磁致伸縮液位變送器跳變原因分析及處理技術(shù)

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(huán)節(jié)進行深入剖析，并據(jù)此提出了各項針對性處理技術(shù)。

關(guān)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(tǒng)重要設(shè)備的液位，其跳變會對生產(chǎn)工況的連續(xù)穩(wěn)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?shù)拳h(huán)節(jié)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(jié)構(gòu)

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(nèi)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(fā)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(chǎn)生一個向下運動的環(huán)形磁場（見圖一），同磁性浮球的磁場產(chǎn)生相互作用后，在磁致伸縮線上產(chǎn)生一個扭應(yīng)力波，該扭應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(xiàn)場工況變化導致振動過大，超出儀表對安裝環(huán)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(wěn)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(xiàn)跳變。

（2）門檻電壓漂移

變送器模塊的門檻電壓設(shè)置，用于濾除正常扭應(yīng)力波以外的雜波信號，當設(shè)置的門檻電壓出現(xiàn)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(xiàn)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(diào)理電路及兩線制V/I變換器等。調(diào)理電路主要將傳感器輸出的微弱電信號進行放大、調(diào)理、并轉(zhuǎn)換為線性的電壓輸出，兩線制V/I變換器則用于根據(jù)調(diào)理電路輸出進行總體耗電電流的控制實現(xiàn)穩(wěn)壓。當這些電路部分出現(xiàn)異常時，將導致供電電壓不穩(wěn)定，進而表現(xiàn)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(jīng)過剩磁殘留點時，扭力波會發(fā)生變化，產(chǎn)生反饋脈沖，如果脈沖強度超過門檻電壓則會出現(xiàn)跳變，特別是工業(yè)環(huán)境往往存在電磁干擾，與剩磁疊加產(chǎn)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(yè)現(xiàn)場振動的來源，多為電泵、壓縮機等動設(shè)備的運轉(zhuǎn)，或生產(chǎn)工況發(fā)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(huán)實現(xiàn)軟連接，有效化解傳導至探桿上的高頻振動。

（2）調(diào)整門檻電壓

可根據(jù)跳變特性對門檻電壓進行調(diào)整，修正其漂移的程度。門檻電壓的設(shè)置，即不能過高也不能過低，最好在連接示波器后，根據(jù)其顯示的曲線圖調(diào)整門檻電壓至扭力波峰值范圍內(nèi)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(tài)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(yīng)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(shù)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(jīng)中間接線箱到中控設(shè)備柜接地母排，整個回路上的屏蔽網(wǎng)均應(yīng)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(yīng)，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(xiàn)象時，可以在中控系統(tǒng)程序中增加數(shù)字濾波程序，通過檢測信號持續(xù)時間，濾除脈沖跳變。

4.結(jié)語

本文通過分析磁致伸縮液位計的工作原理及結(jié)構(gòu)，結(jié)合儀表在工業(yè)現(xiàn)場的使用環(huán)境，將該類型液位計跳變的各因素進行剖析，并給出對應(yīng)的解決措施，對現(xiàn)場人員處理跳變故障具有較強的指導意義。

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