磁致伸縮液位變送器跳變原因分析及處理技術

王桂鈞 徐正倫 劉海城

摘?要：針對其常見的磁致伸縮液位變送器跳變問題，文章從檢測原理入手，對可能影響液位信號的各環節進行深入剖析，并據此提出了各項針對性處理技術。

關鍵詞：磁致伸縮;門檻電壓;信號屏蔽;電磁干擾

高精度的磁致伸縮液位變送器一般用于測量工藝系統重要設備的液位，其跳變會對生產工況的連續穩定控制帶來不利的影響。為有效解決該問題，需從該類型變送器的工作原理入手，分別分析信號采集、處理、傳輸等環節可能存在的故障點，進而采取針對性措施消除跳變。

1.原理結構

磁致伸縮液位計主要基于“磁電法”原理，在一根非磁性的探桿內裝入精細的磁致伸縮線，一端連接著壓磁傳感器，其周期性向磁致伸縮線發出電流脈沖信號并計時，電流脈沖沿著磁致伸縮線向下傳送過程中產生一個向下運動的環形磁場（見圖一），同磁性浮球的磁場產生相互作用后，在磁致伸縮線上產生一個扭應力波，該扭應力波以已知的速度從浮球的位置沿著磁致伸縮線向上下兩端傳送，直到壓磁傳感器接受到這個扭應力波信號為止（見圖二）。最后通過計時電路檢測起始電流脈沖波和返回扭應力波的時間間隔，換算得出浮球的位置，即液面的位置。

2.跳變主要原因分析

（1）振動

當現場工況變化導致振動過大，超出儀表對安裝環境的要求時，會直接導致浮球與探桿間距變化，探桿所在位置場強也隨之變化，進而影響到液位信號檢測的穩定。此外，振動也會引起儀表接線端子松動，導致儀表輸出信號出現跳變。

（2）門檻電壓漂移

變送器模塊的門檻電壓設置，用于濾除正常扭應力波以外的雜波信號，當設置的門檻電壓出現漂移時，各類由磁致伸縮線檢測到的雜波信號將直接被認為有效信號引入檢測電路，最終表現出液位跳變。

（3）變送模塊故障

變送模塊集成了復雜而精細的電子電路，包含了調理電路及兩線制V/I變換器等。調理電路主要將傳感器輸出的微弱電信號進行放大、調理、并轉換為線性的電壓輸出，兩線制V/I變換器則用于根據調理電路輸出進行總體耗電電流的控制實現穩壓。當這些電路部分出現異常時，將導致供電電壓不穩定，進而表現為輸出液位信號跳變。

（4）剩磁與外部電磁干擾

當外部強磁體靠近磁致伸縮探桿并離開后，探桿會殘留剩磁。在電流脈沖經過剩磁殘留點時，扭力波會發生變化，產生反饋脈沖，如果脈沖強度超過門檻電壓則會出現跳變，特別是工業環境往往存在電磁干擾，與剩磁疊加產生的脈沖電壓值很容易超過門檻電壓，進而引起液位信號跳變。

3.液位跳變處理方法

（1）抑制振動

工業現場振動的來源，多為電泵、壓縮機等動設備的運轉，或生產工況發生變化時的管線閥門抖動。在振動源難以徹底消除情況下，可通過在變送器探桿與管筒固定端安裝隔振環實現軟連接，有效化解傳導至探桿上的高頻振動。

（2）調整門檻電壓

可根據跳變特性對門檻電壓進行調整，修正其漂移的程度。門檻電壓的設置，即不能過高也不能過低，最好在連接示波器后，根據其顯示的曲線圖調整門檻電壓至扭力波峰值范圍內1/2處。

（3）更換變送器模塊

可采取替換變送模塊并比對替換前后工作狀態的方式，篩選出硬件存在故障的變送器，并進行備件更換，同時檢查外殼的密封有效性，排除變送器受潮故障。

（4）清除剩磁

對于探桿上剩磁造成的液位跳變，可使用浮球從探桿底部零位點靠近探桿，并沿探桿反復滑移至量程點，反復多次進行消除。應注意在滑移過程中緊貼探桿本體，避免浮球與探桿間距變化過大。

（5）完善儀表接地與屏蔽

對于傳導耦合引入液位變送器的電磁干擾，通常采取信號單端接地的方式進行消除，并保證接地母排電阻小于1Ω。對于輻射耦合引入的電磁干擾，可采用屏蔽技術進行消除，如更換為帶雙層屏蔽的雙絞線電纜進行液位信號的傳輸，同時確保從變送器經中間接線箱到中控設備柜接地母排，整個回路上的屏蔽網均應緊密連接，形成低阻抗的接地通路。此外，液位計外殼接地線的正確安裝，也能對來自外部的電磁干擾形成一定的屏蔽效應，避免電磁干擾耦合到電子電路中。

（6）增加信號濾波處理

雖然磁致伸縮液位計精度高，但同時也對干擾較敏感，當采取以上措施都無法徹底消除跳變現象時，可以在中控系統程序中增加數字濾波程序，通過檢測信號持續時間，濾除脈沖跳變。

4.結語

本文通過分析磁致伸縮液位計的工作原理及結構，結合儀表在工業現場的使用環境，將該類型液位計跳變的各因素進行剖析，并給出對應的解決措施，對現場人員處理跳變故障具有較強的指導意義。

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