磁致伸縮液位計安裝故障處理

仲 軍 熊小榮

(中石油第二建設公司，蘭州 730060)

磁致伸縮液位計是采用“磁致伸縮”原理設計的液位測量儀表，具有測量精度高、穩定性好及應用簡單等優點，主要應用于各類油品儲罐的液位測量。磁致伸縮液位儀的測量范圍較寬(最大測量值可達20m)，分辨率達0.5mm，精度等級約0.2～1.0級，由于其提供給用戶的是絕對位置讀數，不需要進行定期重標，斷電后歸零的問題也不予考慮。非接觸式的測量方式消除了機械磨損的影響，是非粘稠和非高溫液體液位測量的一種優選測量儀表。

然而，在安裝磁致伸縮液位計時，如果不能根據現場的實際狀況對設備的安裝細節進行把握，不但無法達到其應有的設計優點，反而會給生產帶來不便。筆者以洛陽某油庫的磁致伸縮液位計在安裝調試過程中遇到的問題為例，介紹該類儀表在安裝調試時應注意的技術性問題。

1 結構與原理①

磁致伸縮液位計主要由電子探頭、探測桿和浮子3部分組成。電子探頭用于發射和接收電子脈沖，并將其轉換為4～20mA電流信號進行輸出；探測桿分剛性桿和柔性桿，外部由耐腐蝕和耐高溫材料制成，中心為稀土超磁伸縮材料制成的波導絲，是傳感器的核心，能將微小的磁場向量變化轉換為機械波；浮子套裝在探測桿上，隨液位上下浮動，內部有永磁鐵產生磁場。

磁致伸縮液位計的工作原理如圖1所示，電子探頭中的脈沖發生器首先在波導絲上施加一個電脈沖信號，此電脈沖同時伴隨一個垂直于波導絲的環型磁場，以光速向下傳遞。探測桿和浮子則被放置在被測介質中，浮子隨著液位高度的變化沿探測桿上/下移動，浮子內部的永磁鐵產生一個縱向磁場，這樣浮子所產生的磁場位置也就隨著液面升/降；當環型磁場遇到浮子中永磁鐵產生的縱向磁場時，與之進行矢量疊加，形成螺旋磁場。波導絲在螺旋磁場的作用下產生磁致伸縮現象，即產生扭力變形，從而激發一個機械扭力波沿波導絲以超聲波形式從產生點(即液位測量點)返回到電子探頭[1]。因此，液位計通過測量發出電脈沖與扭力波返回的時間差，便能精確地計算出永磁鐵(即浮子)的位置，并將其轉換為4～20mA電信號輸出到DCS畫面進行顯示。

圖1 磁致伸縮液位計工作原理示意圖

2 影響測量準確度的因素

安裝和調試時，影響磁致伸縮液位計計量精度的因素有：

a. 磁致伸縮探測桿不能折彎，以免損壞波導絲；

b. 液位計盡量在遠離裝/卸油管口的位置安裝，避免油品流動沖擊或損壞傳感器，影響測量精度；

c. 必須保證傳感器的浮子與容器壁互不接觸，且浮球上下活動靈活，安裝螺紋與容器連接牢固，對于大量程或有攪拌的應用場合，傳感器需要重錘+地錨固定，保持探頭垂直，安裝斜度不能大于5°；

d. 通信線路接觸良好，進行接地處理，將雙芯雙絞屏蔽電纜的屏蔽層和傳感器的地線相連，并接到防爆穿線盒的接地螺栓上，同時將盒外接地端子和罐體的接地點相連接；

e. 不能測量高粘度液體和泥漿，不適用于有壓、自聚、有腐蝕、有毒和高粘度液體的測量。

3 安裝實例

洛陽某油庫設有汽油、柴油和乙醇(屬輕質低粘性油品)共計9個油罐，儲罐高度在9～15m(屬大量程計量)，選用的是美國愛國者液位儀公司生產的大量程磁致伸縮液位計(探棒材質為PVDF軟纜)。在對磁致伸縮液位計進行安裝調試的過程中，發現：液位顯示波動大，示數不準確；有通信中斷現象，連接不穩定。

3.1 液位顯示波動大

在罐體試水過程中，投用了磁致伸縮液位計，隨著水的注入儀表示值不斷增大，但示值隨著液面大幅跳動，注水結束液面不再變化后發現儀表示數依然不能穩定，且跳動頻繁。究其原因，顯示波動大，說明浮子位置擺動大，可以判斷探測桿軟纜未處于拉伸狀態。磁致伸縮液位儀的測量要求探棒軟纜在被測介質中處于豎直向下狀態，并與傳感器的電子頭保持一條直線。首先，檢查重錘的安裝情況，探棒軟纜材質較輕，會受液體浮力和流體沖擊而漂起或偏移，安裝中采用重錘加錨的方法固定。經檢查，重錘位于電子頭的正下方罐底處，且連接牢靠；之后，測量探測桿軟纜的安裝長度，發現纜長大于罐體液位計法蘭安裝高度400mm，液位計安裝后探測桿軟纜在罐內弧度彎曲狀態，確認為問題原因。

如圖2所示，左邊第一個探測桿軟纜未豎直拉伸，軟纜和浮子會在液面上水平擺動；第二個探測桿軟纜未固定牢靠或重錘脫落，致使軟纜漂起。這都會導致測量示數不穩定、不準確。

圖2 探測桿軟纜安裝狀態示意圖

針對上述問題的解決方法是：在探測桿底部重錘固定無誤的情況下，首先通過液位計調節法蘭處的緊箍背帽，將探測桿軟纜向上提升，在允許的調節范圍內將軟纜提升到最大狀態。經檢查，仍有200mm的富裕長度未能處理。之后，將罐體安裝法蘭加高了200mm，使得探測桿軟纜能夠在罐體內豎直狀態下自然拉直。經過上述處理后，液位顯示波動大的故障得以解決。

3.2 通信中斷

該油庫試運行的三天中，在DCS監測畫面上發現有一臺磁致伸縮液位計出現過兩次信號通信中斷的情況，有兩次故障報警記錄。經分析，通信時斷時續通常為線路連接問題。首先檢查DCS和機柜內部的線路連接，確認無誤后對現場線路進行阻值和導通測試，發現在儲罐頂上此臺儀表的電纜接線頭連接不牢靠，信號導通不穩定。液位計的原接線方式如圖3所示，傳感器引出線與信號線直接在接線盒內絞合連接，無接線端子。經檢查，盒內接線頭已經松動，纏繞的絕緣膠帶在高溫下已經開始軟化，確認為信號中斷的原因。

圖3 傳統的電纜頭連接方式

為了確保接線頭的安全性、穩定性和良好的絕緣性，在防爆盒內的接線可以利用彈簧螺式接線帽(圖4)，彈簧螺式接線帽采用PVC制成，內有螺紋，耐熱而又絕緣。使用時先將電線外皮剝掉，再將所要接的電線頭同時插入并旋轉扭緊，彈簧逐漸內縮夾緊電線。最后，再將接線頭放入裝有凡士林的小袋用綁扎帶扎口密封。

圖4 改進后的電纜頭連接方式

這種接線方法不但有效地防止了外界對接線頭的干擾，導電良好、絕緣性佳，而且能夠起到防水/防塵的作用，提高了工作的穩定性。而且采用彈性材料作為套體，在將接線頭放入后能夠產生張緊力，使兩者的配合更為牢固，不易脫落。保證了線路連接的穩定可靠。經過處理，通信中斷的故障得以解決。

4 結束語

經過對磁致伸縮液位計的安裝故障進行悉心研究，加以改進之后，液位顯示波動大示數不準確，通信時斷時續及連接不穩定等故障現象徹底消失，使得系統液位計量穩定準確，發揮了磁致伸縮液位計應有的優勢，為油庫罐區監控系統的正常穩定運行提供了保障。