魏方合 趙杰 趙占萌

摘要：詳細闡述了L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計的工作原理，

利用L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計應(yīng)用于飛灰及煤粉物位的測量，針對物位計安裝過程中和實際生產(chǎn)應(yīng)用過程中常見問題和故障進行簡單的分析，并提出處理解決方案。

關(guān)鍵詞：L2000 射頻導(dǎo)納物位計 儀表 故障分析

1 概述

物位測量是各生產(chǎn)領(lǐng)域的重要測量參數(shù)，是儀表五大檢測參數(shù)之一，測量的準(zhǔn)確與否將直接影響裝置和設(shè)備的穩(wěn)定運行。而不同設(shè)備、不同工藝環(huán)境下對測量儀表的要求也不盡相同，現(xiàn)物位測量儀表主要包括靜壓式物位儀表、超聲波物位計、電容式物位計、雷達式物位計、核放射性物位計、射頻導(dǎo)納式物位計等。河南煤化鶴壁煤電股份有限公司60萬/年甲醇項目在動力站裝置布袋除塵系統(tǒng)、煤氣化裝置的布袋過濾器及飛灰系統(tǒng)采用了L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計對現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部飛灰、煤粉等進行測量。該儀表是由美國PRINCO公司在傳統(tǒng)電容式物位計原理的基礎(chǔ)上進行改進的新型射頻導(dǎo)納式物位測量儀表。本文主要介紹該儀表的工作原理及特點以及在實際應(yīng)用過程中的注意事項和常見故障分析。

2 L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計的工作原理及特點

2.1 L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計的工作原理是基于射頻（RF）技術(shù)。將無線電頻率施加在探頭上，對周圍的環(huán)境進行連續(xù)分析，由于所有介質(zhì)的介電常數(shù)和導(dǎo)電性均不同于空氣，當(dāng)探頭接觸到介質(zhì)時所引起的微小電容量的變化被電路檢測并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號輸出。其獨特的抗粘附電路只對物位改變引起的電容量的變化產(chǎn)生反應(yīng)，從而消除了由于物料堆積產(chǎn)生的虛假信號。

射頻導(dǎo)納技術(shù)與電容技術(shù)的重要區(qū)別在于它采用了Null-KoTeTM電路，解決掛料問題；另外還采用了三端技術(shù)，電子單元和探頭的連接采用一種特殊的同軸三端電纜，電纜的中心線用于傳輸從探頭到電子單元的電容變化，同時同軸屏蔽線傳輸屏蔽電壓（導(dǎo)納）信號，屏蔽的目的是為了消除中心線與地之間的電容。地線是電纜中另一條獨立的導(dǎo)線。因而，電纜電容不會影響從探頭來的電容信號，也就無須電子單元電纜電容的“調(diào)零”以獲得準(zhǔn)確的讀數(shù)。

屏蔽層同時可以防止由電纜的溫度變化引起電容變化而導(dǎo)致輸出誤差。對于探頭上掛料問題，則采用一種新的探頭結(jié)構(gòu)，五層同心結(jié)構(gòu)：最里層是中心測桿，中間是COTE-SHIELD屏蔽層，最外面是接地的安裝螺紋，用絕緣材料將其分別隔離開來。由于測桿與屏蔽層之間沒有電勢差，即使傳感元件上掛料阻抗很小，也不會有電流流過，電子儀器測量的僅僅是從探頭中心到儲罐壁的電流，這樣一來就將測量端保護起來，不受掛料的影響。只有容器中的液位確實上升接觸到中心測桿時，通過被測物料，中心測桿與地之間形成被測電流。圖1是L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計的結(jié)構(gòu)圖。

射頻導(dǎo)納技術(shù)由于引入了除電容以外的測量參量，尤其是電阻參量，使得儀表測量信號信噪比上升，大幅度地提高了儀表的分辨力、準(zhǔn)確性和可靠性；測量參量的多樣性也有力地拓展了儀表的可靠應(yīng)用領(lǐng)域。

2.2 射頻導(dǎo)納物位計的主要特點。①通用性強：可應(yīng)用各種導(dǎo)電和非導(dǎo)電介質(zhì)測量，并且可滿足不同溫度、壓力、介質(zhì)的測量要求，以及應(yīng)用于腐蝕、沖擊等惡劣場合。②抗粘附掛料：探頭采用獨特的Null-KoTeTM電路設(shè)計和傳感器結(jié)構(gòu)，使其測量可以不受傳感器掛料影響，消除因物料粘附產(chǎn)生的虛假信號。③易維護：測量過程無可動部件，控制器與探頭之間無電纜連接，隨時可拆更換維修而不影響進出物料。④耐高低溫：適用于-184℃至280之間的工作環(huán)境，還可提供更高溫度的陶瓷探頭。

3 L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計的應(yīng)用

3.1 首先是正確安裝射頻導(dǎo)納物位計。L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計在實際生產(chǎn)使用過程中首先要正確安裝。傳感器（探頭）的安裝位置通常是由容器的開孔位置所決定，但不可將其安裝在進料流中，當(dāng)容器內(nèi)部無適當(dāng)位置時，可考慮使用外側(cè)臂或量筒安裝。測量非導(dǎo)電液體和泥漿時，探頭最佳為水平安裝，測粉末和顆粒介質(zhì)時，最佳安裝方式也為水平安裝，如果必須垂直安裝要保證探頭長度至少300mm，并能夠滿足工藝測量要求。同時在安裝時，要保證保護套長度應(yīng)至少伸出容器內(nèi)壁積料50mm等。傳感器側(cè)壁安裝時，保護電極應(yīng)進入容器內(nèi)穿過側(cè)壁掛料，所以選型時請注意保護電極長度。下圖2為正確與錯誤的對比選型圖。

為使設(shè)備正常，準(zhǔn)確工作，請按下列步驟進行安裝：

①在用絕緣傳感器的場合，安裝必須非常仔細，因為在這種情況下，有可能損壞探頭的絕緣層。②傳感元件的安裝不能使之處于填充嘴或槽的直接物料流進的地方。若無法做到這一點，則要在探頭與填充間加裝隔板。③不要拆開傳感器或松開安裝密封蓋。④用扳手的平面部分擰緊傳感元件。⑤探頭安裝時屏蔽層一定要穿過容器壁。

3.2 射頻導(dǎo)納物位計的調(diào)試和投用。在進行射頻導(dǎo)納物位計調(diào)校前首先要檢查線路連接是否正常，仔細檢查電源線。嚴格按照廠家提供的接線圖確認無誤后方可進行調(diào)試的工作。調(diào)試過程中需打開儀表外殼，此時儀表帶電一定要注意人身安全。當(dāng)完成標(biāo)定后，必須重新將外殼裝好。在危險環(huán)境中每一與放爆外殼相連的接線必須配有已經(jīng)認證過的密封配件即密封填料函或放爆鋼管密封接頭。

L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計的快速校準(zhǔn)方法如下：首先正確連接線路，送電預(yù)熱3-5分鐘；其次按照物位計接線和調(diào)試面板上的電位器功能進行可調(diào)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，其中綠燈代表正常，紅燈代表報警，電位器F代表細調(diào)，C代表粗調(diào)，DLY代表延時輸出；延時時間0-30秒均可調(diào)；再次，一般情況下將失電保護插片放在L的位置上，通過對F和C電位器進行開關(guān)繼電器反饋調(diào)節(jié)。通過旋轉(zhuǎn)不同方位觀察指示燈的變化來確認調(diào)節(jié)是否完畢。調(diào)試正常合格后，即可隨工藝要求是否投用。

4 L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計的常見故障分析

L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計具備長周期連續(xù)運行的能力，工作性能穩(wěn)定、可靠，能夠數(shù)年免維護，但是實際生產(chǎn)過程中，由于儀表工作環(huán)境或使用不當(dāng)，仍可能造成儀表不正常工作或測量不準(zhǔn)確。這就需要儀表維護人員對其故障進行檢查和分析。根據(jù)常見故障可從以下四個方面入手進行分析：

4.1 檢查電子單元。首先拆除傳感器電源及信號電纜，外加15～28VDC電源，進行檢查并校準(zhǔn)系統(tǒng)，如有顯示，通過利用信號發(fā)生器檢查系統(tǒng)的輸出信號是否在4～20mA的范圍內(nèi)或者通過調(diào)節(jié)電位器順時針和逆時針轉(zhuǎn)動驗證是否繼電器動作等。

4.2 檢查傳感器是否正常?？梢酝ㄟ^測量傳感器接線端之間的電阻，包括中心線與屏蔽間電阻、屏蔽與地間電阻、中心線與地間電阻來確認。傳感器在空氣中無掛料（聚集物）時，上述三電阻阻值應(yīng)為無窮大（2M以上），若傳感元件上有掛料，則電阻阻值偏低，當(dāng)掛料除去后，電阻恢復(fù)無窮大。正常時，傳感器上有掛料情況下的最小電阻值為：中心線與地之間1000Ω；中心線與屏蔽之間600Ω；屏蔽與地之間300Ω。（不同型號的阻值或許不同，需查廠家提供的技術(shù)文件和資料）

4.3 檢查連接電纜和外部因素。當(dāng)排除故障原因為傳感器自身因素后，就要考慮遠傳電纜是否存在質(zhì)量問題，是否存在外部干擾等因素，以及檢查上位機系統(tǒng)是否存在問題。

5 總結(jié)

河南煤化鶴煤化工分公司煤化工項目自去年試車和今年生產(chǎn)階段以來，現(xiàn)場采用L2000射頻導(dǎo)納物位計的區(qū)域共有十幾處，各個區(qū)域物位計工作都很穩(wěn)定，基本都處于免維護狀態(tài)，在生產(chǎn)過程中物位計偶爾在運行中顯示不正常波動或死值的情況，按照常見事故分析步驟也都順利解決了問題。該物位計在相應(yīng)測量范圍內(nèi)為充分發(fā)揮了它的優(yōu)勢。

參考文獻：

[1]李斌，李春光.射頻導(dǎo)納物位計在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2007（01）.

[2]穆立新，高智泉.射頻導(dǎo)納式物位計在石化企業(yè)的應(yīng)用[J].自動化儀表，2006（01）.

[3]吳曉梅.射頻導(dǎo)納料位計原理及故障分析[J].自動化應(yīng)用，2010（02）.

作者簡介：魏方合（1983-），男，河南濮陽人，助理工程師，主要從事化工自控儀表工作。