长输管道磁致伸缩液位计工作原理和常见故障分析
1 磁致伸缩液位计结构及工作原理
1.1 组成
磁致伸缩式液位计是一种可进行连续液位、界面测量, 并提供用于监视和控制的模拟信号输出的高精度的测量仪表, 由三部分组成:不锈钢测量管 (带磁致线) , 磁浮子和智能电路单元组成。见图1组成结构图。
1.2 工作原理
在不锈钢导管的内部有一根被拉紧的磁致伸缩线, 电子部分沿磁致伸缩线发射出询问脉冲电流, 该脉冲同时产生一个磁场, 并沿波导管向下传播, 和导管上的浮子内的永磁体所产生的磁场相遇时, 就会产生一个应变脉冲。应变脉冲沿导波管返回并被电子单元所接收, 脉冲传播的速度是一个恒定值, 因此通过测量询问脉冲和返回脉冲的时间间隔, 就可以精确地计算出被测液体的液位或界面, 然后通过全智能化电子装置将时间间隔大小信号转换与被测液位成比例的4 ~20m A输出信号。原理图见图2。
2 性能参数
⑴ 结构简单, 易于安装、维护简单、维护量少, 有利于大幅降低维护成本。
⑵ 高精度, 满量程的0.01%。重复性:0.005%
⑶ 测量范围:测量管是刚性杆时, 测量范围不大于6m, 用于压力、温度较高环境;
测量管是柔性杆时, 测量值在3.5~20m, 用于压力、温度较低环境。
⑷ 压力范围:最大207Bar, 标准的是66Bar。
⑸环境温度:~40~77℃;介质温度:~195~427℃。
(6) 可同时测量总体液位和界面液位, 以及温度。
3 跳线设置
AT100液位计模块上有写保护设置、故障模式设置, 门槛电压设置。见图3
(1) 右侧跳线开关为写保护跳线:当跳线短接环接在上端时, 写保护关, 变送器可以改变组态;当跳线短接环接在下端时, 写保护开, 变送器不可以改变组态。
(2) 左侧跳线开关为故障模式跳线, 当跳线短接环接在上端时, 为“FAIL LOW”模式;当跳线短接环接在下端时, 为“FAIL HIGH”模式。
在“FAIL LOW”模式下, 当变送器处以故障模式时电流输出为3.6m A;
在“FAIL HIGH”模式下, 当变送器处以故障模式时电流输出为21m A;
(3) 门槛电压是一个用来屏蔽噪音信号使返回信号更加清晰的一个参数, 即低于这个参数的信号一律被认为是噪音, 全部滤除, 高于这个参数的信号都被当作有效信号全部返回。
在模块下面的底板上, 有一个电位器用于调整门槛电压。用万用表插到图3所示的模块右上角的两个针孔底座中, 来测量门槛电压。
4 常见故障
4.1 K~TEK液位计LCD没有显示。
(1) 检查电源是不是出现了问题。
(2) 检查电子模块是否故障:用已知是好的模块来更换问题模块来排查问题, 同一种仪表的模块是可以互换的。
4.2 K~TEK液位计接上电源之后, 两接线端子之间的电压差只有14V左右, 而未带负载之前电压差为24v的标准电压。
出现这种情况, 最为可能的原因就是端子所在的表头室由于受潮, 不同端子之间出现了短路现象, 需更换新的接线端子。
4.3 AT100磁致伸缩液位计一直输出21m A, 0mm。
输出20.96m A的大电流则意味着液位计处于故障报警状态。产生报警的原因可以总结为以下几点:
(1) 浮球在盲区。磁致伸缩液位计探杆的末端有一段小小的盲区, 一旦浮球停留在此, 表头传感器发射的脉冲波便不能返回, 故而输出21m A报警。此类问题在测量点尚未进液阶段尤为容易出现, 一旦有液体进入, 浮球上升至测量范围之内问题便迎刃而解。
(2) 门槛电压过高。门槛电压过高会导致有效信号不能正确地被接受, 仪表软件系统会自认为信号丢失从而产生报警。用户可以缓慢减小门槛电压, 直至输出正常。
(3) 模块故障。用一个已知是好的模块去替换, 看问题是否消失。
(4) 浮球问题。浮球消磁, 不能产生磁场。可对浮球进行磁化。
(5) 传感器问题, 传感器脱焊, 需返厂维修。
4.4 AT100 磁致伸缩液位计输出不稳定, 电流时有时无或无规则跳变。
(1) 线路、浪涌保护器、接线端子进行检查:信号线是否有破损, 对地的绝缘性;接线端子绝缘性是否良好;浪涌保护器是否完好;信号通道供电是否正常。
(2) 磁致伸缩液位计的门槛电压设定不合适, 重新设定。因为门槛电压过低时, 部分噪音信号会返回并被“正确”的传回中控室, 就会出现信号跳变。当然, 并不是门槛电压高了就不会出现这种问题, 当门槛电压过高时, 部门有效信号会被挡在“门槛”之外, 传回中控室的信号也会出现不稳定的情况。
(3) 外在电磁干扰, 接地不良。由于测量原理等因素, 当磁致伸缩式液位计处于强磁场干扰环境下, 会使浮子受的磁场力叠加导致消磁。这种情况下只能将液位计整体取出, 用磁棒进行磁化。
所以磁致伸缩式液位计的信号线应远离高压电源线、强磁场源, 至少保证5m以上的距离。并使信号线屏蔽层处于良好接地状态, 同时设备外壳也需良好接地。
4.5 AT100磁致伸缩液位计输出值不变, 而实际液位一直都是在变化的。
(1) 余磁的问题, 即探杆某处有残留的磁场。用磁棒或者浮球自底到顶沿探杆来回滑动几次即可。
(2) 浮球出现问题。虽然液体在波动, 但浮球卡在某处。
4.6 按键不能设定任何参数。
(1) 模块上的按键失灵, 只能更换新的模块。
(2) 写保护跳线被设置为开通状态。
5 实例分析
5.1 故障现象
有4 台液位计LT002、LT101、LT110、LT706, 在监控画面上显示液位值出现乱跳;现场检查液位计显示值也不正常:电流值为20.97MA, 液位值也乱跳。但间隔一段时间后又恢复正常。
5.2 检修过程
(1) 液位计LT101
检查了线路情况:信号线进行绝缘检测, 完好无破损;浪涌保护器完好;信号通道供电正常。检查显示模块、底板, 正常无损坏。再检查接线端子, 发现端子处有锈蚀痕迹, 初步判断为端子绝缘性不好到致反馈电流波动。更换新接线端子并重新调整门槛电压后, 液位计现场显示及远传信号均正常。
原因分析:液位计使用年限过长、端子质量不佳、环境恶劣致接线端子绝缘性不好, 引起显示异常。
(2) 液位计LT002
检查过程与液位计LT101基本一样:信号线进行绝缘检测, 完好无破损;浪涌保护器完好。检查显示模块、底板, 正常无损坏。检查接线端子, 完好无锈蚀。在对信号通道供电检测, 发现接线端子处电压负极接线存在接地现象, 再次对线路进行检查未见异常, 更换浪涌保护器后, 负极仍然存在接地情况, 于是更换信号通道后负极对地问题消除, 但液位计显示故障扔存在, 确认液位计探杆已故障需要更换。更换新探杆及重新调整门槛电压后, 液位计现场显示及远传信号均正常。
原因分析:信号通道故障导致负极接地, 长期以来对探杆内部磁致线造成损伤, 直至探杆故障, 引起显示异常。
(3) 液位计LT110
检查了线路情况:全部完好;显示模块、底板, 正常无损坏;接线端子无锈蚀。观察液位计使用的现场情况, 发现距离液位计4M左右有高压线, 初步判断为磁致伸缩式液位计处于强磁场干扰环境下, 使浮子受的磁场力叠加导致消磁。将液位计整体取出后, 用磁棒从探杆底部开始到表头处进行磁化, 重复2遍。完成后回装液位计, 上电并观察2天使用情况, 液位计现场显示及远传信号均正常。
在取出液位计过程发现另一个问题:现使用的液位计探杆为刚性硬杆, 对液位计进行检修时必须使用吊车, 吊装过程中探杆易变形弯曲及存在一定的高处作业风险。如在后续检修发现类似情况, 建议将刚性硬杆更换软缆。软缆的维护、检修更简单方便。
原因分析:磁致伸缩式液位计处于强磁场干扰环境下, 液位计探杆消磁, 导致无法正常检测到浮子。
(4) 液位计LT706
检查了线路情况:全部完好;显示模块、底板, 正常无损坏;接线端子无锈蚀。观察液位计使用的现场情况:液位计安装在一个露天循环水池内, 在池内水满时, 水位基本与液位计表壳底部齐平;在露天环境下使用探杆上容易结垢。初步判断为液位计长期浸泡在露天水池内, 整体绝缘性下降;探杆消磁。在用砂纸打磨掉探杆上的结垢并用磁棒进行磁化后, 故障仍在。只能对液位计进行了整体更换并适当的加长了探杆长度, 提高液位计的防护等级 (至少IP66以上) 。
原因分析:磁致伸缩式液位计处于露天水池内, 液位计探杆消磁、整体绝缘性下降, 导致无法正常检测到浮子。
6 结语
本文对磁致伸缩液位计的工作原理、结构特点及故障处理进行简要分析, 结合长输管道实际使用经验, 以实例着重说明磁致伸缩液位计应用中容易出现的故障, 并给出解决办法, 为磁致伸缩液位计在长输管道应用提供有益帮助。
摘要：在长输管道上, 由于磁致伸缩液位计具有高可靠性, 高精度、低故障率、广阔的适应范围, 多变量测量、操作简单, 维护方便等突出优点, 在长输管道上广泛应用。本文主要结合现场使用的K～TEK的AT100系列磁致伸缩液位分析其工作原理, 阐述了其主要技术参数和特点, 介绍了磁致伸缩液位计在长输管道上应用与发展, 提出了常见的故障及解决方法。
关键词：长输管道,AT100磁致伸缩式液位计,原理,故障分析
参考文献
[1] 陈路, 吴莹, 秦鹏, 郭永刚, 魏婷婷《磁致伸缩液位计的原理、应用前景与故障分析》中国石油和化工自动化年会2012.
[2] 贾贫《磁致伸缩液位计故障分析》化工自动化及仪表2000 (4) .