L2000通用型射頻導納物位計的應用及常見故障分析

魏方合 趙杰 趙占萌

摘要：詳細闡述了L2000通用型射頻導納物位計的工作原理，

利用L2000通用型射頻導納物位計應用于飛灰及煤粉物位的測量，針對物位計安裝過程中和實際生產應用過程中常見問題和故障進行簡單的分析，并提出處理解決方案。

關鍵詞：L2000 射頻導納物位計 儀表 故障分析

1 概述

物位測量是各生產領域的重要測量參數，是儀表五大檢測參數之一，測量的準確與否將直接影響裝置和設備的穩定運行。而不同設備、不同工藝環境下對測量儀表的要求也不盡相同，現物位測量儀表主要包括靜壓式物位儀表、超聲波物位計、電容式物位計、雷達式物位計、核放射性物位計、射頻導納式物位計等。河南煤化鶴壁煤電股份有限公司60萬/年甲醇項目在動力站裝置布袋除塵系統、煤氣化裝置的布袋過濾器及飛灰系統采用了L2000通用型射頻導納物位計對現場設備內部飛灰、煤粉等進行測量。該儀表是由美國PRINCO公司在傳統電容式物位計原理的基礎上進行改進的新型射頻導納式物位測量儀表。本文主要介紹該儀表的工作原理及特點以及在實際應用過程中的注意事項和常見故障分析。

2 L2000通用型射頻導納物位計的工作原理及特點

2.1 L2000通用型射頻導納物位計的工作原理是基于射頻（RF）技術。將無線電頻率施加在探頭上，對周圍的環境進行連續分析，由于所有介質的介電常數和導電性均不同于空氣，當探頭接觸到介質時所引起的微小電容量的變化被電路檢測并轉換成開關信號輸出。其獨特的抗粘附電路只對物位改變引起的電容量的變化產生反應，從而消除了由于物料堆積產生的虛假信號。

射頻導納技術與電容技術的重要區別在于它采用了Null-KoTeTM電路，解決掛料問題；另外還采用了三端技術，電子單元和探頭的連接采用一種特殊的同軸三端電纜，電纜的中心線用于傳輸從探頭到電子單元的電容變化，同時同軸屏蔽線傳輸屏蔽電壓（導納）信號，屏蔽的目的是為了消除中心線與地之間的電容。地線是電纜中另一條獨立的導線。因而，電纜電容不會影響從探頭來的電容信號，也就無須電子單元電纜電容的“調零”以獲得準確的讀數。

屏蔽層同時可以防止由電纜的溫度變化引起電容變化而導致輸出誤差。對于探頭上掛料問題，則采用一種新的探頭結構，五層同心結構：最里層是中心測桿，中間是COTE-SHIELD屏蔽層，最外面是接地的安裝螺紋，用絕緣材料將其分別隔離開來。由于測桿與屏蔽層之間沒有電勢差，即使傳感元件上掛料阻抗很小，也不會有電流流過，電子儀器測量的僅僅是從探頭中心到儲罐壁的電流，這樣一來就將測量端保護起來，不受掛料的影響。只有容器中的液位確實上升接觸到中心測桿時，通過被測物料，中心測桿與地之間形成被測電流。圖1是L2000通用型射頻導納物位計的結構圖。

射頻導納技術由于引入了除電容以外的測量參量，尤其是電阻參量，使得儀表測量信號信噪比上升，大幅度地提高了儀表的分辨力、準確性和可靠性；測量參量的多樣性也有力地拓展了儀表的可靠應用領域。

2.2 射頻導納物位計的主要特點。①通用性強：可應用各種導電和非導電介質測量，并且可滿足不同溫度、壓力、介質的測量要求，以及應用于腐蝕、沖擊等惡劣場合。②抗粘附掛料：探頭采用獨特的Null-KoTeTM電路設計和傳感器結構，使其測量可以不受傳感器掛料影響，消除因物料粘附產生的虛假信號。③易維護：測量過程無可動部件，控制器與探頭之間無電纜連接，隨時可拆更換維修而不影響進出物料。④耐高低溫：適用于-184℃至280之間的工作環境，還可提供更高溫度的陶瓷探頭。

3 L2000通用型射頻導納物位計的應用

3.1 首先是正確安裝射頻導納物位計。L2000通用型射頻導納物位計在實際生產使用過程中首先要正確安裝。傳感器（探頭）的安裝位置通常是由容器的開孔位置所決定，但不可將其安裝在進料流中，當容器內部無適當位置時，可考慮使用外側臂或量筒安裝。測量非導電液體和泥漿時，探頭最佳為水平安裝，測粉末和顆粒介質時，最佳安裝方式也為水平安裝，如果必須垂直安裝要保證探頭長度至少300mm，并能夠滿足工藝測量要求。同時在安裝時，要保證保護套長度應至少伸出容器內壁積料50mm等。傳感器側壁安裝時，保護電極應進入容器內穿過側壁掛料，所以選型時請注意保護電極長度。下圖2為正確與錯誤的對比選型圖。

為使設備正常，準確工作，請按下列步驟進行安裝：

①在用絕緣傳感器的場合，安裝必須非常仔細，因為在這種情況下，有可能損壞探頭的絕緣層。②傳感元件的安裝不能使之處于填充嘴或槽的直接物料流進的地方。若無法做到這一點，則要在探頭與填充間加裝隔板。③不要拆開傳感器或松開安裝密封蓋。④用扳手的平面部分擰緊傳感元件。⑤探頭安裝時屏蔽層一定要穿過容器壁。

3.2 射頻導納物位計的調試和投用。在進行射頻導納物位計調校前首先要檢查線路連接是否正常，仔細檢查電源線。嚴格按照廠家提供的接線圖確認無誤后方可進行調試的工作。調試過程中需打開儀表外殼，此時儀表帶電一定要注意人身安全。當完成標定后，必須重新將外殼裝好。在危險環境中每一與放爆外殼相連的接線必須配有已經認證過的密封配件即密封填料函或放爆鋼管密封接頭。

L2000通用型射頻導納物位計的快速校準方法如下：首先正確連接線路，送電預熱3-5分鐘；其次按照物位計接線和調試面板上的電位器功能進行可調范圍內調節，其中綠燈代表正常，紅燈代表報警，電位器F代表細調，C代表粗調，DLY代表延時輸出；延時時間0-30秒均可調；再次，一般情況下將失電保護插片放在L的位置上，通過對F和C電位器進行開關繼電器反饋調節。通過旋轉不同方位觀察指示燈的變化來確認調節是否完畢。調試正常合格后，即可隨工藝要求是否投用。

4 L2000通用型射頻導納物位計的常見故障分析

L2000通用型射頻導納物位計具備長周期連續運行的能力，工作性能穩定、可靠，能夠數年免維護，但是實際生產過程中，由于儀表工作環境或使用不當，仍可能造成儀表不正常工作或測量不準確。這就需要儀表維護人員對其故障進行檢查和分析。根據常見故障可從以下四個方面入手進行分析：

4.1 檢查電子單元。首先拆除傳感器電源及信號電纜，外加15～28VDC電源，進行檢查并校準系統，如有顯示，通過利用信號發生器檢查系統的輸出信號是否在4～20mA的范圍內或者通過調節電位器順時針和逆時針轉動驗證是否繼電器動作等。

4.2 檢查傳感器是否正常。可以通過測量傳感器接線端之間的電阻，包括中心線與屏蔽間電阻、屏蔽與地間電阻、中心線與地間電阻來確認。傳感器在空氣中無掛料（聚集物）時，上述三電阻阻值應為無窮大（2M以上），若傳感元件上有掛料，則電阻阻值偏低，當掛料除去后，電阻恢復無窮大。正常時，傳感器上有掛料情況下的最小電阻值為：中心線與地之間1000Ω；中心線與屏蔽之間600Ω；屏蔽與地之間300Ω。（不同型號的阻值或許不同，需查廠家提供的技術文件和資料）

4.3 檢查連接電纜和外部因素。當排除故障原因為傳感器自身因素后，就要考慮遠傳電纜是否存在質量問題，是否存在外部干擾等因素，以及檢查上位機系統是否存在問題。

5 總結

河南煤化鶴煤化工分公司煤化工項目自去年試車和今年生產階段以來，現場采用L2000射頻導納物位計的區域共有十幾處，各個區域物位計工作都很穩定，基本都處于免維護狀態，在生產過程中物位計偶爾在運行中顯示不正常波動或死值的情況，按照常見事故分析步驟也都順利解決了問題。該物位計在相應測量范圍內為充分發揮了它的優勢。

參考文獻：

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作者簡介：魏方合（1983-），男，河南濮陽人，助理工程師，主要從事化工自控儀表工作。