例是经常遇到的。
5、往复泵或控制阀振荡产生脉动流往复泵泵送液流而测量点又未远离泵，脉动流会使电磁流量计输 出晃动，有时候还会产生测量误差。为减缓脉动对仪表的影响，通常可采取提高电磁流量计激磁频率或增加电阻尼；在管系方面可增装气室等阻尼装置。管系流量控制失配使控制阀启闭振荡也会形成脉动流。 6、使用过程中流动状态变化通常仪表调试正常运行一段时期后，也会因流动状态变化而出现故障。虽然这种故障原因出现概率不高，但在分析故障原因时不应忘记这一因素。案例5 这是一个悬挂在液流中的剥离衬里片摆动，随着液流形成脉动流的罕见实例。江西某铜矿治厂装有若干台电磁流量计测量含粉状固相的浆液，几年来一直使用正常。到1998年7月用户反映其中一台DN600mm仪表出现输出晃动高达满度值的50%-100%。现场检查仪表本身均正常，并且巡视和询问得悉流动动力源末改动，不会新产生流动波动，也排除了使用环境变坏新引入干扰的可能性。总体印象是仪表正常，安装和环境条件符合要求。当时因不能停流卸下和检查流量传感器隐蔽部分及其邻近管道状况，一时未找出故障原因。直到月余后该厂停车检修，发现流量传感器附近上游衬有橡胶衬里的U型管内，大片橡胶衬里脱落，悬挂于管内，随液体流动而摆动，造成流动波动，仪表如实反映，形成输出晃动。新换上U型管后，大幅输出晃动就不再出现了。案例6 鱼在管内洄游，输出信号出现大尖峰，本案例取自一则国外报导，是在美国发生的[5]。 大口径电磁流量计监测火电厂冷凝器冷却海水流量，从记录纸上看到仪表偶尔出现大尖峰信号。数度现场检查，因干扰噪声瞬现即逝，检查时捕捉不到，也未发现周围会有产生电气噪声等异常情况。用户曾有人提出也许有鱼在流量传感器内流动的想法，当时认为排放口有细网目网栅档住和流量传感器上游不可能有鱼进入而被否定了。但事后做了一个实验，将电磁流量计安装于小型水槽，放入金鱼观察，金鱼钻入电磁流量传感器，仪表果然出现尖峰噪声。以后，当初提问者告，在排放通道中确实见到了鱼影，是由鱼苗经网栅钻入排放管道后长大为成鱼。
二、流体类源自流体方面引起电磁流量计故障主要有：
1、液体中含有气体，2、液体中含有固体，3、电导率不均匀，4、与液体接触件材料匹配失当，5、流动噪声。 1、液体中含有气体液n~>_体中含有溶解气体不会影响流量测量，游离气体（即气泡）则会影响测量并可能引起故障。液体中游离气体有有3方面来源：①管道内空气未排净,②从管系外吸入,③溶解气体转化。前二者上一小节已有所述，后者因管内液体温度压力变化等所致。在流程工业中管道液体压力/温度常会变动，当液体压力降低或温度升高，溶解气体为转化成游离气泡.例如低于室温液体，静止在管道中滞留一段时期（如停车），所溶解空气有可能转化成气泡；高于室温液体静止在两端密闭的管道中逐渐冷却收缩，形成局部真空，溶解空气或气化蒸气形成气泡。这样形成的气泡在流程重新开车初始阶段往往会出现输出晃动现象，运行一段时间即趋正常。控制阀开度很小时，易气化液体有时会气化，也会形成气泡。 2、液体中含有固相 液体中含有粉状、颗粒、或纤维等固体，可能产生故障有：①浆液噪声，②电极表面染污，③导电沉积层或绝缘沉积层覆盖电极或衬里，④衬里被磨损或被沉积，改变流通面积。案例7 导电沉积层短路效应 电磁流量传感器测量管绝缘衬里表面若沉积导电物质，流量信号将被短路而仪表失效。由于导电物质是逐渐沉积，本类故障通常不会出现在调试期，而要运行一段时期后才显示露出来。某柴油机厂工具车间电解切削工艺试验装置上，用DN80mm仪表测量和控制饱和食盐电解液流量以获取最佳切削效率。起初该仪表运行正常，间断使用两个月后，感到流量显示值越来越小，直到流量信号接近为零。现场检查，发现绝缘层表面沉积薄薄一层黄锈，擦拭清洁后仪表就运行正常。黄锈层是电解液中大量氧化铁沉积所致。本实例属运行期故障，虽非多见故障然而若黑色金属管道锈蚀严重，沉积锈层，也会有此短路效应。凡是开始运行正常，随着时间推移，流量显示越来越小，就应分析有类故障的可能性。 案例8 淤泥沉积层上海某水厂从30余公里外的黄浦江上游以矩形管引水，再以两DN1600mm圆管泵送原水进厂，用两台DN1600mm电磁流量计计量水量。1991年启用，使用正常，但到1993年感到计量减少，经检查排除了仪表开放部分的故障原因；检查流量传感器两电极对地电阻值不对称，分析流量传感器出现故障的可能性较大，因不能断流而无法检查隐蔽部分。1997年4月才有机会进入管道检查流量传感器测量管内部状况，内壁沉积淤泥最厚处超过10mm，电极表面亦被淤泥沉积层所覆盖，与周围淤泥层平齐。经铲刷洗后，仪表运行即恢复正常。确认故障原因系内部管壁沉积淤泥所致。 本实例向人们揭示，原水计量的流量仪表通道内壁总会沉积淤泥，是否影响测量只是时间长短而已，本例水质条件运行3年已感到流量测量值减少。为此测量江河原水电磁流量计必须要定期清洗。其他流量仪表如超声流量计和文丘利管流量计至少同样有沉积减小流通面积，影响测量精度的问题，DN1600mm管沉积10mm流量值要变化1.2%-2.5%。同时在工程设计时要考虑长期运行沉积淤泥影响的对策，例如：提高测量位置流速以延长清洗周期；预置进入管内清洗的检查孔等。本实例属运行期常见故障。 3、电导不均匀配比流程中常有在液内注入“加药”液，而注入液常用往复泵加入。若注入液与主液电导率不同，而混合液尚未混合均匀，电磁流量传感器若装其下游，因电导率急剧变化会使仪表输出晃动，虽然液体电导率大于阈值而缓慢变化是不会影响电磁流量计正常测量。这一现象在给水处理工程原水加凝聚剂工艺中是经常发生的。 4、与液体接触件材料匹配失当与液体接触件材料产生匹配失当故障的有电极与接地环。匹配失当除耐腐蚀问题外，主要是电极表面效应。表面效应有：①化学反应（表面形成钝化膜等），②电化学和极化现象（产生电势），③触媒作用（电极表面生成气雾等），前文第三节已有所述（见第10页）。接地环也有这些效应，但影响程度要小些。案例9 上海某化工（冶炼厂）用20余台哈氏合金B电极电磁流量计测量浓度较高盐酸溶液，出现输出信号不稳的晃动现象。现场检查确认仪表正常，也排除了会产生输出晃动的其他干扰原因。但是在多处其他用户用哈氏合金B电极化表测量盐酸时运行良好。在分析故障原因是否可能由盐酸浓度差别上引起的，因当时尚无盐酸浓度对电极表面效应影响方面的经验，尚不能作出判断。为此仪表制造厂和使用单位一起利用化工厂现场条件，做改变盐酸浓度的实流试验。盐酸浓度逐渐增加，低浓度时仪表输出稳定，当浓度增加到15%-20%时，仪表输出开始晃动起来，浓度到25%时，输出晃动量高达20%。改用钽电极电磁流量计后就运行正常。
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一、管道系统和相关设备类源自管道系统和相关设备引起电磁流量计故障源主要有：
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1、安装不善；2、未满管；3、管系储留气体；4、不断吸入气体；5、往复泵或控制阀振荡产生的脉动流；6、使用过程中流动状态变化。 1、安装不善 安装不善的例子有：（1）流量传感器与连接管道间内径匹配失当，相差过大，（ISO9104:1991规定：在没有制造厂推荐的情况下，连接管内径不得小于流量传感器内径,不得大于内径的3%）；（2）流量传感器与管道间垫圈突入流通通道；（3）邻近流量传感器前挠流件产生严重流速分布畸变或旋转流，直管段不足。这些原因主要引起流量测量值与实际值不符，有时也会出现输出晃动。 案例1 本实例虽非上文例举的安装不善直接引起的，但其因故却与流量传感器进入端垫圈进入流通通道相同。上海某水厂两根输水管各用二台串联DN1400仪表计量出厂成品水，分别由发送方（水厂）和接收方掌握。第一台传感器上游离全开蝶阀距离约5米与下游第2台传感器相距约2.5米，上游直管段长度略嫌不足。1997年启用，发现其中一根管线两台仪表计量值相差15%，半年后差值略有减小，为10%。除未检查传感器测量管内部状况外，作了全面检查和分析，未找出故障原因，成为悬案。直到1998年下半年卸下传感器发现进口管道水泥衬里大块脱落，堆积在传感器进口处高度达300-350mm（目测）。这些堆积物导致进入传感器水流流速分布严重畸变，即管道下部约有0.25D高度的弓形截面障碍物挡住了水流。清除障碍即恢复正常。对于差值半年后从15%减小到10%，可以解释为开始时堆积高度比 300-350mm高，在流动冲刷下高度降低，差值也随着减小。大口径流量传感器卸下管线或进入管道检查内部，必须停止流动，涉及面广，通常只能在排除其他故障的可能性后，放到最后进行。 2、未满管 由于背压不足或流量传感器安装位置不良，致使其测量管内液体未能充满，故障现象因不充满程度和流动状况有不同表现。若少量气体在水平管道中呈分层流或波状流，故障现象表现为误差增加，即流量测量值与实际值不符；若流动是气泡流或塞状流，故障现象除测量值与实际值不符外，还会因气相瞬间遮盖电极表面而出现输出晃动。若水平管道分层流中流通面积气相部分增大，即液体未满管程度增大，亦会出现输出晃动。若液体未满管到液体表面在电极以下，则会出现输出超满度现象。案例2 某造船厂有一台DN80mm电磁流量计测量水流量，运行人员反映关闭阀流量为零时，输出反而达到满度值。现场检查发现传感器下游仅有一段短管，水直接排入大气，截止阀却装 在传感器上游（如图7-3虚线1位置），阀关后传感器测量管内水全部排空。将阀改装到位置2，故障便迎刃而解。这类故障原因在售后服务事例中是经常碰到的，当属工程设计之误。 3、管系潴留气体 管系潴留气体的一种原因是启用前未能排净管内空气，剩留气体积聚在管系高点，流动时被液体夹带，呈气泡状流出；另一原因是液体中夹带小气泡逐渐聚集，潴留在管系高点。故障表现为流量测量值和实际值不符以及输出晃动。案例3 南京某石化厂以DN1000mm管道引长江水， 管道长10km顺地势起伏途经小丘， 在小丘顶装DN700mm仪表。管系投入运行，电磁流量计不能正常工作，经现场检查发现电磁流量传感器及其附近有水流声的不正常现象。初步分析认为管系启用后未能将管道内空气排净，而工程设计未在高点装排气阀而无法放气。测量电极信号高达4mV（大部分为干扰电势），因不能停水无法进一步检查和排除故障。数月后制造厂维修人员再次随访，此时不再有水流声，因经过一段时间流动，剩留空气随水流带走，重新调试即能使之正常运行。案例4 广西某水厂在郊区山头设置清水池，利用水池高度势能发送成品水。运行人员反映计量出水量的DN700mm电磁流量计有时候流量显示不稳。晃动达百分之十几到百分之二十，误差也大，估计相差约20%。现场考查发现水池如图7-9所示安装流量传感器，水位高度不足就会卷入气泡，甚至流量传感器测量管内不能充满。如水位降至A线时，虽高出吸入口顶端，但高出不多，还会在C处产生旋涡，将水位表面空气卷入形成气泡，使显示晃动；若水位降到B，测量管将不满管。我们建议如图虚线所示装一弯头，扩大水池有效容量，减少吸入气泡的机会，弥补原设计的不足。这类实例是经常遇到的。
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5、往复泵或控制阀振荡产生脉动流往复泵泵送液流而测量点又未远离泵，脉动流会使电磁流量计输 出晃动，有时候还会产生测量误差。为减缓脉动对仪表的影响，通常可采取提高电磁流量计激磁频率或增加电阻尼；在管系方面可增装气室等阻尼装置。管系流量控制失配使控制阀启闭振荡也会形成脉动流。 6、使用过程中流动状态变化通常仪表调试正常运行一段时期后，也会因流动状态变化而出现故障。虽然这种故障原因出现概率不高，但在分析故障原因时不应忘记这一因素。案例5 这是一个悬挂在液流中的剥离衬里片摆动，随着液流形成脉动流的罕见实例。江西某铜矿治厂装有若干台电磁流量计测量含粉状固相的浆液，几年来一直使用正常。到1998年7月用户反映其中一台DN600mm仪表出现输出晃动高达满度值的50%-100%。现场检查仪表本身均正常，并且巡视和询问得悉流动动力源末改动，不会新产生流动波动，也排除了使用环境变坏新引入干扰的可能性。总体印象是仪表正常，安装和环境条件符合要求。当时因不能停流卸下和检查流量传感器隐蔽部分及其邻近管道状况，一时未找出故障原因。直到月余后该厂停车检修，发现流量传感器附近上游衬有橡胶衬里的U型管内，大片橡胶衬里脱落，悬挂于管内，随液体流动而摆动，造成流动波动，仪表如实反映，形成输出晃动。新换上U型管后，大幅输出晃动就不再出现了。案例6 鱼在管内洄游，输出信号出现大尖峰，本案例取自一则国外报导，是在美国发生的[5]。 大口径电磁流量计监测火电厂冷凝器冷却海水流量，从记录纸上看到仪表偶尔出现大尖峰信号。数度现场检查，因干扰噪声瞬现即逝，检查时捕捉不到，也未发现周围会有产生电气噪声等异常情况。用户曾有人提出也许有鱼在流量传感器内流动的想法，当时认为排放口有细网目网栅档住和流量传感器上游不可能有鱼进入而被否定了。但事后做了一个实验，将电磁流量计安装于小型水槽，放入金鱼观察，金鱼钻入电磁流量传感器，仪表果然出现尖峰噪声。以后，当初提问者告，在排放通道中确实见到了鱼影，是由鱼苗经网栅钻入排放管道后长大为成鱼。
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二、流体类源自流体方面引起电磁流量计故障主要有：
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1、液体中含有气体，2、液体中含有固体，3、电导率不均匀，4、与液体接触件材料匹配失当，5、流动噪声。 1、液体中含有气体液n~>_体中含有溶解气体不会影响流量测量，游离气体（即气泡）则会影响测量并可能引起故障。液体中游离气体有有3方面来源：①管道内空气未排净,②从管系外吸入,③溶解气体转化。前二者上一小节已有所述，后者因管内液体温度压力变化等所致。在流程工业中管道液体压力/温度常会变动，当液体压力降低或温度升高，溶解气体为转化成游离气泡.例如低于室温液体，静止在管道中滞留一段时期（如停车），所溶解空气有可能转化成气泡；高于室温液体静止在两端密闭的管道中逐渐冷却收缩，形成局部真空，溶解空气或气化蒸气形成气泡。这样形成的气泡在流程重新开车初始阶段往往会出现输出晃动现象，运行一段时间即趋正常。控制阀开度很小时，易气化液体有时会气化，也会形成气泡。 2、液体中含有固相 液体中含有粉状、颗粒、或纤维等固体，可能产生故障有：①浆液噪声，②电极表面染污，③导电沉积层或绝缘沉积层覆盖电极或衬里，④衬里被磨损或被沉积，改变流通面积。案例7 导电沉积层短路效应 电磁流量传感器测量管绝缘衬里表面若沉积导电物质，流量信号将被短路而仪表失效。由于导电物质是逐渐沉积，本类故障通常不会出现在调试期，而要运行一段时期后才显示露出来。某柴油机厂工具车间电解切削工艺试验装置上，用DN80mm仪表测量和控制饱和食盐电解液流量以获取最佳切削效率。起初该仪表运行正常，间断使用两个月后，感到流量显示值越来越小，直到流量信号接近为零。现场检查，发现绝缘层表面沉积薄薄一层黄锈，擦拭清洁后仪表就运行正常。黄锈层是电解液中大量氧化铁沉积所致。本实例属运行期故障，虽非多见故障然而若黑色金属管道锈蚀严重，沉积锈层，也会有此短路效应。凡是开始运行正常，随着时间推移，流量显示越来越小，就应分析有类故障的可能性。 案例8 淤泥沉积层上海某水厂从30余公里外的黄浦江上游以矩形管引水，再以两DN1600mm圆管泵送原水进厂，用两台DN1600mm电磁流量计计量水量。1991年启用，使用正常，但到1993年感到计量减少，经检查排除了仪表开放部分的故障原因；检查流量传感器两电极对地电阻值不对称，分析流量传感器出现故障的可能性较大，因不能断流而无法检查隐蔽部分。1997年4月才有机会进入管道检查流量传感器测量管内部状况，内壁沉积淤泥最厚处超过10mm，电极表面亦被淤泥沉积层所覆盖，与周围淤泥层平齐。经铲刷洗后，仪表运行即恢复正常。确认故障原因系内部管壁沉积淤泥所致。 本实例向人们揭示，原水计量的流量仪表通道内壁总会沉积淤泥，是否影响测量只是时间长短而已，本例水质条件运行3年已感到流量测量值减少。为此测量江河原水电磁流量计必须要定期清洗。其他流量仪表如超声流量计和文丘利管流量计至少同样有沉积减小流通面积，影响测量精度的问题，DN1600mm管沉积10mm流量值要变化1.2%-2.5%。同时在工程设计时要考虑长期运行沉积淤泥影响的对策，例如：提高测量位置流速以延长清洗周期；预置进入管内清洗的检查孔等。本实例属运行期常见故障。 3、电导不均匀配比流程中常有在液内注入“加药”液，而注入液常用往复泵加入。若注入液与主液电导率不同，而混合液尚未混合均匀，电磁流量传感器若装其下游，因电导率急剧变化会使仪表输出晃动，虽然液体电导率大于阈值而缓慢变化是不会影响电磁流量计正常测量。这一现象在给水处理工程原水加凝聚剂工艺中是经常发生的。 4、与液体接触件材料匹配失当与液体接触件材料产生匹配失当故障的有电极与接地环。匹配失当除耐腐蚀问题外，主要是电极表面效应。表面效应有：①化学反应（表面形成钝化膜等），②电化学和极化现象（产生电势），③触媒作用（电极表面生成气雾等），前文第三节已有所述（见第10页）。接地环也有这些效应，但影响程度要小些。案例9 上海某化工（冶炼厂）用20余台哈氏合金B电极电磁流量计测量浓度较高盐酸溶液，出现输出信号不稳的晃动现象。现场检查确认仪表正常，也排除了会产生输出晃动的其他干扰原因。但是在多处其他用户用哈氏合金B电极化表测量盐酸时运行良好。在分析故障原因是否可能由盐酸浓度差别上引起的，因当时尚无盐酸浓度对电极表面效应影响方面的经验，尚不能作出判断。为此仪表制造厂和使用单位一起利用化工厂现场条件，做改变盐酸浓度的实流试验。盐酸浓度逐渐增加，低浓度时仪表输出稳定，当浓度增加到15%-20%时，仪表输出开始晃动起来，浓度到25%时，输出晃动量高达20%。改用钽电极电磁流量计后就运行正常。
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