L2000通用型射频导纳物位计的应用及常见故障分析

魏方合 赵杰 赵占萌

摘要：详细阐述了L2000通用型射频导纳物位计的工作原理，

利用L2000通用型射频导纳物位计应用于飞灰及煤粉物位的测量，针对物位计安装过程中和实际生产应用过程中常见问题和故障进行简单的分析，并提出处理解决方案。

关键词：L2000 射频导纳物位计 仪表 故障分析

1 概述

物位测量是各生产领域的重要测量参数，是仪表五大检测参数之一，测量的准确与否将直接影响装置和设备的稳定运行。而不同设备、不同工艺环境下对测量仪表的要求也不尽相同，现物位测量仪表主要包括静压式物位仪表、超声波物位计、电容式物位计、雷达式物位计、核放射性物位计、射频导纳式物位计等。河南煤化鹤壁煤电股份有限公司60万/年甲醇项目在动力站装置布袋除尘系统、煤气化装置的布袋过滤器及飞灰系统采用了L2000通用型射频导纳物位计对现场设备内部飞灰、煤粉等进行测量。该仪表是由美国PRINCO公司在传统电容式物位计原理的基础上进行改进的新型射频导纳式物位测量仪表。本文主要介绍该仪表的工作原理及特点以及在实际应用过程中的注意事项和常见故障分析。

2 L2000通用型射频导纳物位计的工作原理及特点

2.1 L2000通用型射频导纳物位计的工作原理是基于射頻（RF）技术。将无线电频率施加在探头上，对周围的环境进行连续分析，由于所有介质的介电常数和导电性均不同于空气，当探头接触到介质时所引起的微小电容量的变化被电路检测并转换成开关信号输出。其独特的抗粘附电路只对物位改变引起的电容量的变化产生反应，从而消除了由于物料堆积产生的虚假信号。

射频导纳技术与电容技术的重要区别在于它采用了Null-KoTeTM电路，解决挂料问题；另外还采用了三端技术，电子单元和探头的连接采用一种特殊的同轴三端电缆，电缆的中心线用于传输从探头到电子单元的电容变化，同时同轴屏蔽线传输屏蔽电压（导纳）信号，屏蔽的目的是为了消除中心线与地之间的电容。地线是电缆中另一条独立的导线。因而，电缆电容不会影响从探头来的电容信号，也就无须电子单元电缆电容的“调零”以获得准确的读数。

屏蔽层同时可以防止由电缆的温度变化引起电容变化而导致输出误差。对于探头上挂料问题，则采用一种新的探头结构，五层同心结构：最里层是中心测杆，中间是COTE-SHIELD屏蔽层，最外面是接地的安装螺纹，用绝缘材料将其分别隔离开来。由于测杆与屏蔽层之间没有电势差，即使传感元件上挂料阻抗很小，也不会有电流流过，电子仪器测量的仅仅是从探头中心到储罐壁的电流，这样一来就将测量端保护起来，不受挂料的影响。只有容器中的液位确实上升接触到中心测杆时，通过被测物料，中心测杆与地之间形成被测电流。图1是L2000通用型射频导纳物位计的结构图。

射频导纳技术由于引入了除电容以外的测量参量，尤其是电阻参量，使得仪表测量信号信噪比上升，大幅度地提高了仪表的分辨力、准确性和可靠性；测量参量的多样性也有力地拓展了仪表的可靠应用领域。

2.2 射频导纳物位计的主要特点。①通用性强：可应用各种导电和非导电介质测量，并且可满足不同温度、压力、介质的测量要求，以及应用于腐蚀、冲击等恶劣场合。②抗粘附挂料：探头采用独特的Null-KoTeTM电路设计和传感器结构，使其测量可以不受传感器挂料影响，消除因物料粘附产生的虚假信号。③易维护：测量过程无可动部件，控制器与探头之间无电缆连接，随时可拆更换维修而不影响进出物料。④耐高低温：适用于-184℃至280之间的工作环境，还可提供更高温度的陶瓷探头。

3 L2000通用型射频导纳物位计的应用

3.1 首先是正确安装射频导纳物位计。L2000通用型射频导纳物位计在实际生产使用过程中首先要正确安装。传感器（探头）的安装位置通常是由容器的开孔位置所决定，但不可将其安装在进料流中，当容器内部无适当位置时，可考虑使用外侧臂或量筒安装。测量非导电液体和泥浆时，探头最佳为水平安装，测粉末和颗粒介质时，最佳安装方式也为水平安装，如果必须垂直安装要保证探头长度至少300mm，并能够满足工艺测量要求。同时在安装时，要保证保护套长度应至少伸出容器内壁积料50mm等。传感器侧壁安装时，保护电极应进入容器内穿过侧壁挂料，所以选型时请注意保护电极长度。下图2为正确与错误的对比选型图。

为使设备正常，准确工作，请按下列步骤进行安装：

①在用绝缘传感器的场合，安装必须非常仔细，因为在这种情况下，有可能损坏探头的绝缘层。②传感元件的安装不能使之处于填充嘴或槽的直接物料流进的地方。若无法做到这一点，则要在探头与填充间加装隔板。③不要拆开传感器或松开安装密封盖。④用扳手的平面部分拧紧传感元件。⑤探头安装时屏蔽层一定要穿过容器壁。

3.2 射频导纳物位计的调试和投用。在进行射频导纳物位计调校前首先要检查线路连接是否正常，仔细检查电源线。严格按照厂家提供的接线图确认无误后方可进行调试的工作。调试过程中需打开仪表外壳，此时仪表带电一定要注意人身安全。当完成标定后，必须重新将外壳装好。在危险环境中每一与放爆外壳相连的接线必须配有已经认证过的密封配件即密封填料函或放爆钢管密封接头。

L2000通用型射频导纳物位计的快速校准方法如下：首先正确连接线路，送电预热3-5分钟；其次按照物位计接线和调试面板上的电位器功能进行可调范围内调节，其中绿灯代表正常，红灯代表报警，电位器F代表细调，C代表粗调，DLY代表延时输出；延时时间0-30秒均可调；再次，一般情况下将失电保护插片放在L的位置上，通过对F和C电位器进行开关继电器反馈调节。通过旋转不同方位观察指示灯的变化来确认调节是否完毕。调试正常合格后，即可随工艺要求是否投用。

4 L2000通用型射频导纳物位计的常见故障分析

L2000通用型射频导纳物位计具备长周期连续运行的能力，工作性能稳定、可靠，能够数年免维护，但是实际生产过程中，由于仪表工作环境或使用不当，仍可能造成仪表不正常工作或测量不准确。这就需要仪表维护人员对其故障进行检查和分析。根据常见故障可从以下四个方面入手进行分析：

4.1 检查电子单元。首先拆除传感器电源及信号电缆，外加15～28VDC电源，进行检查并校准系统，如有显示，通过利用信号发生器检查系统的输出信号是否在4～20mA的范围内或者通过调节电位器顺时针和逆时针转动验证是否继电器动作等。

4.2 检查传感器是否正常。可以通过测量传感器接线端之间的电阻，包括中心线与屏蔽间电阻、屏蔽与地间电阻、中心线与地间电阻来确认。传感器在空气中无挂料（聚集物）时，上述三电阻阻值应为无穷大（2M以上），若传感元件上有挂料，则电阻阻值偏低，当挂料除去后，电阻恢复无穷大。正常时，传感器上有挂料情况下的最小电阻值为：中心线与地之间1000Ω；中心线与屏蔽之间600Ω；屏蔽与地之间300Ω。（不同型号的阻值或许不同，需查厂家提供的技术文件和资料）

4.3 检查连接电缆和外部因素。当排除故障原因为传感器自身因素后，就要考虑远传电缆是否存在质量问题，是否存在外部干扰等因素，以及检查上位机系统是否存在问题。

5 总结

河南煤化鹤煤化工分公司煤化工项目自去年试车和今年生产阶段以来，现场采用L2000射频导纳物位计的区域共有十几处，各个区域物位计工作都很稳定，基本都处于免维护状态，在生产过程中物位计偶尔在运行中显示不正常波动或死值的情况，按照常见事故分析步骤也都顺利解决了问题。该物位计在相应测量范围内为充分发挥了它的优势。

参考文献：

[1]李斌，李春光.射频导纳物位计在生产中的应用[J].石油化工自动化，2007（01）.

[2]穆立新，高智泉.射频导纳式物位计在石化企业的应用[J].自动化仪表，2006（01）.

[3]吴晓梅.射频导纳料位计原理及故障分析[J].自动化应用，2010（02）.

作者简介：魏方合（1983-），男，河南濮阳人，助理工程师，主要从事化工自控仪表工作。