長輸管道磁致伸縮液位計工作原理和常見故障分析

張云　楊昌群（中國石化銷售有限公司華南分公司，廣東 廣州）

長輸管道磁致伸縮液位計工作原理和常見故障分析

張云楊昌群（中國石化銷售有限公司華南分公司，廣東 廣州）

在長輸管道上，由于磁致伸縮液位計具有高可靠性，高精度、低故障率、廣闊的適應范圍，多變量測量、操作簡單，維護方便等突出優點，在長輸管道上廣泛應用。本文主要結合現場使用的K～TEK的AT100系列磁致伸縮液位分析其工作原理，闡述了其主要技術參數和特點，介紹了磁致伸縮液位計在長輸管道上應用與發展，提出了常見的故障及解決方法。

長輸管道；AT100磁致伸縮式液位計；原理；故障分析

1　磁致伸縮液位計結構及工作原理

1.1組成

磁致伸縮式液位計是一種可進行連續液位、界面測量，并提供用于監視和控制的模擬信號輸出的高精度的測量儀表，由三部分組成：不銹鋼測量管（帶磁致線），磁浮子和智能電路單元組成。見圖1組成結構圖。

圖1　AT100磁致伸縮液位計結構組成1～波導管；2～外管；3～浮子；4～浮子磁鐵；5～浮子磁場；6～波導扭曲；7～詢問脈沖磁場

圖2　AT100磁致伸縮液位計工作原理

1.2工作原理

在不銹鋼導管的內部有一根被拉緊的磁致伸縮線，電子部分沿磁致伸縮線發射出詢問脈沖電流，該脈沖同時產生一個磁場，并沿波導管向下傳播，和導管上的浮子內的永磁體所產生的磁場相遇時，就會產生一個應變脈沖。應變脈沖沿導波管返回并被電子單元所接收，脈沖傳播的速度是一個恒定值，因此通過測量詢問脈沖和返回脈沖的時間間隔，就可以精確地計算出被測液體的液位或界面，然后通過全智能化電子裝置將時間間隔大小信號轉換與被測液位成比例的4～20m A輸出信號。原理圖見圖2。

2　性能參數

⑴結構簡單，易于安裝、維護簡單、維護量少，有利于大幅降低維護成本。

⑵高精度，滿量程的0.01%。重復性：0.005%

⑶測量范圍：測量管是剛性桿時，測量范圍不大于6m，用于壓力、溫度較高環境；

測量管是柔性桿時，測量值在3.5～20m，用于壓力、溫度較低環境。

⑷壓力范圍：最大207Bar，標準的是66Bar。

⑸環境溫度：～40～77℃；介質溫度：～195～427℃。

（6）可同時測量總體液位和界面液位，以及溫度。

3　跳線設置

AT100液位計模塊上有寫保護設置、故障模式設置，門檻電壓設置。見圖3

圖3　跳線設置

（1）右側跳線開關為寫保護跳線：當跳線短接環接在上端時，寫保護關，變送器可以改變組態；當跳線短接環接在下端時，寫保護開，變送器不可以改變組態。

（2）左側跳線開關為故障模式跳線，當跳線短接環接在上端時，為“FAⅠL LOW”模式；當跳線短接環接在下端時，為“FAⅠL HⅠGH”模式。

在“FAⅠL LOW”模式下，當變送器處以故障模式時電流輸出為3.6mA；

在“FAⅠL HⅠGH”模式下，當變送器處以故障模式時電流輸出為21mA；

（3）門檻電壓是一個用來屏蔽噪音信號使返回信號更加清晰的一個參數，即低于這個參數的信號一律被認為是噪音，全部濾除，高于這個參數的信號都被當作有效信號全部返回。

在模塊下面的底板上，有一個電位器用于調整門檻電壓。用萬用表插到圖3所示的模塊右上角的兩個針孔底座中，來測量門檻電壓。

4　常見故障

4.1K～TEK液位計LCD沒有顯示。

（1）檢查電源是不是出現了問題。

（2）檢查電子模塊是否故障：用已知是好的模塊來更換問題模塊來排查問題，同一種儀表的模塊是可以互換的。

4.2K～TEK液位計接上電源之后，兩接線端子之間的電壓差只有14V左右，而未帶負載之前電壓差為24v的標準電壓。

出現這種情況，最為可能的原因就是端子所在的表頭室由于受潮，不同端子之間出現了短路現象，需更換新的接線端子。

4.3AT100磁致伸縮液位計一直輸出21mA，0mm。

輸出20.96mA的大電流則意味著液位計處于故障報警狀態。產生報警的原因可以總結為以下幾點：

（1）浮球在盲區。磁致伸縮液位計探桿的末端有一段小小的盲區，一旦浮球停留在此，表頭傳感器發射的脈沖波便不能返回，故而輸出21mA報警。此類問題在測量點尚未進液階段尤為容易出現，一旦有液體進入，浮球上升至測量范圍之內問題便迎刃而解。

（2）門檻電壓過高。門檻電壓過高會導致有效信號不能正確地被接受，儀表軟件系統會自認為信號丟失從而產生報警。用戶可以緩慢減小門檻電壓，直至輸出正常。

（3）模塊故障。用一個已知是好的模塊去替換，看問題是否消失。

（4）浮球問題。浮球消磁，不能產生磁場。可對浮球進行磁化。

（5）傳感器問題，傳感器脫焊，需返廠維修。

4.4AT100磁致伸縮液位計輸出不穩定，電流時有時無或無規則跳變。

（1）線路、浪涌保護器、接線端子進行檢查：信號線是否有破損，對地的絕緣性；接線端子絕緣性是否良好；浪涌保護器是否完好；信號通道供電是否正常。

（2）磁致伸縮液位計的門檻電壓設定不合適，重新設定。因為門檻電壓過低時，部分噪音信號會返回并被“正確”的傳回中控室，就會出現信號跳變。當然，并不是門檻電壓高了就不會出現這種問題，當門檻電壓過高時，部門有效信號會被擋在“門檻”之外，傳回中控室的信號也會出現不穩定的情況。

（3）外在電磁干擾，接地不良。由于測量原理等因素，當磁致伸縮式液位計處于強磁場干擾環境下，會使浮子受的磁場力疊加導致消磁。這種情況下只能將液位計整體取出，用磁棒進行磁化。

所以磁致伸縮式液位計的信號線應遠離高壓電源線、強磁場源，至少保證5m以上的距離。并使信號線屏蔽層處于良好接地狀態，同時設備外殼也需良好接地。

4.5AT100磁致伸縮液位計輸出值不變，而實際液位一直都是在變化的。

（1）余磁的問題，即探桿某處有殘留的磁場。用磁棒或者浮球自底到頂沿探桿來回滑動幾次即可。

（2）浮球出現問題。雖然液體在波動，但浮球卡在某處。

4.6按鍵不能設定任何參數。

（1）模塊上的按鍵失靈，只能更換新的模塊。

（2）寫保護跳線被設置為開通狀態。

5　實例分析

5.1故障現象

有4臺液位計LT002、LT101、LT110、LT706，在監控畫面上顯示液位值出現亂跳；現場檢查液位計顯示值也不正常：電流值為20.97MA，液位值也亂跳。但間隔一段時間后又恢復正常。

5.2檢修過程

（1）液位計LT101

檢查了線路情況：信號線進行絕緣檢測，完好無破損；浪涌保護器完好；信號通道供電正常。檢查顯示模塊、底板，正常無損壞。再檢查接線端子，發現端子處有銹蝕痕跡，初步判斷為端子絕緣性不好到致反饋電流波動。更換新接線端子并重新調整門檻電壓后，液位計現場顯示及遠傳信號均正常。

原因分析：液位計使用年限過長、端子質量不佳、環境惡劣致接線端子絕緣性不好，引起顯示異常。

（2）液位計LT002

檢查過程與液位計LT101基本一樣：信號線進行絕緣檢測，完好無破損；浪涌保護器完好。檢查顯示模塊、底板，正常無損壞。檢查接線端子，完好無銹蝕。在對信號通道供電檢測，發現接線端子處電壓負極接線存在接地現象，再次對線路進行檢查未見異常，更換浪涌保護器后，負極仍然存在接地情況，于是更換信號通道后負極對地問題消除，但液位計顯示故障扔存在，確認液位計探桿已故障需要更換。更換新探桿及重新調整門檻電壓后，液位計現場顯示及遠傳信號均正常。

原因分析：信號通道故障導致負極接地，長期以來對探桿內部磁致線造成損傷，直至探桿故障，引起顯示異常。

（3）液位計LT110

檢查了線路情況：全部完好；顯示模塊、底板，正常無損壞；接線端子無銹蝕。觀察液位計使用的現場情況，發現距離液位計4M左右有高壓線，初步判斷為磁致伸縮式液位計處于強磁場干擾環境下，使浮子受的磁場力疊加導致消磁。將液位計整體取出后，用磁棒從探桿底部開始到表頭處進行磁化，重復2遍。完成后回裝液位計，上電并觀察2天使用情況，液位計現場顯示及遠傳信號均正常。

在取出液位計過程發現另一個問題：現使用的液位計探桿為剛性硬桿，對液位計進行檢修時必須使用吊車，吊裝過程中探桿易變形彎曲及存在一定的高處作業風險。如在后續檢修發現類似情況，建議將剛性硬桿更換軟纜。軟纜的維護、檢修更簡單方便。

原因分析：磁致伸縮式液位計處于強磁場干擾環境下，液位計探桿消磁，導致無法正常檢測到浮子。

（4）液位計LT706

檢查了線路情況：全部完好；顯示模塊、底板，正常無損壞；接線端子無銹蝕。觀察液位計使用的現場情況：液位計安裝在一個露天循環水池內，在池內水滿時，水位基本與液位計表殼底部齊平；在露天環境下使用探桿上容易結垢。初步判斷為液位計長期浸泡在露天水池內，整體絕緣性下降；探桿消磁。在用砂紙打磨掉探桿上的結垢并用磁棒進行磁化后，故障仍在。只能對液位計進行了整體更換并適當的加長了探桿長度，提高液位計的防護等級（至少ⅠP66以上）。

原因分析：磁致伸縮式液位計處于露天水池內，液位計探桿消磁、整體絕緣性下降，導致無法正常檢測到浮子。

6　結語

本文對磁致伸縮液位計的工作原理、結構特點及故障處理進行簡要分析，結合長輸管道實際使用經驗，以實例著重說明磁致伸縮液位計應用中容易出現的故障，并給出解決辦法，為磁致伸縮液位計在長輸管道應用提供有益幫助。

［1］陳路，吳瑩，秦鵬，郭永剛，魏婷婷《磁致伸縮液位計的原理、應用前景與故障分析》中國石油和化工自動化年會2012.

［2賈貧《磁致伸縮液位計故障分析》化工自動化及儀表2000（4）.

張云:中國石化銷售有限公司華南分公司，助理工程師，從事儀表管理工作。

楊昌群:中國石化銷售有限公司華南分公司，高級工程師，公司專家，安全總監。