磁致伸缩液位变送器跳变原因分析及处理技术

王桂钧 徐正伦 刘海城

摘 要：针对其常见的磁致伸缩液位变送器跳变问题，文章从检测原理入手，对可能影响液位信号的各环节进行深入剖析，并据此提出了各项针对性处理技术。

关键词：磁致伸缩;门槛电压;信号屏蔽;电磁干扰

高精度的磁致伸缩液位变送器一般用于测量工艺系统重要设备的液位，其跳变会对生产工况的连续稳定控制带来不利的影响。为有效解决该问题，需从该类型变送器的工作原理入手，分别分析信号采集、处理、传输等环节可能存在的故障点，进而采取针对性措施消除跳变。

1.原理结构

磁致伸缩液位计主要基于“磁电法”原理，在一根非磁性的探杆内装入精细的磁致伸缩线，一端连接着压磁传感器，其周期性向磁致伸缩线发出电流脉冲信号并计时，电流脉冲沿着磁致伸缩线向下传送过程中产生一个向下运动的环形磁场（见图一），同磁性浮球的磁场产生相互作用后，在磁致伸缩线上产生一个扭应力波，该扭应力波以已知的速度从浮球的位置沿着磁致伸缩线向上下两端传送，直到压磁传感器接受到这个扭应力波信号为止（见图二）。最后通过计时电路检测起始电流脉冲波和返回扭应力波的时间间隔，换算得出浮球的位置，即液面的位置。

2.跳变主要原因分析

（1）振动

当现场工况变化导致振动过大，超出仪表对安装环境的要求时，会直接导致浮球与探杆间距变化，探杆所在位置场强也随之变化，进而影响到液位信号检测的稳定。此外，振动也会引起仪表接线端子松动，导致仪表输出信号出现跳变。

（2）门槛电压漂移

变送器模块的门槛电压设置，用于滤除正常扭应力波以外的杂波信号，当设置的门槛电压出现漂移时，各类由磁致伸缩线检测到的杂波信号将直接被认为有效信号引入检测电路，最終表现出液位跳变。

（3）变送模块故障

变送模块集成了复杂而精细的电子电路，包含了调理电路及两线制V/I变换器等。调理电路主要将传感器输出的微弱电信号进行放大、调理、并转换为线性的电压输出，两线制V/I变换器则用于根据调理电路输出进行总体耗电电流的控制实现稳压。当这些电路部分出现异常时，将导致供电电压不稳定，进而表现为输出液位信号跳变。

（4）剩磁与外部电磁干扰

当外部强磁体靠近磁致伸缩探杆并离开后，探杆会残留剩磁。在电流脉冲经过剩磁残留点时，扭力波会发生变化，产生反馈脉冲，如果脉冲强度超过门槛电压则会出现跳变，特别是工业环境往往存在电磁干扰，与剩磁叠加产生的脉冲电压值很容易超过门槛电压，进而引起液位信号跳变。

3.液位跳变处理方法

（1）抑制振动

工业现场振动的来源，多为电泵、压缩机等动设备的运转，或生产工况发生变化时的管线阀门抖动。在振动源难以彻底消除情况下，可通过在变送器探杆与管筒固定端安装隔振环实现软连接，有效化解传导至探杆上的高频振动。

（2）调整门槛电压

可根据跳变特性对门槛电压进行调整，修正其漂移的程度。门槛电压的设置，即不能过高也不能过低，最好在连接示波器后，根据其显示的曲线图调整门槛电压至扭力波峰值范围内1/2处。

（3）更换变送器模块

可采取替换变送模块并比对替换前后工作状态的方式，筛选出硬件存在故障的变送器，并进行备件更换，同时检查外壳的密封有效性，排除变送器受潮故障。

（4）清除剩磁

对于探杆上剩磁造成的液位跳变，可使用浮球从探杆底部零位点靠近探杆，并沿探杆反复滑移至量程点，反复多次进行消除。应注意在滑移过程中紧贴探杆本体，避免浮球与探杆间距变化过大。

（5）完善仪表接地与屏蔽

对于传导耦合引入液位变送器的电磁干扰，通常采取信号单端接地的方式进行消除，并保证接地母排电阻小于1Ω。对于辐射耦合引入的电磁干扰，可采用屏蔽技术进行消除，如更换为带双层屏蔽的双绞线电缆进行液位信号的传输，同时确保从变送器经中间接线箱到中控设备柜接地母排，整个回路上的屏蔽网均应紧密连接，形成低阻抗的接地通路。此外，液位计外壳接地线的正确安装，也能对来自外部的电磁干扰形成一定的屏蔽效应，避免电磁干扰耦合到电子电路中。

（6）增加信号滤波处理

虽然磁致伸缩液位计精度高，但同时也对干扰较敏感，当采取以上措施都无法彻底消除跳变现象时，可以在中控系统程序中增加数字滤波程序，通过检测信号持续时间，滤除脉冲跳变。

4.结语

本文通过分析磁致伸缩液位计的工作原理及结构，结合仪表在工业现场的使用环境，将该类型液位计跳变的各因素进行剖析，并给出对应的解决措施，对现场人员处理跳变故障具有较强的指导意义。

参考文献：

[1]谢芳.磁致伸缩式液位计的原理和应用.石油化工自动化，2012，48（06）

[2]黄海勇，宁有智，吴高波.海上某平台磁致伸缩液位计跳变原因分析及解决办法.自动化应用，2020（07）

[3]HGT 20513-2014，仪表系统接地设计规范.