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磁致伸縮液位計是采用“磁致伸縮" 原理設(shè)計的液位測量儀表， 具有測量精度高、 穩(wěn)定性好及應(yīng)用簡單等優(yōu)點， 主要應(yīng)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(zui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位置讀數(shù)， 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(yōu)選測量儀表。
然而， 在安裝磁致伸縮液位計時， 如果不能根據(jù)現(xiàn)場的實際狀況對設(shè)備的安裝細節(jié)進行把握，不但無法達到其應(yīng)有的設(shè)計優(yōu)點， 反而會給生產(chǎn)帶來不便。筆者以洛陽某油庫的磁致伸縮液位計在安裝調(diào)試過程中遇到的問題為例， 介紹該類儀表在安裝調(diào)試時應(yīng)注意的技術(shù)性問題。
1 結(jié)構(gòu)與原理
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(fā)射和接收電子脈沖， 并將其轉(zhuǎn)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(dǎo)絲， 是傳感器的核心， 能將微小的磁場向量變化轉(zhuǎn)換為機械波;浮子套裝在探測桿上， 隨液位上下浮動，內(nèi)部有永磁鐵產(chǎn)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(fā)生器首先在波導(dǎo)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(dǎo)絲的環(huán)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(zhì)中， 浮子隨著液位高度的變化沿探測桿上/下移動， 浮子內(nèi)部的永磁鐵產(chǎn)生一個縱向磁場， 這樣浮子所產(chǎn)生的磁場位置也就隨著液面升/降;當(dāng)環(huán)型磁場遇到浮子中永磁鐵產(chǎn)生的縱向磁場時， 與之進行矢量疊加， 形成螺旋磁場。波導(dǎo)絲在螺旋磁場的作用下產(chǎn)生磁致伸縮現(xiàn)象， 即產(chǎn)生扭力變形， 從而激發(fā)一個機械扭力波沿波導(dǎo)絲以超聲波形式從產(chǎn)生點(即液位測量點)返回到電子探頭。因此， 液位計通過測量發(fā)出電脈沖與扭力波返回的時間差， 便能地計算出永磁鐵(即浮子) 的位置， 并將其轉(zhuǎn)換為 4 ～20mA 電信號輸出到 DCS 畫面進行顯示。
2 影響測量準確度的因素
安裝和調(diào)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(dǎo)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(yīng)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(shè)有汽油、 柴油和乙醇(屬輕質(zhì)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(chǎn)的大量程磁致伸縮液位計(探棒材質(zhì)為PVDF 軟纜)。在對磁致伸縮液位計進行安裝調(diào)試的過程中， 發(fā)現(xiàn):液位顯示波動大， 示數(shù)不準確;
有通信中斷現(xiàn)象， 連接不穩(wěn)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(jié)束液面不再變化后發(fā)現(xiàn)儀表示數(shù)依然不能穩(wěn)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(tài)。磁致伸縮液位儀的測量要求探棒軟纜在被測介質(zhì)中處于豎直向下狀態(tài)， 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(zhì)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(jīng)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(fā)現(xiàn)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(nèi)弧度彎曲狀態(tài)， 確認為問題原因。
如圖 2 所示， 左邊*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(dǎo)致測量示數(shù)不穩(wěn)定、 不準確。
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(diào)節(jié)法蘭處的緊箍背帽， 將探測桿軟纜向上提升， 在允許的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)將軟纜提升到zui大狀態(tài)。經(jīng)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(nèi)豎直狀態(tài)下自然拉直。經(jīng)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(jiān)測畫面上發(fā)現(xiàn)有一臺磁致伸縮液位計出現(xiàn)過兩次信號通信中斷的情況， 有兩次故障報警記錄。經(jīng)分析， 通信時斷時續(xù)通常為線路連接問題。首先檢查 DCS和機柜內(nèi)部的線路連接， 確認無誤后對現(xiàn)場線路進行阻值和導(dǎo)通測試， 發(fā)現(xiàn)在儲罐頂上此臺儀表的電纜接線頭連接不牢靠， 信號導(dǎo)通不穩(wěn)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(nèi)絞合連接， 無接線端子。
經(jīng)檢查， 盒內(nèi)接線頭已經(jīng)松動， 纏繞的絕緣膠帶在高溫下已經(jīng)開始軟化， 確認為信號中斷的原因。
為了確保接線頭的安全性、 穩(wěn)定性和良好的絕緣性， 在防爆盒內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)扭緊， 彈簧逐漸內(nèi)縮夾緊電線。zui后， 再將接線頭放入裝有凡士林的小袋用綁扎帶扎口密封。
這種接線方法不但有效地防止了外界對接線頭的干擾， 導(dǎo)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(wěn)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(chǎn)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(wěn)定可靠。經(jīng)過處理， 通信中斷的故障得以解決。
經(jīng)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(shù)不準確， 通信時斷時續(xù)及連接不穩(wěn)定等故障現(xiàn)象*消失， 使得系統(tǒng)液位計量穩(wěn)定準確， 發(fā)揮了磁致伸縮液位計應(yīng)有的優(yōu)勢， 為油庫罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行提供了保障。
