磁致伸缩液位计安装故障处理

仲 军 熊小荣

(中石油第二建设公司，兰州 730060)

磁致伸缩液位计是采用“磁致伸缩”原理设计的液位测量仪表，具有测量精度高、稳定性好及应用简单等优点，主要应用于各类油品储罐的液位测量。磁致伸缩液位仪的测量范围较宽(最大测量值可达20m)，分辨率达0.5mm，精度等级约0.2～1.0级，由于其提供给用户的是绝对位置读数，不需要进行定期重标，断电后归零的问题也不予考虑。非接触式的测量方式消除了机械磨损的影响，是非粘稠和非高温液体液位测量的一种优选测量仪表。

然而，在安装磁致伸缩液位计时，如果不能根据现场的实际状况对设备的安装细节进行把握，不但无法达到其应有的设计优点，反而会给生产带来不便。笔者以洛阳某油库的磁致伸缩液位计在安装调试过程中遇到的问题为例，介绍该类仪表在安装调试时应注意的技术性问题。

1 结构与原理①

磁致伸缩液位计主要由电子探头、探测杆和浮子3部分组成。电子探头用于发射和接收电子脉冲，并将其转换为4～20mA电流信号进行输出；探测杆分刚性杆和柔性杆，外部由耐腐蚀和耐高温材料制成，中心为稀土超磁伸缩材料制成的波导丝，是传感器的核心，能将微小的磁场向量变化转换为机械波；浮子套装在探测杆上，随液位上下浮动，内部有永磁铁产生磁场。

磁致伸缩液位计的工作原理如图1所示，电子探头中的脉冲发生器首先在波导丝上施加一个电脉冲信号，此电脉冲同时伴随一个垂直于波导丝的环型磁场，以光速向下传递。探测杆和浮子则被放置在被测介质中，浮子随着液位高度的变化沿探测杆上/下移动，浮子内部的永磁铁产生一个纵向磁场，这样浮子所产生的磁场位置也就随着液面升/降；当环型磁场遇到浮子中永磁铁产生的纵向磁场时，与之进行矢量叠加，形成螺旋磁场。波导丝在螺旋磁场的作用下产生磁致伸缩现象，即产生扭力变形，从而激发一个机械扭力波沿波导丝以超声波形式从产生点(即液位测量点)返回到电子探头[1]。因此，液位计通过测量发出电脉冲与扭力波返回的时间差，便能精确地计算出永磁铁(即浮子)的位置，并将其转换为4～20mA电信号输出到DCS画面进行显示。

图1 磁致伸缩液位计工作原理示意图

2 影响测量准确度的因素

安装和调试时，影响磁致伸缩液位计计量精度的因素有：

a. 磁致伸缩探测杆不能折弯，以免损坏波导丝；

b. 液位计尽量在远离装/卸油管口的位置安装，避免油品流动冲击或损坏传感器，影响测量精度；

c. 必须保证传感器的浮子与容器壁互不接触，且浮球上下活动灵活，安装螺纹与容器连接牢固，对于大量程或有搅拌的应用场合，传感器需要重锤+地锚固定，保持探头垂直，安装斜度不能大于5°；

d. 通信线路接触良好，进行接地处理，将双芯双绞屏蔽电缆的屏蔽层和传感器的地线相连，并接到防爆穿线盒的接地螺栓上，同时将盒外接地端子和罐体的接地点相连接；

e. 不能测量高粘度液体和泥浆，不适用于有压、自聚、有腐蚀、有毒和高粘度液体的测量。

3 安装实例

洛阳某油库设有汽油、柴油和乙醇(属轻质低粘性油品)共计9个油罐，储罐高度在9～15m(属大量程计量)，选用的是美国爱国者液位仪公司生产的大量程磁致伸缩液位计(探棒材质为PVDF软缆)。在对磁致伸缩液位计进行安装调试的过程中，发现：液位显示波动大，示数不准确；有通信中断现象，连接不稳定。

3.1 液位显示波动大

在罐体试水过程中，投用了磁致伸缩液位计，随着水的注入仪表示值不断增大，但示值随着液面大幅跳动，注水结束液面不再变化后发现仪表示数依然不能稳定，且跳动频繁。究其原因，显示波动大，说明浮子位置摆动大，可以判断探测杆软缆未处于拉伸状态。磁致伸缩液位仪的测量要求探棒软缆在被测介质中处于竖直向下状态，并与传感器的电子头保持一条直线。首先，检查重锤的安装情况，探棒软缆材质较轻，会受液体浮力和流体冲击而漂起或偏移，安装中采用重锤加锚的方法固定。经检查，重锤位于电子头的正下方罐底处，且连接牢靠；之后，测量探测杆软缆的安装长度，发现缆长大于罐体液位计法兰安装高度400mm，液位计安装后探测杆软缆在罐内弧度弯曲状态，确认为问题原因。

如图2所示，左边第一个探测杆软缆未竖直拉伸，软缆和浮子会在液面上水平摆动；第二个探测杆软缆未固定牢靠或重锤脱落，致使软缆漂起。这都会导致测量示数不稳定、不准确。

图2 探测杆软缆安装状态示意图

针对上述问题的解决方法是：在探测杆底部重锤固定无误的情况下，首先通过液位计调节法兰处的紧箍背帽，将探测杆软缆向上提升，在允许的调节范围内将软缆提升到最大状态。经检查，仍有200mm的富裕长度未能处理。之后，将罐体安装法兰加高了200mm，使得探测杆软缆能够在罐体内竖直状态下自然拉直。经过上述处理后，液位显示波动大的故障得以解决。

3.2 通信中断

该油库试运行的三天中，在DCS监测画面上发现有一台磁致伸缩液位计出现过两次信号通信中断的情况，有两次故障报警记录。经分析，通信时断时续通常为线路连接问题。首先检查DCS和机柜内部的线路连接，确认无误后对现场线路进行阻值和导通测试，发现在储罐顶上此台仪表的电缆接线头连接不牢靠，信号导通不稳定。液位计的原接线方式如图3所示，传感器引出线与信号线直接在接线盒内绞合连接，无接线端子。经检查，盒内接线头已经松动，缠绕的绝缘胶带在高温下已经开始软化，确认为信号中断的原因。

图3 传统的电缆头连接方式

为了确保接线头的安全性、稳定性和良好的绝缘性，在防爆盒内的接线可以利用弹簧螺式接线帽(图4)，弹簧螺式接线帽采用PVC制成，内有螺纹，耐热而又绝缘。使用时先将电线外皮剥掉，再将所要接的电线头同时插入并旋转扭紧，弹簧逐渐内缩夹紧电线。最后，再将接线头放入装有凡士林的小袋用绑扎带扎口密封。

图4 改进后的电缆头连接方式

这种接线方法不但有效地防止了外界对接线头的干扰，导电良好、绝缘性佳，而且能够起到防水/防尘的作用，提高了工作的稳定性。而且采用弹性材料作为套体，在将接线头放入后能够产生张紧力，使两者的配合更为牢固，不易脱落。保证了线路连接的稳定可靠。经过处理，通信中断的故障得以解决。

4 结束语

经过对磁致伸缩液位计的安装故障进行悉心研究，加以改进之后，液位显示波动大示数不准确，通信时断时续及连接不稳定等故障现象彻底消失，使得系统液位计量稳定准确，发挥了磁致伸缩液位计应有的优势，为油库罐区监控系统的正常稳定运行提供了保障。